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浅析美军舰载通信系统最新研究

作者:佚名 来源: 日期:2022-6-14 18:41:19 人气:

  导读:为满足作战行动与地域跨度等方面的需求,美国海军近年来针对卫星通信系统、数据链以及等舰载通信系统与技术开展了诸多研究,以实现与陆、空同步的带宽,进一步提升远程通信能力以及美军与战略伙伴国之间的联合作战能力等。本文对美国海军下一代NMT舰载卫星通信系统、下一代CBSP舰载宽带卫星系统、MTC-A多波段卫星通信系统,NTCDL舰载网络战术通用数据链系统、MIDS-LVT软件定义战术数据链、TCDL MST STE舰载战术通用数据链系统、升级版AN/USQ-167通用数据链系统,以及DMR &Badger下一代舰载数字化模块化和ATCS未来战术通信的最新研究进行梳理与浅析,以期对美国舰载通信系统与技术的最新研究进展以及发展方向有所了解。

  通信带宽是美国海军对于通信网络系统和技术的首要能力需求,且以使带宽实现与陆、空的带宽同步为目标。同时美国海军的远程通信能力也亟需进一步提升,以满足其作战行动与地域跨度的需求。而美国海军现阶段主要基于卫星通信系统实现远程通信以及与岸基通信网络的连通,因此,美国海军一方面加紧生产和部署海军多波段终端(NMT),以兼容应用美军新一代和现役卫星通信系统;另一方面则致力于利用商用卫星系统满足通信带宽需求,由此开展了舰载商用宽带卫星计划(CBSP),以作为对舰船军事卫星通信能力的补充。

  2016年1月美国海军空间与海战系统司令部(SPAWAR)授予雷神公司空间与机载系统分部一项金额为1.029亿美元的合同,为美国海军水面舰艇、潜艇以及岸上基站提供300套海军多波段终端(NMT)。美国海军信息战系统司令部(NAVWAR,原SPAWAR) 又于2021年1月授予雷神公司情报与航天部门价值 2000 万美元的订单,以建造海军多频段终端 (NMT) 系统,从而加快为美国和盟国海军部队提供安全卫星通信 (SATCOM) 能力的进程。

  NMT是为美国与盟国海军所用的下一代卫星通信系统,可提供受的宽带通信,可在舰船或潜艇的计算机网络与全球信息网格之间提供无缝、可靠的连接,其符合美国最新的软件通信体系结构(SCA)标准,有3种型号:岸基型、舰载型和潜艇型,既能使用相控阵天线,也可采用目前海军舰船主要使用的抛物面天线,从而更易于满足不同舰船的安装要求。

  总之,NMT可支持极高频通信(EHF),先进极高频中低速、扩展数据率通信,超高频通信(SHF)等,可保障美国海军及其盟友的舰载或潜艇计算机网络和全球信息栅格间的无缝连接,具有更强的数据吞吐能力和抗干扰能力,并已通过海上恶劣条件下的测试。

  利用NMT在舰载运动的极端情况下使用低、中和扩展数据速率波形为舰载计算机网络实现了受的双向网络卫星通信;

  在性能验证测试中,NMT的网络及点对点通信数据速率达到了8.2Mbps,在复杂的海上状况中,其天线转交只需要十亿分之一秒的调整时间;

  雷神公司计划于2022 年 5 月向美国海军交付NMT订单。而美国海军则计划利用NMT取代现有的卫星终端,包括美国海军现役的AN/USC-38/后续终端(FOT)极高频卫星终端和AN/WSC-6 (V)宽带超高频卫星通信终端,将在为海军指挥官和作战人员提供数据吞吐能力与防止敌人拦截的的同时,大大简化舰线系统,提升空间利用率。

  届时,美国海军航母战斗群中的舰船只需1~2台NMT即可取代目前所使用的多台终端,并且美国海军计划将近300套NMT装备于舰船、潜艇与岸基之上,加之美国还将为其战略伙伴国研发多种NMT机型。由此可以想见NMT将不仅成为美国海军未来卫星通信能力提升的关键设备,还将有助于提升美国与其战略伙伴国的联合作战能力。

  CBSP以USC-69为终端,具有三种版本,可分别用于航母等大型舰船、巡洋舰与舰等中型舰船以及其他小型舰船。据称,CBSP装备于大型舰船上时的通信速率约为21.4Mpbs,装备于小型舰船上时的通信速率约为881kbps,能够使海军舰船的通信量增加约10倍,将取代美国海军目前大、中、小型作战舰船所使用的商用通信终端。

