美陸軍戰術無線電通信系統發展及啟示*

南 棟,王志田,鄭少華

(陸軍裝甲兵學院蚌埠校區,安徽 蚌埠 233050)

在陸軍軍事通信中,戰術無線電通信系統是指集團軍以下各級單位為實施戰斗指揮必需的無線電通信設備及網絡,其主要作用是為作戰(部)分隊提供可靠、安全和無縫的通信鏈路,是未來數字化戰場上戰場信息網的主體[1-2]。不同于我軍戰術無線電通信設備從最早的“繳獲”,再到后來的引進、仿制、改造,以及近些年來的自主創新，美陸軍戰術無線電通信系統有成熟、完善的發展歷程,經歷實戰的檢驗也更加復雜、多樣,技術也更加成熟,理念也更加先進,因此研究其發展路徑及特點,對指導我軍戰術無線電通信系統的發展建設有重要的啟示[3-4]。

1 美陸軍戰術無線電通信系統發展情況

1.1 主要發展階段

美陸軍戰術無線電通信系統發展起步于20世紀60年代,最早是以AN/PRC-77和AN/VRC-12超短波無線電臺為代表組成的綜合戰術通信系統(Integrated Tactical Communication System, INTACS),其能夠實現區域內多個作戰單元的互聯互通[5]。作為美軍戰術網絡建設的基本單元和核心內容之一,戰術無線電通信系統一直以來被高度重視,隨著信息技術的不斷發展,美陸軍當前戰術無線電通信系統經歷了以下三個發展階段。

1)移動用戶設備(Mobile Subscriber Equipment, MSE)系統。MSE系統建設于1985年,是美陸軍為進一步提升其戰術無線電通信系統糾錯能力和通信數據容量,進而達到“空戰一體作戰”目標而設計[6]。MSE系統包含兩個子系統:一類是滿足上層單位(師、旅、營)無線電通信的增強型定位報告系統(Enhanced Position Location Reporting System, EPLRS),其能夠實現較遠距離的短波通信;另一類是滿足下層單位(連、排、單兵)無線電通信的單信道地面與機載無線電系統(Single Channel Ground and Airborne System, SINGARS),其進一步拓展了傳統超短波無線電臺的頻帶范圍,同時采用了具備較強抗干擾能力的跳頻保密通信。

2)戰術互聯網(Tactical Internet, TI)系統。TI系統建設于1996年,是美陸軍為實現各戰術指揮控制子系統互聯互通,基于網際協議(Internet Protocol, IP)技術增加了戰術多網網關和互聯網控制器而實現[7]。TI系統同樣包含兩個子系統:一是滿足上層單位無線電通信的近期數字無線電(Near Term Digital Radio, NTDR),其進一步拓展了頻帶范圍和數據傳輸率;另一類是滿足下層單位日益增長的數率傳輸、分組網和定位要求的改進型SINGARS,即SINGARS-SIP。

3)作戰人員信息網(Warfighter Information Network-Tactical, WIN-T)。WIN-T起步于2003年,是美陸軍為滿足高速率、大容量和高機動的要求而設計,其能夠使作戰人員接入美軍全球信息柵格(Global Information Grid, GIG),進而適應網絡中心戰(Network Centric Warfare, NCW)的要求[8-9]。WIN-T采用螺旋式發展結構,經歷了四個主要階段:①WIN-T“增量1”系統,部署于2004年,增加了衛星網絡通信,后對其網絡安全進行了升級,形成了WIN-T“增量1b”系統,該系統裝備滿足上層單位無線電通信的基于聯合戰術無線電系統(Joint Tactical Radio System, JTRS)開發的地面車輛移動無線電(Ground Vehicle Mobile Radio, GMR)和滿足下層單位無線電通信的基于“低體積、重量和功率”理念的JTRS手持、便攜、小型(Handheld Man-pack Small, HMS)無線電[10];②WIN-T“增量2”系統,部署于2012年,使美陸軍具備初步的“運中通”能力,該系統裝備滿足上層單位無線電通信的JTRS中間層組網車載無線電(Middle Network Vehicle Radio, MNVR)和滿足下層單位無線電通信的JTRS步兵(Rifleman)無線電;③WIN-T“增量3”系統,研發于2014年,使美陸軍具備全面的“運中通”能力,由于預算因素被并入“增量2”;④WIN-T“增量4”系統,研發于2016年,增加“運中通”數據吞吐量的同時，重點建設了衛星加密通信,由于預算因素被推遲裝備。

