空天地海一體化軍事應急通信應用研究

王錚

關鍵詞：軍事通信；空天地海；一體化；應急保障

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2023）14-0069-04

0 引言

當前，軍事力量體制改革向縱深推進，我軍在新時期新形勢下面臨的軍事斗爭形勢也愈發嚴峻，常規通信手段在應對突發任務和緊急情況時，難以做到快速響應，其蘊含的戰斗力抗毀生存和再生重建能力也面臨重大考驗。一旦發生指揮體系遭敵打擊、通信環境急劇惡化等突發事件導致通信鏈路中斷、通信系統損毀，傳統的地面應急通信手段以及單一的應急通信方案無法適應多維戰場的保障需求。因此，加強軍事應急通信保障方法研究，確保軍事指揮通信鏈路多網系運行、多手段保護、多渠道再生成為提升部隊制信息權，下好軍事斗爭先手棋的必要課題。為應對各類戰場突發事件及各類自然災害造成的通信阻斷，應提升應急通信系統的多元性、通信手段的豐富性、通信資源的疊加性。在原有的地面蜂窩通信網和固定傳輸臺站平面上增加空、天、海網絡能力，同時加強地面應急通信專網體系建設，形成空天地海一體化軍事應急通信保障體系。

1 軍事應急通信概念

1.1定義

軍事應急通信一般是指在執行重大軍事行動、發生重大自然災害、遂行突發性任務以及應對各類緊急情況時，綜合利用各類通信資源、整合各種通信手段、融合各大通信網系，為快速有效應對通信環境變化、戰場形態轉換、戰略目標變更、編成力量重組等情況，提供多手段通信網系運行支撐，保證戰場通信及時可靠安全，是一種具有突發性、跨越性、臨機性的快反通信機制。

軍事應急通信在滿足任務性質不確定性、保障手段多樣性、運行環境機動性和承載信息非標準性等要求外，還需具備快速展開、通聯迅速、機動性強、安全性高、延展性廣、保護手段豐富以及適應軍事通信發展形勢等特點。

1.2 常規軍事應急通信手段及特點

1.2.1短波應急通信

當前軍隊主要依靠短波通信臺站、便攜式單兵電臺以及短波通信車臺達成通信，該手段具有通信距離遠、系統展開快、抗毀再生性強等特點。從以往戰場經驗及任務保障效能來看，當固定通信模組喪失保障能力，短波通信可以最小代價，迅速恢復通信指揮網絡；從安全性來看，各類有線網絡過于依賴網絡樞紐中心，一旦此類傳輸載體遭敵打擊，整條鏈路將陷入癱瘓。短波通信無須設立核心樞紐，各臺站、單兵系統及機動平臺可提供主從站職能切換，部分站點損毀不影響全網正常運行；從經濟性來看，短波應急通信無須搭建復雜的網絡架構及大量中繼站，其通信距離便可達幾百甚至上千公里，建造成本低廉，運行成本幾乎為零[1]。與其他通信系統一樣，短波通信在優勢突出的同時也存在一些自身的不足，主要有以下幾個方面：

①傳播路徑以電離層反射天波為主，工作頻率需適應時間、方位、天線類型，在傳播過程中干擾因素較多，數據傳播途中易受信道衰落影響，導致數據性能損失；

②無線電設備激增，電磁信號在頻域、空域、時域分布較廣，干擾現象日益嚴重，在惡劣戰場環境下，同頻干擾、互調干擾、鄰道干擾及干擾阻斷等問題亟須解決；

③由于工作頻段低加之使用調幅方式，短波通信頻帶較窄，不利于傳送高速度、大容量通信數據。

1.2.2 數字微波通信

微波通信采用微波波段的電磁波，基于微波形式完成數字信息傳送，在傳輸過程中與空間電波相聯結，實現無關聯數字信息的傳輸，根據具體通信數據指標再生中繼。數字微波通信與模擬微波通信相比抗干擾能力得到大幅提升，其承載的數字信號具有可再生性，在數據傳輸過程中如遇線路因素對信息產生干擾，可通過信息再生進行自主修復，傳輸鏈路中的中繼站具有較強的濾波能力，傳輸距離、運載能力和信息穩定性進一步提升。數字微波通信在保密性能方面也具備顯著優勢，數字信號體制可在傳輸過程中采取加密技術保護傳輸信息，通過擾碼電路或加設密碼機實現對傳輸線路的保護。數字微波通信還具有通信頻帶寬、傳輸容量大、兼容性強的優勢，可與現網運行的光傳輸設備實現組網，有效提升通信效率，節約建造成本[2]。