  美国海军自2014年起陆续授予哈里斯公司为美国海军提供大型水面战舰舰载高带宽卫星通信 (SATCOM) 的合同,将交付多达120个全新的高数据率终端,合同周期约8年,价值约2.5亿美元。

  其中,CBSP FLV SATCOM 设备包括具有 C 和 Ku 波段功能的 8.9 英尺终端,其相对较高的带宽容量能够为每艘水面战舰上的多达 5000 名军事人员提供高速互联网接入,并将取代现有的 Harris AN/WSC-8 C 波段卫星通信终端。

  综上可知,美国海军正在对CBSP进行部队级别与单元级别的转换,以满足不同类型的舰船需求。NMT与CBSP的开发正在同步进行,未来美国海军将把二者相结合,利用NMT替代现役的军用卫星通信终端,利用CBSP替代现役的商用卫星通信终端,二者将采用分别装备不同舰船,或者同时装备同一舰船的多种方式,以满足不同型号舰船的通信需求。其中,CBSP将优先装备于现阶段仅装备了商业卫星通信系统的小型舰船,之后再陆续装备航母等舰船。美国海军原计划使CBSP于2020年达到完全运行能力,但截至2021年8月尚未见相关消息披露。

  Maritime Targeting Cell-Afloat(MTC-A)多波段卫星通信系统是美国海军正在研发的卫星通信系统之一,其能够使作战舰艇同时利用多个位于地球同步轨道和非地球同步轨道的通信卫星实现持续通信,可在X、Ka与Ku波段工作,功能上将覆盖CBSP,“朱姆沃尔特”级导弹舰将是装备该系统的舰艇之一。

  据称,该卫星通信系统将采用化架构,模块化和可扩展性设计,以及有源相控阵(AESA)天线体制,将能够在X、Ka和Ku波段工作,并且天线采用了低雷达反射截面积设计,以“朱姆沃尔特”级等的低RCS特征。

  预计MTC-A将在2021财年第三季度(截至2021年10月暂未见最新消息披露)和2022财年第三季度分别完成“初始设计审查”(PDR)和“关键设计审查”(CDR),于2023财年第三季度装舰使用,并开展测试工作。

  开发、部署下一代舰机间数据链——网络战术通用数据链(NTCDL)等数据链,用以装备频海战斗舰等小型舰只,与航母、两栖舰等大型舰船以及各种海上巡逻机、舰载直升机,实施联网作战,也是美国海军近几年发展舰载通信系统装备的重点计划之一。

  美国海军于2016年9月28日授予BAE系统公司一项总价值为8470万美元的合同,以设计、开发、试验并生产“网络战术通用数据链”(NTCDL)系统,使美国海军能跨平台和网络同时传输与接收实时情报、和侦察数据的能力。

  NTCDL通过将来自空、地/水面以及水下平台的话音、数据和视频信息进行实时交换,增强美国海军的态势能力和战场优势;

  具有模块化、可扩展的优点,并且采用式系统架构,具有通用化界面和可重复编程能力,可适应不断变化的任务需求;

  据称,民用现成(COTS)耐用型计算设备供应商塞斯泰尔公司(Systel Inc.)已于2019年2月起为NTCDL研发耐用型高性能计算服务器。NTCDL将取代目前位于“朱姆沃尔特”级舰上层建筑顶部的两套USC-38 EHF波段卫线,其相控阵天线选择镶嵌在上层建筑表面,以改善“朱姆沃尔特”级的隐身能力。而NTCDL将至少具有两种构型,目前已知的B型NTCDL将配备发射阵面与接收阵面各4个,并将被FFG(X)导弹护卫舰所采用,

  未来,美国海军将利用NTCDL实现多源(如空中、水面、水下与单兵装备)语音、数据、图像及视频信息实时共享,从而能够增强跨域、跨网络的态势能力。

  数据链技术服务公司(DLS,为柯林斯宇航公司和BAE系统公司的合资公司)于2019年8月9日被美国海军信息战系统司令部(NAVWAR)授予7500万美元合同,将为美国海军提供升级版大容量、抗干扰的Block II升级改进版小型多功能信息分发系统终端(MIDS-LVT),预计将于2026年12月完成。

