机载通信技术的设备与发展*

刘海波

(海军装备部西安军事代表局 西安 710054)

机载通信技术的设备与发展*

刘海波

(海军装备部西安军事代表局 西安 710054)

机载通信技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用。文章介绍了机载通信技术的发展历程以及装备的研制、改进情况,指出了在现代战争中发展机载通信技术的优势和重要性,重点探讨了几种机载通信技术的性能及其特点,最后论述了机载通信技术的发展动向与分析。

机载通信; 发展分析

Class Number TN97

1 引言

随着飞机的高速化、大型化以及高性能的发展,交通量的增加,由此带来的通信信息量的猛增,使得飞机对电子设备的依赖性越来越大,因而,国内外对机载电子设备的发展更为重视。机载电子设备中很重要的一个系统就是通信系统。它一般包括高频(HF)通信设备、甚高频(VHF)通信设备及特高频(UHF)通信设备。本文就机载通信设备、发展动向、发展分析等,作进一步的研究和探讨[1]。

2 机载通信设备

飞机上用于通信联络的电子设备。主要包括飞机电台和机内通话器。飞机电台用于飞机与地面、飞机与舰艇、飞机与飞机之间的通信联络;机内通话器用于机内飞行人员相互通话,或通过它接通飞机电台,实施对外通信联络。有的还可通过设在飞机外部的插孔,在飞机起飞前与地面人员通话。机载通信设备与地面设备相比,其工作环境较恶劣,要求它具有更好的耐震、耐冲击性能;能承受温、湿度和气压的剧烈变化;可靠性高、体积小和重量轻等。飞机电台天线还应具有足够的结构强度和良好的空气动力性能[2]。

2.1 基本组成及工作特点

飞机电台一般由发信机、收信机、天线、控制盒、送话器(或电键)、受话器和电源等组成。发信机和收信机(或收发机)是电台的主体,一般安装在飞机电子舱或靠近天线处,通过电缆与安装在座舱内的控制盒连接。飞行人员通过控制盒选择电台的工作方式、频率,调节音量等。飞机电台广泛采用频率合成器,其工作频率往往是不连续的,在整个波段内包含若干个固定的离散波道。通常超短波电台的波道间隔为25kHz(较早的电台也有50kHz、83.3kHz、100kHz的),短波电台的波道间隔为100Hz(较早的为1kHz)。电台的调谐是通过控制盒给出的指令自动完成。通常是在飞行前预置好若干个波道(一般约20个),供飞行中根据需要选用,也可通过控制盒上的有关旋钮,随时任选某个波道进行通信。

有的超短波电台除主收信机外,还备有应急收信机,用来接收呼救信息。应急收信频率在国际上是通用的,有40.5Hz、121.5Hz、156.8Hz、243Hz等,每台应急收信机的工作频率应在其主收信机的相应波段范围内。有的电台虽没有单独的应急收信机,但可通过控制盒上的开关直接转入应急收信频率工作。

机内通话器通常为有线电通信方式。由低频放大器、电源和若干用户盒组成。用户盒内主要是各种转换控制电路和耳机话筒插座。将耳机话筒插入,即可实现通话。也有无线电通信方式的,这种方式的机内通话器实际上是一小型收发信机,与地面人员通信联络更方便灵活。

2.2 分类及用途

飞机电台按工作波长分为超长波电台、长波电台、短波电台、超短波电台等。按工作频率分为甚低频、低频、高频、甚高频、特高频电台等。使用最多的是超短波电台和短波电台。超短波电台只能用于视线距离范围内的指挥引导通信。通信距离与飞机的飞行高度有关,如飞机在10000m高空与地面通信,通信距离约为400km。超短波飞机电台的主要工作波段为30Hz～88Hz、100Hz～156Hz、225Hz～400Hz。一般情况下,1部电台只包含1个波段,也有包含两个或多个波段的。100Hz～156Hz(甚高频)和225Hz～400Hz(特高频)的超短波电台使用最为广泛,安装在各类飞机上,通常以调幅话方式工作,有的也以调频等方式通话或传输数据以及进行数字通信、卫星通信。30～88Hz(甚高频)的超短波电台通常以调频话方式工作,安装在直接支援地面部队作战飞机和直升机上,用于陆空协同通信。短波通信靠天波和地波两种方式传播,能进行远距离通信,也可进行近距离通信。短波飞机电台的工作频率范围为2～30Hz,主要以单边带方式工作,也可以调幅话、振幅键控、移频键控等方式工作。短波电台主要装在轰炸机、军用运输机及其他大型飞机上,供远距离通信联络用。一些支援地面部队作战的飞机和直升机,也安装功率较小的短波电台,以便在低空、超低空飞行。超短波电台因受视距限制无法联络时,作指挥引导通信用。此外,长波、超长波传播距离远,而且穿透地面和海水的能力较强,该波段的电台主要安装在遂行对地下和水下通信等特殊任务的飞机上。尚有少数工作在微波波段的机载通信设备,具有数据传输、数字通信、多路通信、卫星通信等功能,有的还兼有导航和识别功能。例如频率范围为960～1215Hz的联合战术信息分配系统(JTIDS)就是一个通信导航识别综合系统。

