復(fù)雜電磁環(huán)境中基于馬賽克戰(zhàn)的無線通信系統(tǒng)構(gòu)建

杜云飛 田禮

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的雷達、通信、導(dǎo)航、電子戰(zhàn)等均大量使用射頻傳感器，這使得戰(zhàn)場的電磁環(huán)境日益復(fù)雜。作為各作戰(zhàn)平臺鉸鏈的無線通信系統(tǒng)，支持戰(zhàn)場信息共享、態(tài)勢實時更新，提升了作戰(zhàn)平臺間的協(xié)同能力。復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境直接影響著戰(zhàn)場無線通信系統(tǒng)的信息傳輸能力，如何提升復(fù)雜電磁環(huán)境中無線通信系統(tǒng)的通信頑存能力，是戰(zhàn)爭終極致勝的法寶。

一、復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信系統(tǒng)需求分析

現(xiàn)代作戰(zhàn)越來越依賴于各種各樣的信息化作戰(zhàn)裝備和系統(tǒng)，并且融合了雷達、光電、通信、導(dǎo)航、識別、衛(wèi)星導(dǎo)航、遙測遙控等多終端情報數(shù)據(jù)，整合后上報作戰(zhàn)指揮中心進行統(tǒng)籌管理、綜合運用、直接控制與指揮等工作，因而需要基于多頻譜在戰(zhàn)場復(fù)雜電磁環(huán)境下進行陸、海、空、天多軍種協(xié)同作戰(zhàn)。[1]

除此之外，隨著電子戰(zhàn)的不斷發(fā)展，通信對抗裝備更是對無線通信系統(tǒng)形成巨大威脅。典型的有美海軍艦載通信對抗系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)系統(tǒng)一體化，具備多頻帶監(jiān)測掃描、目標檢測、識別和分析能力，還可干擾20 MHz ～2500 MHz 頻率范圍內(nèi)的多個波形信號。美海軍機載通信對抗裝備工作頻率寬，信號情報和測向系統(tǒng)的頻率范圍覆蓋 1kHz ～40GHz，通信干擾能力強，干擾功率為5W ～10kW，能壓制敵指揮控制系統(tǒng)和導(dǎo)航設(shè)備及無線電通信，使敵人的通信對抗設(shè)備和防御網(wǎng)失效，精確干擾能力、具備全頻譜干擾和網(wǎng)電一體戰(zhàn)能力、以及重點向無人作戰(zhàn)系統(tǒng)能力轉(zhuǎn)變。[2]

面對日益復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境，如下圖所示,電子戰(zhàn)工作頻段基本實現(xiàn)了對作戰(zhàn)平臺的無線通信系統(tǒng)頻段的全覆蓋，通信系統(tǒng)的生存空間正在被不斷壓縮，本文認為需要從以下兩個方面提升無線通信系統(tǒng)的頑存能力。

（一）創(chuàng)新通信技術(shù)

當無線通信系統(tǒng)受到電子戰(zhàn)裝備干擾時，可采取跳頻、擴頻、自適應(yīng)濾波器等技術(shù)實施反干擾，但從通信和通信對抗的發(fā)展歷程來看，當通信方式從單網(wǎng)臺工作向綜合多網(wǎng)臺發(fā)展時，通信對抗也迅速從單部干擾機作戰(zhàn)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)對抗。新的通信方式跳頻、擴頻通信一出現(xiàn), 則多種干擾樣式，跳頻、擴頻通信干擾也立即跟上。要面對通信對抗日益加劇的挑戰(zhàn)，需要不斷創(chuàng)新通信技術(shù)才能提升無線通信系統(tǒng)的通信頑存能力。

（二）創(chuàng)新通信模式

未來戰(zhàn)場通信將是一種通信態(tài)勢感知、通信方式智能選擇和通信效果評估的綜合協(xié)調(diào)?；诰W(wǎng)絡(luò)中心通信模式的大型YJ 機、指揮機、艦船平臺，當被敵方電子戰(zhàn)作戰(zhàn)平臺偵收到通信信號實施定向全頻帶干擾后，將使得受其指揮的武器平臺、傳感器平臺通信中斷，造成不可預(yù)估的后果。依靠固定網(wǎng)絡(luò)、固定模式的通信方式未來將無法適應(yīng)復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，因此需要不斷創(chuàng)新通信模式提高無線通信系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的通信頑存能力。

二、基于馬賽克戰(zhàn)的無線通信系統(tǒng)構(gòu)建

2019 年 9 月, 美軍正式提出重塑競爭力的馬賽克戰(zhàn)概念，試圖打造一個由先進計算傳感器、多樣化集群、作戰(zhàn)人員和決策者等組成的具有高度適應(yīng)能力的彈性殺傷鏈,將發(fā)現(xiàn)、定位、跟蹤、瞄準、交戰(zhàn)、評估等階段分解為不同力量結(jié)構(gòu)要素，以要素的自我聚合和快速分解的無限多種可能性來降低己方脆弱性,并使對手面臨的問題復(fù)雜化,從而制造新的戰(zhàn)爭 “迷霧”。[3]