1.2 主要技術支撐

在進行戰術無線電通信系統研發過程中,美軍十分重視創新技術手段的出現,而對新技術的快速應用為美陸軍戰術無線電通信系統的升級和戰術理念的更新提供了重要支撐,這些技術也是區分其戰術無線電通信系統發展階段的主要標準。

1)基于IP技術的戰術無線電通信系統?；贗P技術的無線電取代基于非IP技術的無線電,使得戰術無線電通信系統完成了由MSE系統到TI系統的升級,從而為區域內眾多戰術電臺能夠自由、無縫和快速接入無線電通信網絡提供了技術支撐[11]。為了實現戰場態勢感知,美軍采用了基于IP技術的戰術多網網關和互聯網控制器,其中戰術多網網關用于實現數字電臺間的無線電干線網絡建設;互聯網控制器用于連接路由器與電臺模塊,實現子網內路由器的控制和IP報文的發布,同時實現各子模塊的互聯互通。

2)基于軟件通信體系結構(Software Communication Architecture, SCA)規范的戰術無線電通信系統。用于JTRS的SCA規范是2000年在軟件定義無線電(Software Defined Radio, SDA)原理上提出,其推動了戰術無線電通信系統由TI系統到WIN-T的升級,從而使得無線電“波形”能夠通過軟件控制,在不同硬件平臺上實現重建和移植,進而整合各軍兵種不同制式的無線電通信系統[12]。SCA規范作為一種開放式標準,具有里程碑式意義,決定了美軍戰術無線通信系統的發展方向,由“硬件中心論”轉換為“軟件中心論”,從而實現無線電通信硬件平臺模塊的可操作性、可移植性以及可互換性[13]。

1.3 下一代戰術無線電通信系統發展趨勢

為了進一步優化戰場信息網絡結構,美陸軍戰術無線電通信系統發展計劃不斷根據其作戰任務需求和新技術手段的運用進行調整,結合相關文獻有以下兩個主要的發展趨勢。

1)簡化型陸軍戰術可靠網絡(Simplified Tactical Army Reliable Network, STAR Net)。STAR Net基于美軍網絡2.0技術,通過尋求自適應性技術對現有戰術通信系統進行簡易化、自組織化、去中心化和最優化處理,計劃于2020年前完成部署。STAR Net將推動無線電通信聯絡由“人員對人員”至“機器對機器”的升級,進而提升可靠性和簡易性[14]。

2)后下一代無線網絡(Wireless Network after Next, WNaN)。WNaN基于無線電認知(Cognitive Radio, CR)技術,能夠實現干擾環境下戰術無線電通信系統的快速、自主和無限拓展式部署,計劃于2025年完成野戰環境下的測試。WNaN將借助CR技術的連續感知能力、分析識別能力、智能決策能力、快速適應能力和威脅情報共享能力,進一步推動戰術無線電通信系統干擾容忍和動態接入需求[15-16]。

2 美陸軍戰術無線電通信系統發展特點

2.1 體系建設完善

美陸軍在戰術無線電通信系統發展過程中高度重視體系化建設,隨著現代電子信息技術的不斷進步,其戰術無線電通信系統形成了完善的高、低兩個子體系[17]。

1)美陸軍通信網絡作為其戰術無線電通信系統的高級層次,經歷了從MSE系統到TI系統,再到WIN-T的發展歷程,決定了整個系統的發展方向。不難看出,隨著戰術無線電通信系統的發展,其通信網絡呈以下發展特點:一方面系統結構愈加完善,考慮的因素也越加多樣,從MSE系統僅考慮話音和數據通信,到TI系統整合了話音、下層單位高速數據傳輸和全球定位等要素,再到WIN-T實現了骨干網高速、大容量的話音通信、數據交換、衛星跟蹤和自適應通信;另一方面帶動了整個系統效能的不斷提升,從MSE系統初步的空地一體作戰能力,到TI系統三軍聯合戰術無線電通信系統的實現,再到WIN-T能夠較好地并入GIG,實現戰場態勢感知,極大地豐富了戰術無線電通信系統的要素和功能[8]。