机内通话器主要用于轰炸机、军用运输机、教练机、双座的作战飞机及其他特殊用途的多座飞机上。

3 发展动向

1) 诺斯罗普·格鲁曼公司为阿富汗部队提供机载通信中继系统。NextGov网站2012年6月29日报道:美国空军6月27日透露,它已经授予诺·格公司一份价值7.82亿美元的唯一来源合同,继续为阿富汗部队提供机载通信中继系统,直到2015年9月。这使该项目的总价值达到17亿美元[3]。

根据国防微电子计划先进技术支撑项目,诺斯罗普·格鲁曼公司2006年获得两份总价值5000万美元的合同,开始研制战场机载通信节点(BACN)。2008年,首个系统部署安装在美国空军一架庞巴迪BDS-700商务机上。

阿富汗的山区地形干扰了地面部队使用的视线通信系统,而BACN可作为一个高海拔天线。它集成了网关的软硬件,可以在多种不同频率和调制的通信系统之间实现互操作。

诺·格公司说,BACN能够为不兼容的无线电之间自动提供翻译服务,允许使用某个频率无线电的地面部队指挥官很容易地与使用另一频率无线电的飞行员进行沟通。

美国空军已经在阿富汗部署了3架安装BACN系统的BD-700型飞机和2架携带BACN设备的“全球鹰”无人机,2011年8月其中一架无人机曾发生坠毁。

新的合同包括维持3架BD-700S飞机和2架“全球鹰”无人机以及地面控制系统的持续运行。美国空军表示,诺·格公司必须保障阿富汗地区BACN系统的全天候通信支持。尽管其他承包商并未研发出其他符合要求的系统,但美军表示正在考虑采购一种新系统,以取代BACN。

2) 美国空军扩大战场机载通信节点机群部署。美国《空军杂志》2012年7月27日报道:美国空军授予诺斯罗普格鲁曼公司价值1.56亿美元的合同,扩大战场机载通信节点(BACN)机群的部署,时间到明年6月。该公司副董事长称,BACN给作战人员带来了巨大的变化。第一批1.06亿美元合同涉及装备了BACN的E-11A“全球快递”喷气机、EQ-4B“全球鹰”无人机到2013年6月期间的运行费用。第二批5000万美元合同是向E-11A提供维护支持,时间到明年2月。目前,装备了BACN的三架E-11A及三架EQ-4B正在为阿富汗地面部队提供超目标线通信中继。本月E-11A在阿富汗坎大哈机场已经总共完成了超过3000次战斗出动[4]。

3) 诺·格公司为美空军升级战场机载通信节点(BACN)系统。美国《防务系统》网站2012年9月25日报道:诺·格公司9月24日表示,美国空军已授予诺斯罗普·格鲁曼公司一份价值2000万美元的合同,为战场机载通信节点(BACN)信息网关系统添加超视距指挥控制能力[6]。

高空BACN系统可提供态势感知和指挥控制能力,通过桥接扩展语音通信和众多来源的战场信息来协调作战人员。战士可以通过该空中节点获得多方面支持,如全动态视频、影像、IP语音和聊天信息等。

美军目前拥有3架配备BACN的E-11A庞巴迪BD-700飞机,该合同要求诺·格公司改装其中一架BACN飞机平台,将多角色战术通用数据链和相关控制终端整合到BACN的计算机和无线电系统。

诺·格公司还将支持超视距指挥控制的开发与运行测试。

4) 美空军战场机载通信节点系统部署前线部队。美国《国防工业日报》2013年5月7日报道:诺斯罗普·格鲁曼公司获得总费用为8940万美元的战场机载通信节点(BACN)系统延续合同,为该系统的运行和应用提供支持。此项工作预定在2014年6月前,分别在美国加州圣地亚哥和海外已部署地点完成。美国空军寿命周期管理中心已立即提供2013财年的750万美元运行和维护费。2009年6月下旬,美空军与诺斯罗普·格鲁曼公司签署了有关BACN的应急需求合同。根据计划,诺斯罗普·格鲁曼公司将帮肋美空军在四架E-11庞巴迪BD-700“全球快车”远程公务机和四架将持续部署到2015年的EQ-4B“全球鹰”Block20无人侦察机上部署BACN[6]。

