美陆军战术无线电通信系统发展及启示*

南 栋,王志田,郑少华

(陆军装甲兵学院蚌埠校区,安徽 蚌埠 233050)

在陆军军事通信中,战术无线电通信系统是指集团军以下各级单位为实施战斗指挥必需的无线电通信设备及网络,其主要作用是为作战(部)分队提供可靠、安全和无缝的通信链路,是未来数字化战场上战场信息网的主体[1-2]。不同于我军战术无线电通信设备从最早的“缴获”,再到后来的引进、仿制、改造,以及近些年来的自主创新，美陆军战术无线电通信系统有成熟、完善的发展历程,经历实战的检验也更加复杂、多样,技术也更加成熟,理念也更加先进,因此研究其发展路径及特点,对指导我军战术无线电通信系统的发展建设有重要的启示[3-4]。

1 美陆军战术无线电通信系统发展情况

1.1 主要发展阶段

美陆军战术无线电通信系统发展起步于20世纪60年代,最早是以AN/PRC-77和AN/VRC-12超短波无线电台为代表组成的综合战术通信系统(Integrated Tactical Communication System, INTACS),其能够实现区域内多个作战单元的互联互通[5]。作为美军战术网络建设的基本单元和核心内容之一,战术无线电通信系统一直以来被高度重视,随着信息技术的不断发展,美陆军当前战术无线电通信系统经历了以下三个发展阶段。

1)移动用户设备(Mobile Subscriber Equipment, MSE)系统。MSE系统建设于1985年,是美陆军为进一步提升其战术无线电通信系统纠错能力和通信数据容量,进而达到“空战一体作战”目标而设计[6]。MSE系统包含两个子系统:一类是满足上层单位(师、旅、营)无线电通信的增强型定位报告系统(Enhanced Position Location Reporting System, EPLRS),其能够实现较远距离的短波通信;另一类是满足下层单位(连、排、单兵)无线电通信的单信道地面与机载无线电系统(Single Channel Ground and Airborne System, SINGARS),其进一步拓展了传统超短波无线电台的频带范围,同时采用了具备较强抗干扰能力的跳频保密通信。

2)战术互联网(Tactical Internet, TI)系统。TI系统建设于1996年,是美陆军为实现各战术指挥控制子系统互联互通,基于网际协议(Internet Protocol, IP)技术增加了战术多网网关和互联网控制器而实现[7]。TI系统同样包含两个子系统:一是满足上层单位无线电通信的近期数字无线电(Near Term Digital Radio, NTDR),其进一步拓展了频带范围和数据传输率;另一类是满足下层单位日益增长的数率传输、分组网和定位要求的改进型SINGARS,即SINGARS-SIP。

3)作战人员信息网(Warfighter Information Network-Tactical, WIN-T)。WIN-T起步于2003年,是美陆军为满足高速率、大容量和高机动的要求而设计,其能够使作战人员接入美军全球信息栅格(Global Information Grid, GIG),进而适应网络中心战(Network Centric Warfare, NCW)的要求[8-9]。WIN-T采用螺旋式发展结构,经历了四个主要阶段:①WIN-T“增量1”系统,部署于2004年,增加了卫星网络通信,后对其网络安全进行了升级,形成了WIN-T“增量1b”系统,该系统装备满足上层单位无线电通信的基于联合战术无线电系统(Joint Tactical Radio System, JTRS)开发的地面车辆移动无线电(Ground Vehicle Mobile Radio, GMR)和满足下层单位无线电通信的基于“低体积、重量和功率”理念的JTRS手持、便携、小型(Handheld Man-pack Small, HMS)无线电[10];②WIN-T“增量2”系统,部署于2012年,使美陆军具备初步的“运中通”能力,该系统装备满足上层单位无线电通信的JTRS中间层组网车载无线电(Middle Network Vehicle Radio, MNVR)和满足下层单位无线电通信的JTRS步兵(Rifleman)无线电;③WIN-T“增量3”系统,研发于2014年,使美陆军具备全面的“运中通”能力,由于预算因素被并入“增量2”;④WIN-T“增量4”系统,研发于2016年,增加“运中通”数据吞吐量的同时，重点建设了卫星加密通信,由于预算因素被推迟装备。