2)研究平臺體系作為戰術無線電通信系統的低級層面,一方面需要滿足通信網絡發展的支撐作用,另一方面需要為下層系統內無線電的發展指明方向。JTRS是區分研究平臺體系發展階段的重要分水嶺,在JTRS出現以前,美軍各兵種的無線電通信研究呈“煙囪式”獨立發展,存在不能互通和操作問題,導致其發展受限。JTRS的出現,整合了三軍研究平臺,為作戰部(分)隊帶來了互通協同的可能,隨著平臺內研究的深入開展,形成了基于JTRS的SCA規范,并在其基礎上產生了“波形中心論”理念,使波形能夠在不同制式無線電臺之間重構、移植和操作,不但能夠指導無線電臺硬件研究,還實現了與傳統戰術無線電通信系統的兼容[2]。可以說,研究平臺子體系的建設使得戰術無線電通信系統的聯合式發展成為可能。

2.2 注重戰術需求

注重戰術需求是美軍能夠成為一支優秀作戰力量的關鍵,正是有了戰術需求的牽引,才使得美陸軍戰術無線電通信系統的發展活力被激發,其注重戰術需求表現在以下三個方面。

1)實戰化需求是美陸軍戰術無線電通信系統的根本性需求,也是其建設發展的重要落腳點。戰術無線電通信系統在實戰使用中,面臨復雜地域環境、多類型作戰任務、多種無線電通信和組織運用方式等不確定性因素,從宏觀角度決定了戰術無線電通信系統根本功能的多樣性。例如,正是因為“沙漠風暴”行動中,美軍協同通信能力遇到的挑戰,才有了TI系統;“911事件”后,美軍為了推行其全球化反恐行動,研制了能夠適應NCW要求的WIN-T;然后根據其作戰行動中對網絡安全和戰場快速機動能力的實戰需求,對WIN-T相應功能陸續進行了多次升級[18]。

2)指揮系統需求是美陸軍戰術無線電通信系統的指導性需求,引導其發展的方向。戰術無線電通信系統作為指揮系統在數字化戰場上的“網絡神經”,受到指揮系統組織原則和編制調整的影響。較好滿足指揮系統的方向性指引,有助于達成指揮員所確定的各層次和階段性目標。WIN-T能夠實現由“增量1”系統至“增量4”系統的研究,正是在美陸軍“能力組件”試驗推動下,滿足了將陸軍作戰指揮系統(Army Battle Command System, ABCS)的力量延伸到作戰前沿的指導性需求[19]。

3)人員實際需求是美陸軍戰術無線電通信系統的實用性需求,是檢驗其能否適應戰場環境的決定性指標。為了滿足作戰人員的實際需求,美陸軍戰術無線電通信系統發展出具有重要影響的輕量化HMS無線電和基于SCA規范的高效能化士兵無線電波形(Soldier Radio Waveform, SRW),其中,HMS無線電能夠在滿足作戰任務需求的前提下,實現人員戰場環境中便攜和易用的實用性需求;SRW能夠在消耗較低電能前提下,滿足下層作戰單位在有限距離內話音通信、高速視頻和數據傳輸的需求[20]。

2.3 以技術引領發展

新技術理論和手段的深入和快速應用,為美陸軍戰術無線電通信系統引領全球發展,并制定出通用型標準提供了重要技術支撐。

1)美軍一直試圖通過技術驅動系統升級,來提高研發效能,降低戰術無線電通信系統復雜性,以滿足NCW的需求。JTRS立項伊始,美軍借助SDA技術,形成了SCA規范1.0版本,直至2015年8月SCA規范推出4.1版本,其核心構建規范隨著新技術的驅動有了很大程度的升級,最終形成了美軍公認的標準規范。一方面產生了適用于今后很長一個階段戰術無線電通信系統發展的SRW和寬帶網絡波(Wideband Network Wave, WNW),另一方面規范了軟件定義電臺體系結構要求和互聯結構規范。通過技術驅動系統升級的方式,在有效提高研發效能的基礎上,降低了研發成本[12]。