BACN是一种能扩展通信距离的机载通信中继系统,可支持图像、视频、话音和数字文电的无缝传输,并是不兼容通信系统之间的“翻译”。利用BACN,地面上的特种部队士兵能用民用蜂窝电话与战斗机上的飞行员通话。该系统特别适合在阻挡视距通信的崎岖山区、以及军民协同、不同军种乃至不同国家军队协同作战的战场上应用。

5) 美国空军为“全球鹰”安装空中通信节点。本站2013年7月30日综合报道:美国空军与诺斯罗普·格鲁曼公司签订了一份价值4720万美元的合同,为现有的2架Block 20“全球鹰”无人机额外采购并集成两个战场空中通信节点(BACN)[7]。

战场空中通信节点是一种高空机载通信和信息网关,用于持续建立作战通信链路。战场空中通信节点提供的持续连通性,可提高前方作战士兵与指挥官的态势感知和协同作战能力。这种节点通过各种计算机和无线电系统,延续并扩展了话音通信和来自多种信息源的作战空间认知信息。

Block 20“全球鹰”无人机安装了战场空中通信节点后,其代号将变更为美国空军EQ-4B无人系统,发挥持久空中网关的作用。

6) 美太平洋司令部研究建立空间-航空联合通信网络。美国《国防》杂志网站2013年7月29日报道:美国太平洋司令部正在研究建立一个新型的通信网络,以军事卫星、商业通信卫星和飞机作为网关。美国太平洋司令部空军司令卡莱尔上将称,空间-航空网络有助于提高能力和适应性,防止美国卫星被破坏[8]。

美国防部一直在讨论卫星通信脆弱性的问题,特别是在奥巴马政府提出“战略东移”之后。卡莱尔上将警告过度依赖卫星通信可能导致问题。美国的潜在对手已部署了“联合防空突袭行动”计划,寻求致盲美国卫星通信。美军一直占据着天基通信的优势,但是对手找到方法剥夺这种优势也只是一个时间问题。

美国太平洋司令部正在考虑采用类似在阿富汗的做法部署航空网络的可能性,即战场机载通信节点(BACN)。该网络可配备装有通信节点的高空无人机(如“全球鹰”),能够在作战区域所有参与者之间接收、联接、发送声音和数据。

卡莱尔指出,仅靠添加网络层数不足以抵抗对美国卫星通信链接发起的网络、电子或物理攻击。美军指挥官也不得不优先考虑通信需求,在“退化”的环境中继续作战。

卡莱尔称,网络必须设定一个最低连接水平,只包括基本信息。需要思考以下问题:如果分层网络被破坏,需要传递的最重要的信息是什么？怎样确认传递信息是正确的且没有多余信息？如何在“退化的”条件中工作？

美国在亚太地区的盟国担心,一个技术先进的军事对手,如中国,可能会在冲突中拒绝其获得卫星通信服务。印度空军上将布朗已寻求美国太平洋司令部的帮助,创建一个军事空间办公室以解决此类问题。

战略和预算评估中心(CSBA)的高级分析师哈里森称,当前卫星通信链接大约93%是不受保护的。当前系统不符合现有的现实,不能在有争议的环境中作战。并指出,航空网络可作为一种增强能力的手段,但是飞机比卫星更容易受到攻击,因为飞机不能隐身,使用地点也受到限制。

战略和预算评估中心(CSBA)的研究指出,航空网络可根据所用飞机的高度和数量提供高容量通信,来补充或取代一个地区的军事卫星通信。飞机作为高空信号发射器,只能在允许的空域飞行,并且可能被防空系统瞄准。因此在有争议的空域设立航空网络中不可行。

针对卡莱尔提出的设定卫星通信需求的最低标准,哈里森表示赞同,这样可以通过受保护链路传播重要信息,同时将不必要的数据移交给安全性较低的商业卫星系统。

哈里森称,美国应与盟国合作,尤其是在亚洲,投资给新型的、更安全的卫星通信系统,也可以创建一个额外的分层或保护系统抵御攻击。可为盟国提供共同使用的卫星或卫星星座。如果敌人攻击一个多国卫星,这样做的战略成本将大于攻击美国自己的航天器。美国已经在军事卫星上放置了澳大利亚的一个有效载荷,并在考虑与地区友好国家合作的其他方式。

