无人作战体系的通讯问题
  发表时间:2024-04-21 12:10:31 | 作者:米乐首页 

  摘 要:本文将无人作战渠道通讯与有人作战渠道通讯进行比照,指出无人作战渠道因短少人员实时操作,其通讯呈现出时效性、牢靠性、安全性、设备小型化、渠道间组网要求更高,通讯链路不对称性更杰出等特色;剖析了无人机、无人战车、水下无人渠道等三类无人作战体系通讯的开展现状,并以美军《2013-2038 年无人体系归纳路线图》为参阅,要点剖析了无人作战体系通讯未来的开展趋势;着重要要点研讨和打破的关键技能是,包含通讯网络体系结构、信息传输和渠道组网等技能的无人作战体系通讯网络技能,包含智能化战术协同体系架构规划、网络化有人 / 无人协同操控和智能化有人 / 无人协同使命办理等技能的无人作战体系智能化协同传输技能,以及无人作战体系归纳防护技能。

  20世纪 90年代以来,在微电子、核算机、导航、通讯、动力、主动操控、新材料、人工智能等许多高新技能的一起推进下,无人作战体系进入了史无前例的繁荣开展阶段。各种无人作战渠道之间以及与有人体系之间的操控信息和事务信息怎么安全牢靠传输,怎么组网协同作业,面对许多亟待处理的问题,需求打破许多关键技能。

  无人作战体系通讯首要完结无人渠道使命信息传输和遥控、遥测、盯梢定位等功用。从掩盖规模来看,无人作战体系通讯可分为两类,一类是无人渠道的内部通讯,另一类是无人渠道与地上操控站之间,以及无人渠道与其他有人渠道的外部通讯。从用处来看,无人作战体系通讯又可分为渠道使命信息的传输链路(如无人侦查机传输的侦查情报信息链路或无人中继通讯飞机的信息转发信道)和对无人渠道的操控链路(无人机的遥控、遥测和盯梢定位链路)。就无人渠道自身而言,操控链路显得尤为重要。

  对应有人作战渠道通讯,无人作战渠道通讯相同面对电磁波传达特性、信道模型等问题,物理层信号规划需求处理的问题完全相同。比方,空间传输多径影响是相同的,水下无人渠道通讯相同面对电磁波急剧衰减的应战。

  与有人作战渠道通讯比较,无人作战渠道短少了人员实时操作,其通讯的特色首要体现在以下六个方面。

  一是时效性要求更高。无人作战渠道的通讯链路,尤其是操控链路,基本上选用规范化格局,具有显着的数据链特征,以确保时效性需求。

  二是牢靠性要求更高。无人作战渠道的人工干预在远端,渠道智能化要求更高,在自主操控、接纳、处理等方面,要求通讯链路具有更高的牢靠性。

  三是安全性要求更高。通讯链路特别是操控链路是无人渠道的命脉,如链路受搅扰导致中止,空中的无人机就像断了线的风筝,飘忽不定。若操控链路被敌方接收,景象天然更糟。

  四是通讯链路不对称性更杰出。上下行信道数据传输才干显着不对称,传输事务数据的下行信道的数据速率远高于传输测控指令的上行信道。

  五是设备小型化要求更高。因为无人作战渠道空间小,对通讯设备的尺度、分量、功耗和散热性要求更高。

  六是渠道间组网要求更高。因为无人作战渠道的高机动性、自主运转等特征,以及视距通讯间隔约束等要素,使得渠道间组网(其间包含无人渠道相互之间的组网,也包含有人和无人渠道之间的组网)和网络操控比较于有人作战渠道愈加困难。