2)高效的技術理論實踐化水平是美軍戰術無線電通信系統能夠取得快遞突破的重要保障。1985年,美國防部確定了TCP/IP作為所有計算機的標準,其后基于IP技術的NTDR電臺出現于20世紀90年代中期;2000年,JTRS提出了SCA規范,首批基于SCA規范的GMR電臺出現于2002年;2012年,JTRS項目結束并進行了相關技術和標準的移交,而新規范下的美陸軍戰術無線電臺MNVR也出現于這一階段。不難看出,隨著美軍戰術無線電通信體系研究結構的日益完善,其對新技術的實踐化周期也更迅速,而正是由于這種快速應用,保證了其技術上的領先優勢[13]。

3 對我軍戰術無線電通信系統發展建設的啟示

3.1 完善體系化建設為我軍戰術無線電通信系統建設提供制度化保障

體系化建設是戰術無線電通信系統能夠快速發展的助推器,美陸軍在戰術無線電通信系統體系化建設過程中遇到并解決了大量難題,也對其發展路徑進行了不斷調整和完善,為我軍體系建設提供了很好的參考,按照體系層級來說,可以從以下三個方面進行借鑒。

1)加強理論體系建設是完善戰術無線電通信系統體系化建設的基礎性條件。戰術無線電通信系統的建設理論是基于對作戰部(分)隊通信組織與實施研究成果的總結和升華,對體系構建具有重要的指導意義。理論研究與體系建設是密不可分的整體,兩者相輔相成,理論成果的運用能夠在實踐中指導體系建設,是開展各類實踐驗證的基礎,反之,體系的進一步建設和發展能夠豐富理論研究的內容。

2)構建適應我軍編制體制的通信指揮體系是完善戰術無線電通信系統體系化建設的根本條件。通信指揮體系是保證各級作戰單位充分發揮戰斗力的必要條件,是指揮員為保障作戰指揮與協同、情報和警報報知而建立的通信體系。隨著國防和軍隊改革的深入推進,我軍的編制體制由原來的蘇俄模式逐漸轉換為借鑒蘇俄和美軍各自優勢,同時適應我國國情的一種全新模式,但戰術無線電通信系統還未進行有針對性調整。這就需要,在重新構建我軍戰術無線電通信系統的過程中,一方面要由原來的指令性無線電通信轉變為以網絡信息聯絡為核心的數字化通信,解決上下級信息不對稱性和延時性問題,依托高速數據通信網絡,實現區域內各節點間通信指揮的高效互通;另一方面要將原有的垂直化通信指揮體系轉變為扁平化通信指揮體系,打破通信指揮信息傳遞的層級觀念,依托戰術無線電通信系統大容量和自主接入特點,實現戰場態勢信息的融合式共享[11]。

3)規范技術體系是完善戰術無線電通信系統體系化建設的支撐性條件。我軍戰術無線電通信系統的發展過程雖然充滿了波折,但對主要軍事強國的技術體系均有所涉足,從最早的蘇俄制到以色列制,再到美國制,逐漸形成了我軍多樣的技術體系。而美陸軍戰術無線電通信系統發展路徑證明,只有規范標準下的統一化技術體系建設,才能有效提升研究效益[14]。因此,應在我軍原有技術體系基礎上,整合近些年無線通信領域出現的新技術,形成適應我軍裝備發展的開放性技術平臺和規范化開發流程,,進而實現技術手段的快速實踐化,為系統層面的領先提供技術支撐。

3.2 加強軍民融合為我軍戰術無線電通信系統建設提供競爭化優勢

縱觀美軍戰術無線電通信系統發展路徑,可將其劃分為各軍兵種完全獨立發展、三軍聯合發展以及各軍兵種依據聯合規范相對獨立發展三個階段。這三個階段分別對應:民營企業獨立研制、美軍主導研制，以及民營企業與美軍相互協調研制,而JTRS項目的誕生和終止是劃分三個階段的重要標志。最終耗資達六七十億美元JTRS項目的失敗,意味著美軍戰術無線電通信系統發展經過實踐檢驗,采用了相對有效的民營企業與美軍相互協調發展模式[8]。我軍在建設自身戰術無線電通信系統過程中,應當吸取美軍發展道路上的經驗,結合自身科研體系,完善軍民融合創新模式。