1.2 主要技术支撑

在进行战术无线电通信系统研发过程中,美军十分重视创新技术手段的出现,而对新技术的快速应用为美陆军战术无线电通信系统的升级和战术理念的更新提供了重要支撑,这些技术也是区分其战术无线电通信系统发展阶段的主要标准。

1)基于IP技术的战术无线电通信系统。基于IP技术的无线电取代基于非IP技术的无线电,使得战术无线电通信系统完成了由MSE系统到TI系统的升级,从而为区域内众多战术电台能够自由、无缝和快速接入无线电通信网络提供了技术支撑[11]。为了实现战场态势感知,美军采用了基于IP技术的战术多网网关和互联网控制器,其中战术多网网关用于实现数字电台间的无线电干线网络建设;互联网控制器用于连接路由器与电台模块,实现子网内路由器的控制和IP报文的发布,同时实现各子模块的互联互通。

2)基于软件通信体系结构(Software Communication Architecture, SCA)规范的战术无线电通信系统。用于JTRS的SCA规范是2000年在软件定义无线电(Software Defined Radio, SDA)原理上提出,其推动了战术无线电通信系统由TI系统到WIN-T的升级,从而使得无线电“波形”能够通过软件控制,在不同硬件平台上实现重建和移植,进而整合各军兵种不同制式的无线电通信系统[12]。SCA规范作为一种开放式标准,具有里程碑式意义,决定了美军战术无线通信系统的发展方向,由“硬件中心论”转换为“软件中心论”,从而实现无线电通信硬件平台模块的可操作性、可移植性以及可互换性[13]。

1.3 下一代战术无线电通信系统发展趋势

为了进一步优化战场信息网络结构,美陆军战术无线电通信系统发展计划不断根据其作战任务需求和新技术手段的运用进行调整,结合相关文献有以下两个主要的发展趋势。

1)简化型陆军战术可靠网络(Simplified Tactical Army Reliable Network, STAR Net)。STAR Net基于美军网络2.0技术,通过寻求自适应性技术对现有战术通信系统进行简易化、自组织化、去中心化和最优化处理,计划于2020年前完成部署。STAR Net将推动无线电通信联络由“人员对人员”至“机器对机器”的升级,进而提升可靠性和简易性[14]。

2)后下一代无线网络(Wireless Network after Next, WNaN)。WNaN基于无线电认知(Cognitive Radio, CR)技术,能够实现干扰环境下战术无线电通信系统的快速、自主和无限拓展式部署,计划于2025年完成野战环境下的测试。WNaN将借助CR技术的连续感知能力、分析识别能力、智能决策能力、快速适应能力和威胁情报共享能力,进一步推动战术无线电通信系统干扰容忍和动态接入需求[15-16]。

2 美陆军战术无线电通信系统发展特点

2.1 体系建设完善

美陆军在战术无线电通信系统发展过程中高度重视体系化建设,随着现代电子信息技术的不断进步,其战术无线电通信系统形成了完善的高、低两个子体系[17]。

1)美陆军通信网络作为其战术无线电通信系统的高级层次,经历了从MSE系统到TI系统,再到WIN-T的发展历程,决定了整个系统的发展方向。不难看出,随着战术无线电通信系统的发展,其通信网络呈以下发展特点:一方面系统结构愈加完善,考虑的因素也越加多样,从MSE系统仅考虑话音和数据通信,到TI系统整合了话音、下层单位高速数据传输和全球定位等要素,再到WIN-T实现了骨干网高速、大容量的话音通信、数据交换、卫星跟踪和自适应通信;另一方面带动了整个系统效能的不断提升,从MSE系统初步的空地一体作战能力,到TI系统三军联合战术无线电通信系统的实现,再到WIN-T能够较好地并入GIG,实现战场态势感知,极大地丰富了战术无线电通信系统的要素和功能[8]。