“馬賽克戰(zhàn)”的核心思想是廉價、快速、靈活且功能可擴展, 它把作戰(zhàn)過程視為一個快速、復(fù)雜的系統(tǒng), 將原來功能集中、昂貴的單平臺作戰(zhàn)體系變更為將小型無人系統(tǒng)與現(xiàn)有能力進行創(chuàng)造性、持續(xù)動態(tài)組合, 利用不斷變化的戰(zhàn)場條件和快速響應(yīng)資源建立連接, 使用低成本無人蜂群編隊以及其他電子、網(wǎng)絡(luò)等手段來擊潰對手?！榜R賽克戰(zhàn)”強調(diào)分散部署、動態(tài)組合，使得武器平臺的小型化、無人化、智能化成為趨勢，傳統(tǒng)的無線通信系統(tǒng)已經(jīng)無法滿足該作戰(zhàn)樣式的需求，因此需要構(gòu)建基于馬賽克戰(zhàn)的無線通信系統(tǒng)。

（一）模塊化、開放式通信系統(tǒng)

要實現(xiàn)“馬賽克戰(zhàn)”中作戰(zhàn)平臺分布式部署，具有高度互操作性的，可快速組合、重組和部署的要求，無論是搭載于各作戰(zhàn)平臺的通信系統(tǒng)終端還是各個終端組成的通信系統(tǒng)都應(yīng)具備模塊化、開放式的特點。

1.模塊化、開放式通信終端

隨著軟件無線電技術(shù)的成熟使得通信、導(dǎo)航、識別、雷達、電子戰(zhàn)等功能從中頻甚至射頻層面集成為一個模塊成為可能。但相比于軟件無線電技術(shù)的高集成度，寬帶射頻技術(shù)的發(fā)展稍顯滯后，尤其對超寬帶大功率的需求尤為迫切。針對這種硬件和軟件發(fā)展不平衡的局面，模塊化、開放式通信終端便應(yīng)運而生。在模塊化開放式通信終端構(gòu)建初期，開發(fā)人員只需要建立適當?shù)膽?yīng)用程序接口，就可以開始通信終端規(guī)劃建設(shè)。應(yīng)用程序接口不是諸如頻率、功率、帶寬等特征的靜態(tài)指標，相反它們描述了各單元交互、通信和數(shù)據(jù)共享的過程, 這些過程通常與特定的信號或?qū)傩詿o關(guān)。應(yīng)用程序控制接口的使用減輕了創(chuàng)建開放式通信終端開發(fā)人員與射頻前段交互工作。

2.開放式通信系統(tǒng)

在通信系統(tǒng)中，配置于各平臺的通信終端對外也應(yīng)具備適當?shù)膽?yīng)用程序接口，這樣每個終端變也具備模塊化特征，應(yīng)用控制接口描述各個終端交互、通信和數(shù)據(jù)共享的過程，這樣每個終端便可隨時接入、退出通信系統(tǒng)，體現(xiàn)了通信系統(tǒng)的開放性。

（二）場景中心型的通信系統(tǒng)

以場景為中心的作戰(zhàn)概念，其核心在于使得指揮官能夠更快、更有效地決策。為支撐指揮官決策，基于戰(zhàn)場頻譜環(huán)境態(tài)勢，組建場景中心型無線通信系統(tǒng)，通過人工智能輔助決策，在帶寬、通信覆蓋范圍、通信延遲等參數(shù)間權(quán)衡，實現(xiàn)各戰(zhàn)斗單元通信能力的快速組合的同時兼顧通信系統(tǒng)的隱身性能，最終實現(xiàn)有效戰(zhàn)力的快速組合。

通過戰(zhàn)斗單元通信能力的隨感組合，增加了各個戰(zhàn)斗單元對戰(zhàn)場的適應(yīng)性，增加了通信能力組合的復(fù)雜性和不確定性，降低了被敵方預(yù)測到通信架構(gòu)和能力的風險，降低了敵方?jīng)Q策速度和質(zhì)量，提升了我方通信在戰(zhàn)場上的生存時間，從而形成對敵方的壓制效果和不對等優(yōu)勢。

（三）進攻型通信系統(tǒng)

針對日益復(fù)雜的戰(zhàn)場通信環(huán)境，如何在敵方強干擾條件下保證己方無線通信系統(tǒng)的基本通信能力也是“馬賽克戰(zhàn)”在復(fù)雜電磁環(huán)境下的新需求。

雖然通信相對于通信對抗有先發(fā)的優(yōu)勢，但是這一優(yōu)勢很容易被趕超。若只是一味被動地適應(yīng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，通信系統(tǒng)的通信能力終將被日益復(fù)雜的電磁環(huán)境所淹沒。因此要適應(yīng)日益復(fù)雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境，通信系統(tǒng)除了要求規(guī)避不利于自己的電磁干擾，還應(yīng)結(jié)合前突出的分布式無人系統(tǒng)對敵偵測設(shè)備進行偵測、誘騙、干擾，使敵方干擾設(shè)備出現(xiàn)飽和或者降級，同時對敵方傳感器位置進行分析并傳回后方指揮系統(tǒng)。即使敵方先進偵測設(shè)備偵測到無人系統(tǒng)與后方系統(tǒng)間的通信，并對其進行干擾，前突的分布式無人系統(tǒng)因其具備的人工智能屬性，可對敵偵測系統(tǒng)進行自主攻擊，從而形成我方通信空域的保護盾。