  无人作战体系从空间散布上分为三类,空中各类无人机、地上各种无人战车、水面无人舰艇和水下无人潜航器等。

  现在,无人机已进入体系化、规模化开展阶段。无人机内部通讯系一致般选用有线通讯办法和总线式结构,外部通讯体系多选用“三合一”和“四合一”的归纳信道体系。“三合一”首要指的是盯梢定位、遥测、遥控选用一致的载波体系,进行一体化规划,共用一个传输信道,而运用别的独自的下行信道传输各类事务信息;“四合一”是指盯梢定位、遥测、遥控信息和事务信息共用一个信道传输。“四合一”归纳信道体系集成度高,对通讯资源的利用率高,在现代无人机数据链中得到广泛运用,“三合一”体系可针对操控信道数据率一般较低、牢靠性要求高的特色,可区别选用窄带和宽带信道,针对不同频段信道特性规划合适的传输体系,具有必定的运用灵活性。小型战术无人机,一般在小区域内运用,多选用视距链路,配有窄带和宽带两种链路,一般不配备卫通链路。比方美军的“影子”200 无人机,配有 UHF、S 频段窄带视距链路和 C 波段宽带视距数据链路。其间,UHF、S 频段视距链路用于传输指挥操控信息,链路速率几十 KB/S,C 波段宽带视距数据链路首要用于传输事务操控信息和传感数据,速率可达 Mb/s 数量级。因为是小型渠道,其天线数量少,口径小,功率小。

  中高空、长航时无人机,一般都会配备视距、超视距多条通讯链路来满意使命履行的通讯需求。视距通讯链路首要用于起降站本地操作。比方美军的“捕食者”,视距首要配备了 5G 的 C 频段。卫通是 Ku 频段,最高可以到达 50M。“全球鹰”无人机有 5 条通讯链路确保,3 条窄带,是“全球鹰”无人机指控信息传输的首要链路;2 条宽带,首要用于事务数据的传输,其间 1 条是与 CDL 兼容的、全双工、宽带、空位数据链,1条是 Ku频段、全双工、宽带卫星通讯链路。

  别的,无人机通讯体系越来越着重和有人飞机之间的协同通讯才干。例如,Link16 数据链、机间数据链等成为美军越来越多无人机通讯载荷的规范配备,特别是在大中型无人机、无人作战飞机等渠道上;又如,美军 X-47 作战无人机通讯体系配装了 Link-16、VHF/UHF 数据链、机间数据链等视距链路通讯载荷,以及 AEHF 频段和 Ka 频段等超视距链路的卫星通讯载荷。

  地上各种无人战车、排爆机器人等,其内部通讯体系大多选用有线办法。例如,CAN 总线(Controller Area Network,操控器局域网)开始是由德国 Bosch 公司为处理轿车监控体系中的许多杂乱技能难题而规划的数字信号通讯协议,其运用规模已不限于轿车行业,已推行到机器人、机械工业、家用电器等范畴。外部操控信息传输大多依托视距无线链路,运用的通讯手法包含数据链、蓝牙、UWB、Zigbee、WIFI,以及 3G、4G 移动通讯技能。现在,这些地上无人移动渠道在反恐举动中广泛运用,通讯手法首要依托民用无线通讯设备。又如,美军无人坦克车“黑骑士”,配备了许多的摄像头、传感设备、雷达体系,其通讯体系为增强型高速战术数据链设备,但通讯操控比空中的无人作战渠道要杂乱得多,因为地势地貌崎岖多变,场景反常杂乱。所以地上的无人作战体系通讯安排,尤其是组网的时效性、操控性难度更大。

  俄罗斯在叙利亚反恐中,出动了 6 台“渠道 -M”地上作战机器人和 4 台“阿尔戈”机器人,在“仙女座 -D”主动化指挥体系的一致指挥下,合作叙利亚部队举动,顺利完结相应使命。与美军同类产品类似,“渠道 -M”的操作操控体系首要由一用笔记本电脑和一个改装过的 XBOX 游戏机手柄组合而成,非常易于战士操作。俄媒发布的“仙女座 -D”主动化指挥体系集成度比较强,由多用 PC 和笔记本电脑组成,一个军用帐子就可以装下,合适前哨.水下无人渠道

  因为海水杰出的导电性,传统通讯频段电磁波在水下的传输损耗要比水面大气环境中大许多。因而,处理水下无人渠道通讯问题和有人作战潜艇相同是一个国际性的难题。按运用场景,现在常用的处理方案首要有:当水下无人渠道与母船(操控站)较近时,选用水下光纤通讯和水声通讯;当与母船(操控站)较远时,选用短波、卫星通讯,但要求水下无人渠道守时上浮至水面才干树立传输信道,这种通讯办法简单露出渠道的方位。