7) 美国空军授予诺斯罗普公司战场机载通信节点合同。据《空军技术》网站2014年8月8日报道:诺斯罗普-格鲁曼公司得到了一份继续进行和保障美国空军的战场机载通信节点(BACN)系统的合同。合同额为89.7百万美元,在2015年6月前的合同期间诺斯罗普将拓展BACN的载荷以支援海外突发任务。BACN装备有一个机载激励处理机(AEP),是一个前沿部署的网络中心信息服务器,通过应用一套计算机及射频系统,实现了不同战场通信系统之间的数据共享。高空的BACN载荷集成到了四架E-11A(由BD-700“环球快车”飞机改进而成)和3架EQ-4B(由“全球鹰”Block 20改进而成),其中3架EQ-4B已部署在阿富汗以支援“持久自由”作战行动。诺斯罗普-格鲁曼公司信息系统通信分部的副总裁兼总经理Jeannie Hilger成:“BACN正使我们的作战人员发生巨大的变化,成为任务成功的一个不可缺少的因素。”BACN也可为指挥人员和部队提供先进的机载通信能力,增强态势感知和拓展语音通信。诺斯罗普公司希望BACN作为“联合空中多层网络”(JALN)的持久高空网关,提供跨战场空间的保密通信及网络连通能力。JALN将设计成可拓展现有的通信网络及能力,可联接地面、太空和空中的武器装备。诺斯罗普公司作为EQ-4B的总承包商,在2005年4月从美国空军电子系统中心得到了首份BACN合同[9]。

4 发展分析

机载通信设备的发展趋势: 1) 小型化; 2) 抗干扰; 3)数字化; 4) 综合化[10]。

1) 小型化。发展小型化的机载通信设备。一是减少通信设备的体积、重量、功耗等;二是提高通信设备的高可靠性。

2) 抗干扰。发展保密和抗干扰措施。一是使通信设备与保密机接口,为话音加密,以防敌方窃听;二是使通信设备具有自适应天线技术、扩频跳频技术等。

3) 数字化是应用数字电路和微处理机,对信息进行加工处理和传输,也利于综合化的实现。

4) 综合化是将单一功能的电台综合为多功能电台,进而将飞机电台与其他机载电子设备综合成多功能综合航空电子系统。

5 结语

随着机载通信设备的小型化、抗干扰、数字化与综合化的实现,其性能越来越好,其可靠性越来越高,在未来现代化战争或局部战争中,适时运用机载通信设技术,就能够有效地防止敌方的偷袭,达到保护自身目标的安全。

[1] 魏新,马丽华,石磊,等.通信设备红外图像数据库的建立方法[J].红外,2012,33(2):33-36.

[2] 邢素霞.红外热成像与信号处理[M].北京:国防工业出版社,2011.

[3] 诺斯罗普·格鲁曼公司为阿富汗部队提供机载通信中继系统[N].每日防务快讯,2012-07-05.

[4] 美国空军扩大战场机载通信节点机群部署[N].每日防务快讯,2012-08-06.

[5] 诺·格公司为美空军升级战场机载通信节点(BACN)系统[N].每日防务快讯,2012-09-29.

[6] 美空军战场机载通信节点系统部署前线部队[N].每日防务快讯,2013-05-15.

[7] 美国空军为“全球鹰”安装空中通信节点[N].每日防务快讯,2013-07-31.

[8] 美太平洋司令部研究建立空间-航空联合通信网络[N].每日防务快讯,2013-08-02.

[9] 美国空军授予诺斯罗普公司战场机载通信节点合同[N].每日防务快讯,2014-08-19.

[10] 付强,姜会林,王晓曼,等.空间激光通信研究现状及发展趋势[J].中国光学,2012,5(3):117-125.

Equipment and Development of Airborne Communication Technology

LIU Haibo

(Xi’an Military Agent’s Bureau of Naval Armament Department, Xi’an 710054)

The airborne communication technology of helicopter plays more and more important roles in the war today. The process of development of the airborne communication technology of overseas helicopter abroad and equipment in some countries in the world and its modification are described. The technique performance and properties of several airborne communication technology of helicopter seekers are analyzed; and development trend and analysis of the airborne communication technology of helicopter are discussed.

airborne communication, development analysis

2014年6月3日,

2014年7月24日

刘海波,男,硕士,工程师,研究方向:飞机总体。

TN97

10.3969/j.issn1672-9730.2014.12.005