（四）數(shù)字孿生通信系統(tǒng)

運用云計算、數(shù)字孿生等新技術(shù)，構(gòu)建數(shù)字孿生通信系統(tǒng)。各種戰(zhàn)場傳感器感知到的戰(zhàn)場通信環(huán)境，在數(shù)字孿生通信系統(tǒng)內(nèi)進行戰(zhàn)場態(tài)勢回放，訓(xùn)練平臺通過仿真、推演、驗證等對各種通信能力組合進行評估，根據(jù)評估結(jié)果持續(xù)迭代通信能力組合，給出最優(yōu)通信能力組合方案。通過數(shù)字孿生通信系統(tǒng)，不斷提升了通信系統(tǒng)對戰(zhàn)場實際通信環(huán)境的應(yīng)變能力，提升了系統(tǒng)輔助決策的準確性。

三、系統(tǒng)優(yōu)勢

基于“馬賽克戰(zhàn)”的復(fù)雜電磁環(huán)境中的無線通信系統(tǒng)構(gòu)想有助于實現(xiàn)從預(yù)先配置的通信數(shù)據(jù)鏈向適應(yīng)性更強的通信數(shù)據(jù)網(wǎng)轉(zhuǎn)變，這一構(gòu)想有力支撐了分布式作戰(zhàn)以及各戰(zhàn)斗平臺快速組合和重組，保證了戰(zhàn)場通信的穩(wěn)定性。

（一）低預(yù)測性

戰(zhàn)時通信系統(tǒng)的通信能力構(gòu)建，均是基于衛(wèi)星、YJ 機、無人機等戰(zhàn)場傳感器傳回的戰(zhàn)場頻譜態(tài)勢，戰(zhàn)場指揮官依據(jù)人工智能輔助決策系統(tǒng)給出的方案，再根據(jù)原有作戰(zhàn)經(jīng)驗進行構(gòu)建的通信架構(gòu)和能力。由于戰(zhàn)場頻譜的特征是動態(tài)變化的，因而構(gòu)建的通信系統(tǒng)的架構(gòu)和通信能力也是實時變化的，如此構(gòu)建的通信系統(tǒng)，大大降低了我方通信架構(gòu)和能力被預(yù)測的風險。

（二）高韌性

場景中心型通信系統(tǒng)，能根據(jù)戰(zhàn)場態(tài)勢快速給出通信系統(tǒng)組建方案，在實現(xiàn)本方通信的同時又注重自身通信系統(tǒng)的隱蔽性，保障了通信系統(tǒng)的高可靠性。由于構(gòu)建的通信系統(tǒng)具備攻擊特性，因此在我方完成戰(zhàn)場態(tài)勢感知后，便可派出通信干擾編隊對敵方通信、干擾設(shè)備進行偵測和干擾，在對敵方通信進行干擾的同時，誘騙敵方干擾設(shè)備對我方編隊的誘餌彈進行干擾，使得我方通信能力得以頑存，提升了通信系統(tǒng)的韌性。

（三）高適應(yīng)性

“馬賽克戰(zhàn)”理念下的戰(zhàn)場通信系統(tǒng)，能夠基于通信效能，不斷加深、迭代戰(zhàn)場通信環(huán)境的識別和理解，基于戰(zhàn)場實際通信環(huán)境所獲取的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)基于云計算等技術(shù)的智慧決策，實現(xiàn)決策功能的自進化、自學(xué)習(xí)，提升了通信系統(tǒng)的戰(zhàn)場適應(yīng)性。

四、結(jié)語

面對日益復(fù)雜的戰(zhàn)場通信環(huán)境，為了把控戰(zhàn)場信息主導(dǎo)權(quán)，基于馬賽克戰(zhàn)作戰(zhàn)概念構(gòu)建的無線通信系統(tǒng)與傳統(tǒng)固定模式無線通信系統(tǒng)多有不同，基于馬賽克戰(zhàn)的通信系統(tǒng)更強調(diào)各通信單元、關(guān)鍵子系統(tǒng)之間的按需組合、集成和互操作性，最終形成“馬賽克戰(zhàn)”持久、快速、開放的未來戰(zhàn)場適應(yīng)性。本文采用馬賽克戰(zhàn)作戰(zhàn)概念，是從復(fù)雜電磁環(huán)境下作戰(zhàn)對無線通信系統(tǒng)的需求出發(fā)，提出了模塊化開放式通信系統(tǒng)、基于決策中心戰(zhàn)的通信系統(tǒng)。攻擊性通信系統(tǒng)和數(shù)字孿生通信系統(tǒng)等構(gòu)想，并從使用角度提出了所構(gòu)想系統(tǒng)的優(yōu)點，為未來復(fù)雜電磁環(huán)境中無線通信系統(tǒng)構(gòu)建提供了思路。中國軍轉(zhuǎn)民