  2013 年,美国国防部发布了《2013-2038 年无人体系归纳路线图》,以无人体系广泛运用为布景,提出未来 25 年无人体系开展的全体思路和详细设想,着力处理限制无人体系往后大规模运用的首要技能与方针问题。一起经过对过去 10 年全球战役中无人体系运用实践的总结,指出 C4(指挥、操控、通讯和核算机)架构在支撑无人作战渠道方面的缺乏。典型的问题包含:

  别的,相对于空中无人渠道和地上无人渠道通讯体系,水下无人渠道通讯手法单一,通讯才干较弱。

  输容量。四是大力开展宽带卫星通讯,满意无人机超视距作为数据日益增长带宽的传输需求。

  现在,国内无人作战体系通讯问题研讨还停留在重视某类无人渠道通讯的完成技能,没有构成我军无人作战体系通讯网络体系。应加强无人作战体系通讯体系顶层规划研讨,树立一致的通讯基础设备(通讯网关和中继网站,数据服务中心)支撑无人渠道的指挥与操控和使命载荷的信息回传,运用户可以快速简洁地发现、获取和剖析实时和非实时的情报、监督和侦查信息和其他使命数据,防止重复建造,处理功率低下和兼容性差等问题。

  要点处理无人作战环境下人 / 机 / 物归纳接入的智能无线通讯问题。包含多节点低时延宽带协同传输、无人作战渠道的小型化高增益天线、光通讯、高效数据压缩、动态频谱感知和接入等技能研讨,支撑无人渠道间、无人和有人渠道之间的快速信息传输。

  面向未来自主无人作战渠道协同交互、协同进犯、协同防卫的作战需求,重视无人作战渠道牢靠组网、低磕碰链路接入、低能耗低时延多跳路由、散布式网络自主运转办理操控及组网安全等技能。

  针对无人作战渠道之间、有人作战渠道与无人作战渠道之间的战术协同需求,研讨典型作战场景下有人无人协同作战的首要形式、不同作战款式、不同等级协同过程中的信息交互需求和首要流程,开放式、可扩展的智能化战术协同体系架构及网络资源一致调度与办理办法等。

  研讨面向有人 / 无人协同运用的通用化、可扩展的高效操控模型,多渠道编队自习惯飞翔操控技能,面向特定使命的多渠道传感器及兵器操控技能,有人 / 无人、无人 / 无人作战渠道间的无源协同定位、协同勘探、复合盯梢、协同制导等协同处理技能等。

  研讨根据作战使命驱动的智能使命分化与人物分配技能,面向使命需求和战场环境的航路主动核算与优化技能,根据使命和规划成果的推演与评价技能等。

  研讨习惯高速移动特性的双向安全接入认证体系,根据多渠道协作的进犯感知技能,针对典型灵活搅扰、信息诈骗等进犯的屏蔽和阻隔技能,根据云的要挟信息同享和协同呼应技能。经过归纳安全态势、和谐安全防护配备,对无人渠道的进犯事情进行有用应对和处置,完成单点辨认、大局联动防护。

  无人体系在未来战役中扮演越来越重要的人物,呈现出智能化、复合化、体系化的开展趋势,操控办法由遥控、程控向智能自主开展,体系由单一功用向多种功用复合开展,使命使命由背负援助保证向直接参加作战使命开展,作战运用由独立运用向体系协同开展,将从根本上改动人类参加战役的办法。无人体系的通讯问题将直接影响体系作战效能的发挥,面对新的应战和更多技能难点,咱们要要点重视影响无人体系通讯开展的关键技能,活跃迎接应战,处理技能难题,为我军无人作战体系的快速开展供给支撑。

  军事科学院体系工程研讨院体系所研讨员,中国科学院院士。首要研讨方向为军事通讯网络与信息体系理论、办法和技能。

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