2)研究平台体系作为战术无线电通信系统的低级层面,一方面需要满足通信网络发展的支撑作用,另一方面需要为下层系统内无线电的发展指明方向。JTRS是区分研究平台体系发展阶段的重要分水岭,在JTRS出现以前,美军各兵种的无线电通信研究呈“烟囱式”独立发展,存在不能互通和操作问题,导致其发展受限。JTRS的出现,整合了三军研究平台,为作战部(分)队带来了互通协同的可能,随着平台内研究的深入开展,形成了基于JTRS的SCA规范,并在其基础上产生了“波形中心论”理念,使波形能够在不同制式无线电台之间重构、移植和操作,不但能够指导无线电台硬件研究,还实现了与传统战术无线电通信系统的兼容[2]。可以说,研究平台子体系的建设使得战术无线电通信系统的联合式发展成为可能。

2.2 注重战术需求

注重战术需求是美军能够成为一支优秀作战力量的关键,正是有了战术需求的牵引,才使得美陆军战术无线电通信系统的发展活力被激发,其注重战术需求表现在以下三个方面。

1)实战化需求是美陆军战术无线电通信系统的根本性需求,也是其建设发展的重要落脚点。战术无线电通信系统在实战使用中,面临复杂地域环境、多类型作战任务、多种无线电通信和组织运用方式等不确定性因素,从宏观角度决定了战术无线电通信系统根本功能的多样性。例如,正是因为“沙漠风暴”行动中,美军协同通信能力遇到的挑战,才有了TI系统;“911事件”后,美军为了推行其全球化反恐行动,研制了能够适应NCW要求的WIN-T;然后根据其作战行动中对网络安全和战场快速机动能力的实战需求,对WIN-T相应功能陆续进行了多次升级[18]。

2)指挥系统需求是美陆军战术无线电通信系统的指导性需求,引导其发展的方向。战术无线电通信系统作为指挥系统在数字化战场上的“网络神经”,受到指挥系统组织原则和编制调整的影响。较好满足指挥系统的方向性指引,有助于达成指挥员所确定的各层次和阶段性目标。WIN-T能够实现由“增量1”系统至“增量4”系统的研究,正是在美陆军“能力组件”试验推动下,满足了将陆军作战指挥系统(Army Battle Command System, ABCS)的力量延伸到作战前沿的指导性需求[19]。

3)人员实际需求是美陆军战术无线电通信系统的实用性需求,是检验其能否适应战场环境的决定性指标。为了满足作战人员的实际需求,美陆军战术无线电通信系统发展出具有重要影响的轻量化HMS无线电和基于SCA规范的高效能化士兵无线电波形(Soldier Radio Waveform, SRW),其中,HMS无线电能够在满足作战任务需求的前提下,实现人员战场环境中便携和易用的实用性需求;SRW能够在消耗较低电能前提下,满足下层作战单位在有限距离内话音通信、高速视频和数据传输的需求[20]。

2.3 以技术引领发展

新技术理论和手段的深入和快速应用,为美陆军战术无线电通信系统引领全球发展,并制定出通用型标准提供了重要技术支撑。

1)美军一直试图通过技术驱动系统升级,来提高研发效能,降低战术无线电通信系统复杂性,以满足NCW的需求。JTRS立项伊始,美军借助SDA技术,形成了SCA规范1.0版本,直至2015年8月SCA规范推出4.1版本,其核心构建规范随着新技术的驱动有了很大程度的升级,最终形成了美军公认的标准规范。一方面产生了适用于今后很长一个阶段战术无线电通信系统发展的SRW和宽带网络波(Wideband Network Wave, WNW),另一方面规范了软件定义电台体系结构要求和互联结构规范。通过技术驱动系统升级的方式,在有效提高研发效能的基础上,降低了研发成本[12]。