1)以軍事需求為牽引,驅動軍民融合發展方向。軍民融合發展過程是把軍事需求轉變為軍民共享技術平臺和體系的過程,美陸軍實踐表明戰術無線電通信系統軍事需求的牽引性和前瞻性特征,決定其能夠自上而下的引導系統的發展方向和技術理論的實踐化應用方式。在完善軍民融合創新模式過程中,應當充分考慮復雜場景軍事應用下,無線電通信系統的高動態性能指標、技術參數、端口規范與軍隊指揮系統和作戰任務的適應性問題,形成能夠反映軍事需求的體系化、平臺化和規范化指標,從而指導軍民融合發展方向,最大限度發揮出技術與戰術協同發展的理念。

2)以民用研究為內動力,激發軍民融合創新活力。無線電通信系統是我軍信息化建設的基礎工程,雖然經過多年建設后,取得了一定的成果,但隨著民用高新技術日新月異的發展進步,我軍無線電通信系統的研究體系在基礎建設、技術研發和安全防護等方面也顯示出了一定的不足。應當充分利用民用研究體系的先天競爭性和民用資源種類多、更新快、范圍廣等特點,促進新理論、新技術和新體系能夠在較短研究周期內滿足軍事領域的實踐化需求,從而激發軍民融合創新活力。

3)注重成果轉化,實現互利共贏式協同發展。既要滿足戰術無線電通信系統的軍事需求,又要兼顧經濟承受能力,在融合發展中充分考慮未來的軍事實踐價值和在民用領域的經濟發展潛力。按照軍民融合建設思想,立足現有研究機制,加大基礎建設方面軍民科技協同開發力度,規范無線電通信系統的軍用技術標準和民用技術標準間的關系,實現基礎技術平臺的互通互用,從而降低科技成果轉化成本,逐漸打破軍民研究體制之間的技術“隔閡”,實現軍民創新成果的雙向轉換,發揮軍民成果共享的最大效能[21]。

3.3 注重資源管理為我軍戰術無線電通信系統建設提供科學性指引

軍事戰術無線電通信資源管理是戰術無線電通信系統各層次建設的一項重要內容,只有做好資源管理才能少走彎路,實現有限資源的最優化運用。美陸軍戰術無線電通信資源管理一直走在世界的前列,并有機會得到了實戰的驗證并不斷提升,我軍的戰術無線電通信資源管理建設只有瞄準前沿,結合有效的軍民融合體制,才能有機會實現戰術無線電通信系統的領先發展,可從以下三個層級驅動我軍的資源管理建設。

1)頻譜資源管理是一個非常重要的課題,各國軍隊都高度重視,目前基本采用固定分配模式,人為劃定區間,造成通信頻率固化現象,在瞬息萬變的戰場環境中,容易導致通信被干擾,喪失戰場主動權。因此,在建設我軍戰術無線電通信系統的頻譜資源管理時,可借助如CR、機器學習和人工智能等新的技術手段,構建出適應實戰要求的自適應型動態頻譜資源管理體系[22]。

2)注重上層單位寬帶資源管理是提升戰術無線電通信骨干網效能的關鍵環節,只有采用合理的寬帶資源分配模式,才能夠實現海量數據信息的高速傳輸,為作戰平臺和各級指揮員提供有力通信保障[11]。因此,在完善我軍戰術無線電通信系統寬帶資源管理體系時,應當以戰術需求為牽引,合理劃分寬帶資源使用的技術方式,提高無線電通信效能。

3)注重下層單位接入節點管理是處理好戰術無線電通信系統“最后一公里”的必要需求。隨著合成化部(分)隊作戰任務日趨多樣,接入節點數量陡增,需要由傳統的粗放式接入節點管理,轉化為按照作戰指揮需求,科學劃分出不同的通信鏈路,實現通信網絡在時間和空間上的動態共享,從而有效提升部(分)隊的作戰能力。

4 結束語

本文通過對美陸軍戰術無線電通信系統發展情況和未來趨勢進行分析,對我軍的發展建設具有很大的啟示作用,能夠讓我們吸收其經驗和教訓,有助于建設出一條適應我國國情和軍隊特色的戰術無線電通信系統發展路徑。我軍在今后的建設中應當注重戰術無線電通信系統的體系化建設、軍民融合發展和通信資源管理,從而實現原有技術上新的突破,進而帶來重大的技術革新,最終實現通信效能由“技術”至“戰術”的傳導。