  MIDS-LVT的研发将由DLS与卫讯公司共同开展,早在2015年DLS与卫讯公司就被美国海军授予约10亿美元的合同,进行MIDS联合战术无线电系统(JTRS)终端的开发、,并且卫讯公司还于2018年被授予8550万美元合同,为MIDS-LVT提供Block Ⅱ升级版软硬件及相关服务。

  MIDS-LVT是软件定义战术数据链与网络系统,可装备于舰艇,也可装备于飞机、地面站与车辆,其拥有4个信道,使现有Link 16战术网络与态势具备“多网-4”与“战术空中”(TACAN)功能;

  MIDS-LVT Block II升级将使使用其他升级版Link 16终端的平台实现互联,如MIDS JTRS系列终端,MIDS JTRS终端为未来的“战术目标网络技术”、“多功能先进数据链”、“机间数据链”等先进网络波形预留了3个通道。

  总之,未来MIDS-LVT将有望为美国海军、空军、陆军平台及友军提供安全、大容量、抗干扰的数据与数字话音通信能力。

  2019年2月美国海军海上系统司令部宣布授予L-3通信公司2960万美元合同,将提供3套战术通用数据链舰载终端(TCDL MST STE)系统,包括甲板上/下全套设备,为全部在建和现役濒海战斗舰提供TCDL MST STE系统的关键能力,以使濒海战斗舰能够远距离“火力侦察兵”无人直升机,并接收其态势数据。

  L-3通信公司T系列Mod-S水面舰终端是一型耐用型通信终端,已集成到濒海战斗舰和海警船,支持通用数据链波形标准,而TCDL MST STE系统则属于有人/无人侦察机宽带互操作数据链系列,预计将于2023年9月交付美国海军。

  TCDL MST STE系统甲板上是一部36英寸双轴天线,甲板下是一系列外场可更换单元(LRU),包括微波调制解调器组件、MMA、通用数据链接口,以及为式系统设计的以太网接口,增加LRU和天线数量可将数据链扩展成多链配置。其天线部分运行,工作在Ku波段,可在任何天气条件下工作,采用基本配置遥控距离约为45.72米,可实现控制站与无人机之间的交互能力。

  美国海军信息战系统司令部太平洋中心还于2020年从已退役的“企业”号航母上回收了AN/USQ-167通用数据链系统,并提供给水下战中心基波特分部圣迭戈舰队试验鉴定中心(FTEC),由FTEC对其进行了技术升级,并利用北岛海军航空站的多型飞机对升级后的系统进行作战试验鉴定,甲板、飞行测试均取得成功,证明了下一代通用数据链系统性能的可靠性,未来将装备全部航母。据称技术升级后的AN/USQ-167通用数据链系统,能与飞行中的舰载反潜机相连,可接收、处理、评估多型岸基/舰载反潜机提供的声呐浮标的探测数据,提高航母的反潜作战能力,同时也加快了下一代数据链系统的研发进度,计划于2021年装备“福特”级“肯尼迪”号航母,未来还将被应用到美国所有航母上。

  美国海军空间与海上作战系统司令部(SPAWAR)自2015年以来向通用动力公司订购了AN/USC-61(C)紧凑型多信道数字模块化舰载(DMR),用于各水面舰艇与潜艇。该型是软件定义无线电(SDR)设备,工作于2MHz~2GHz频段,已经成为美军的标准装备,截至2021年8月通用动力公司已经向海军交付了900余多台DMR无线电。

  采用式架构标准模块,含有嵌入式1型加密机、嵌入式红/黑基带交换机与由器,嵌入式自测系统,采用高频/数字模块/特高频/卫星通信无线通信的单点控制,具有共址特性,自动化程度较高;

  具备多个信息安全等级的话音、数据通信能力,兼容多种波形,具备高频通信能力、超高频视距通信、超高频卫星通信以及甚高频通信能力。

  该型还通过了联合互操作性测试司令部(JITC)的认证,符合美国对特高频卫星通信的MIL-STD-188-181B/182A/183A要求。

  美国海军空间与海战系统司令部(SPAWAR)还于2019年1月28日授予泰利斯集团公司3090万美元合同,以在5年内继续为美国海军水面舰和潜艇高频无线kW高频分布式放大器组(HF-DAG)系统元件与灵活功率管理单元(FPMU),以支持AN/USC-61(C)以及多种自动化通信设备,实现多个频段的覆盖,以使美国海军水面舰与潜艇具备高频、特高频(UHF)视距通信能力、特高频卫星通信(SATCOM)能力和甚高频(VHF)无线电通信能力。