2)高效的技术理论实践化水平是美军战术无线电通信系统能够取得快递突破的重要保障。1985年,美国防部确定了TCP/IP作为所有计算机的标准,其后基于IP技术的NTDR电台出现于20世纪90年代中期;2000年,JTRS提出了SCA规范,首批基于SCA规范的GMR电台出现于2002年;2012年,JTRS项目结束并进行了相关技术和标准的移交,而新规范下的美陆军战术无线电台MNVR也出现于这一阶段。不难看出,随着美军战术无线电通信体系研究结构的日益完善,其对新技术的实践化周期也更迅速,而正是由于这种快速应用,保证了其技术上的领先优势[13]。

3 对我军战术无线电通信系统发展建设的启示

3.1 完善体系化建设为我军战术无线电通信系统建设提供制度化保障

体系化建设是战术无线电通信系统能够快速发展的助推器,美陆军在战术无线电通信系统体系化建设过程中遇到并解决了大量难题,也对其发展路径进行了不断调整和完善,为我军体系建设提供了很好的参考,按照体系层级来说,可以从以下三个方面进行借鉴。

1)加强理论体系建设是完善战术无线电通信系统体系化建设的基础性条件。战术无线电通信系统的建设理论是基于对作战部(分)队通信组织与实施研究成果的总结和升华,对体系构建具有重要的指导意义。理论研究与体系建设是密不可分的整体,两者相辅相成,理论成果的运用能够在实践中指导体系建设,是开展各类实践验证的基础,反之,体系的进一步建设和发展能够丰富理论研究的内容。

2)构建适应我军编制体制的通信指挥体系是完善战术无线电通信系统体系化建设的根本条件。通信指挥体系是保证各级作战单位充分发挥战斗力的必要条件,是指挥员为保障作战指挥与协同、情报和警报报知而建立的通信体系。随着国防和军队改革的深入推进,我军的编制体制由原来的苏俄模式逐渐转换为借鉴苏俄和美军各自优势,同时适应我国国情的一种全新模式,但战术无线电通信系统还未进行有针对性调整。这就需要,在重新构建我军战术无线电通信系统的过程中,一方面要由原来的指令性无线电通信转变为以网络信息联络为核心的数字化通信,解决上下级信息不对称性和延时性问题,依托高速数据通信网络,实现区域内各节点间通信指挥的高效互通;另一方面要将原有的垂直化通信指挥体系转变为扁平化通信指挥体系,打破通信指挥信息传递的层级观念,依托战术无线电通信系统大容量和自主接入特点,实现战场态势信息的融合式共享[11]。

3)规范技术体系是完善战术无线电通信系统体系化建设的支撑性条件。我军战术无线电通信系统的发展过程虽然充满了波折,但对主要军事强国的技术体系均有所涉足,从最早的苏俄制到以色列制,再到美国制,逐渐形成了我军多样的技术体系。而美陆军战术无线电通信系统发展路径证明,只有规范标准下的统一化技术体系建设,才能有效提升研究效益[14]。因此,应在我军原有技术体系基础上,整合近些年无线通信领域出现的新技术,形成适应我军装备发展的开放性技术平台和规范化开发流程,,进而实现技术手段的快速实践化,为系统层面的领先提供技术支撑。

3.2 加强军民融合为我军战术无线电通信系统建设提供竞争化优势

纵观美军战术无线电通信系统发展路径,可将其划分为各军兵种完全独立发展、三军联合发展以及各军兵种依据联合规范相对独立发展三个阶段。这三个阶段分别对应:民营企业独立研制、美军主导研制，以及民营企业与美军相互协调研制,而JTRS项目的诞生和终止是划分三个阶段的重要标志。最终耗资达六七十亿美元JTRS项目的失败,意味着美军战术无线电通信系统发展经过实践检验,采用了相对有效的民营企业与美军相互协调发展模式[8]。我军在建设自身战术无线电通信系统过程中,应当吸取美军发展道路上的经验,结合自身科研体系,完善军民融合创新模式。

1)以军事需求为牵引,驱动军民融合发展方向。军民融合发展过程是把军事需求转变为军民共享技术平台和体系的过程,美陆军实践表明战术无线电通信系统军事需求的牵引性和前瞻性特征,决定其能够自上而下的引导系统的发展方向和技术理论的实践化应用方式。在完善军民融合创新模式过程中,应当充分考虑复杂场景军事应用下,无线电通信系统的高动态性能指标、技术参数、端口规范与军队指挥系统和作战任务的适应性问题,形成能够反映军事需求的体系化、平台化和规范化指标,从而指导军民融合发展方向,最大限度发挥出技术与战术协同发展的理念。

2)以民用研究为内动力,激发军民融合创新活力。无线电通信系统是我军信息化建设的基础工程,虽然经过多年建设后,取得了一定的成果,但随着民用高新技术日新月异的发展进步,我军无线电通信系统的研究体系在基础建设、技术研发和安全防护等方面也显示出了一定的不足。应当充分利用民用研究体系的先天竞争性和民用资源种类多、更新快、范围广等特点,促进新理论、新技术和新体系能够在较短研究周期内满足军事领域的实践化需求,从而激发军民融合创新活力。

3)注重成果转化,实现互利共赢式协同发展。既要满足战术无线电通信系统的军事需求,又要兼顾经济承受能力,在融合发展中充分考虑未来的军事实践价值和在民用领域的经济发展潜力。按照军民融合建设思想,立足现有研究机制,加大基础建设方面军民科技协同开发力度,规范无线电通信系统的军用技术标准和民用技术标准间的关系,实现基础技术平台的互通互用,从而降低科技成果转化成本,逐渐打破军民研究体制之间的技术“隔阂”,实现军民创新成果的双向转换,发挥军民成果共享的最大效能[21]。

3.3 注重资源管理为我军战术无线电通信系统建设提供科学性指引

军事战术无线电通信资源管理是战术无线电通信系统各层次建设的一项重要内容,只有做好资源管理才能少走弯路,实现有限资源的最优化运用。美陆军战术无线电通信资源管理一直走在世界的前列,并有机会得到了实战的验证并不断提升,我军的战术无线电通信资源管理建设只有瞄准前沿,结合有效的军民融合体制,才能有机会实现战术无线电通信系统的领先发展,可从以下三个层级驱动我军的资源管理建设。

1)频谱资源管理是一个非常重要的课题,各国军队都高度重视,目前基本采用固定分配模式,人为划定区间,造成通信频率固化现象,在瞬息万变的战场环境中,容易导致通信被干扰,丧失战场主动权。因此,在建设我军战术无线电通信系统的频谱资源管理时,可借助如CR、机器学习和人工智能等新的技术手段,构建出适应实战要求的自适应型动态频谱资源管理体系[22]。

2)注重上层单位宽带资源管理是提升战术无线电通信骨干网效能的关键环节,只有采用合理的宽带资源分配模式,才能够实现海量数据信息的高速传输,为作战平台和各级指挥员提供有力通信保障[11]。因此,在完善我军战术无线电通信系统宽带资源管理体系时,应当以战术需求为牵引,合理划分宽带资源使用的技术方式,提高无线电通信效能。

3)注重下层单位接入节点管理是处理好战术无线电通信系统“最后一公里”的必要需求。随着合成化部(分)队作战任务日趋多样,接入节点数量陡增,需要由传统的粗放式接入节点管理,转化为按照作战指挥需求,科学划分出不同的通信链路,实现通信网络在时间和空间上的动态共享,从而有效提升部(分)队的作战能力。

4 结束语

本文通过对美陆军战术无线电通信系统发展情况和未来趋势进行分析,对我军的发展建设具有很大的启示作用,能够让我们吸收其经验和教训,有助于建设出一条适应我国国情和军队特色的战术无线电通信系统发展路径。我军在今后的建设中应当注重战术无线电通信系统的体系化建设、军民融合发展和通信资源管理,从而实现原有技术上新的突破,进而带来重大的技术革新,最终实现通信效能由“技术”至“战术”的传导。