  而通用动力任务系统公司的新型 Badger 软件定义无线 年海空航天大会上亮相,该设备以 AN/USC-61(C) 数字模块化无线电 (DMR) 为基础。在此将AN/USC-61(C)与其改型Badger的架构、通信能力等梳理如下表所示,以期对美国海军舰载软件定义无线电系统的发展方向等有所了解。

  其中,Badger基于软件定义技术与灵活的式架构,能够使未来的下一代通信系统(包括波形、加密算法和高级网络连接)能够根据需求进行整合,并且可在确保通信安全的同时简化系统架构,能够为船对船和船对岸语音和数据通信提供相同级别的MILS。

  总之,无论是AN/USC-61(C),亦或是Badger,均可连接美国海军的下一代卫星通信系统——MUOS卫星通信网络(MUOS的传输速度是目前超高频卫星系统的16倍),并能够装备各型战舰、潜艇以及其他平台,能够极大增强美国海军的超视距话音和数据通信能力,同时由于二者均具有 MILS 功能,从而能够分别在其四个与两个频道中的每一个频道上以多个安全级别同时进行通信,且每个频道均可调谐到广泛的频率范围。

  未来随着AN/USC-61(C)与Badger的不断发展,仅需几个数字模块化无线电系统即可替代老旧舰船上所装备的传统无线电和设备的整个“无线电中心”。并且,Badger 不会取代 DMR,其只是基于 DMR 的更新、更小的版本,并具备与船舶系统的现代语音互联网协议接口,因此可被用于更多平台,包括无人水面舰艇。

  2020年8月3日美国海军信息战系统司令部(NAVWAR)授予超级电子战术通信系统公司价值约1.5亿美元的合同,用于研制生产两栖战术通信系统(ATCS),预计将于2030年7月向美国海军交付49 套,向美国海军陆战队交付24 套。

  ATCS将基于超级电子公司“猎户座”X500研制,将由、功放、天线等装备构成,将提供两个的LTE无线网络,一个用于支持大容量网络流量,另一个用于支持智能手机、平板电脑和指挥站等。在此将“猎户座”X500的系统组成以及核心能力等进行梳理,以期对ATCS的通信能力有所预判。

  ATCS的基站由1个虚拟主网、1套30英尺机动部署天线英寸宽的小型战术拖车构成,可由MV-22“鱼鹰”倾转旋翼机运输。其能够支持地面、舰舰、舰岸话音、数据、视频通信,通信容量大、通信质量可靠,未来将替代美国海军现役AN/SRC-57数字宽带传输系统和海军陆战队AN/MRC-142B终端等舰载和岸基通信系统视距中继战术。

  综合而言可以推测,未来ATCS将具备反电子对抗(ECCM)和抗干扰能力,并将有望实现舰载视距通信系统的两栖作战C4I支援能力。

  小结:美国海军正在致力于开发先进的舰载军用/商用卫星终端、数据链系统与以满足美国及其战略伙伴国的海军通信需求。其中,NMT可在舰船或潜艇的计算机网络与全球信息网格之间提供无缝、可靠的通信连接,将替代现役的军用卫星通信终端,CBSP则将替代现役的舰载宽带卫星通信终端,二者将能够满足不同型号舰船的通信需求;NTCDL系统将使美国海军具备能够跨平台和网络同时传输与接收实时情报、和侦察数据的能力,MIDS-LVT将有望为美国海、空、陆军平台及友军提供安全、大容量、抗干扰的数据与数字话音通信能力;AN/USC-61(C)与其改型Badger基于软件定义技术与灵活的式架构,则能够极大增强美国海军的超视距话音和数据通信能力,并能够装备各型战舰、潜艇以及其他平台。总之,未来提升通信容量、安全性与抗干扰能力,实现数字化、智能化与综合化,以及全频域、时域、空域的无缝隙通信等将是美国海军舰载通信系统的发展目标所在,而采用化架构、模块化和可扩展性设计,融入软件定义技术等将是提升舰载通信系统能力的技术关键所在。(太阳谷咨询有限公司 研究员 姜林林)男人冬泳

  

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