1.2.3 集群應急通信

集群通信系統作為專用指揮調度通信系統，通常采取大戰場小容量網絡，當通信覆蓋能力難以滿足戰場通聯需求時，可將基本系統的單基站設計為戰區聯合的多基站，隨著覆蓋區域逐漸擴大，受令指揮體系增多，則可擴展為以基本系統為基礎模塊，各模塊再聯結疊加，構成各戰區、各集群、各任務兵力融合的跨區域網絡。集群通信主要采取集中式控制和分散式控制兩種方式，在基本結構上都是以基地臺、系統管理終端、系統集群邏輯控制部分、調度臺和用戶臺（車載臺和手持機）組成。二者區別在于集中式控制系統其集群邏輯控制能力由系統控制器承擔，分散式控制系統由轉發器內的邏輯單元分散處理。集群應急通信系統可承載的基本業務為常規話音通信，在執行重大戰爭行動以及高機密級任務時，還可提供保密話音通信、傳輸數據信息、狀態監控等功能[3]。

1.2.4 蜂窩移動通信

蜂窩移動通信系統將服務區域分割成為蜂窩狀拓撲結構，每個蜂巢內單獨設立基站，從而實現通信全域覆蓋。該系統具有話音質量高、傳輸時延低、承載容量大等特點，但過于依賴地面基站和中繼設備，抗毀生存能力相對較弱。隨著世界通信體制逐步更新換代，蜂窩移動通信從1G時代跨越至5G時代，可提供連續廣域的覆蓋和容量，滿足大流量業務的數據傳輸需求，例如智慧戰場、全域態勢感知、自動駕駛、遠程監控、超距打擊、無人平臺控制等。為實現用戶體驗速率、端到端時延以及移動性能的大幅提升，要求5G的峰值速率、流量密度和連接數密度相較于4G 網絡要分別提升20倍、1000倍、100倍。即將到來的6G網絡將以現有的蜂窩移動網絡為基礎，融合衛星、臨近空間飛艇、飛機、無人機、熱氣球等空中平臺以及海面通信載體實現空天地海一體化應急通信保障。此類構想已在數次重大自然災害搶險救災任務中得到驗證，雖無法完全取代傳統的地面蜂窩移動網絡，但在很多惡劣通信環境下，可實現有效補充，掃除盲區。

2 空天地海通信模塊在軍事應急通信中的應用

2.1空層通信模塊

2.1.1 平流層飛艇在軍事應急通信中的應用

平流層飛艇作為一種輕于空氣的可控飛行器，動力能源依托太陽能，自帶推進系統，不依賴地面設施，可實現垂直起降。在軍事應急通信中，平流層飛艇可充當通信基站，同時具備微波通信和衛星通信的優點，通信覆蓋區域大、傳輸距離遠、信道衰落小。平流層相較于對流層，不受惡劣天氣的影響，該平臺可作為日常通信平臺長期部署在特定區域，其放升速度達到18m/s，在2小時內就可到達平流層，對執行突發性軍事應急通信保障任務來說，可極大提升我通信部隊的機動作戰能力。此外，它還可作為衛星中繼平臺，增強我方衛星通信信號，發射強電子干擾提供電子戰支援。飛艇材料采用智能蒙皮，有效規避雷達和紅外掃描，提升其隱身能力。主要功能如下：1）偵測報警；2）目標搜尋；3）中繼通信；4）高空武器運載；5）聯合作戰情報轉發；6）應急通信系統補替；7）通信目標干擾；8）通信增益；9）無人集群空中作戰平臺；10）常規業務通信[4]。

2.1.2 無人機在軍事應急通信中的應用

近年來，計算機技術、人工智能技術、信息通信等高新技術的飛速發展加快了無人機在軍事領域的拓展應用。無人機應用于應急通信系統已被列入《“十四五”國家應急體系規劃》中，在軍事領域的應用前景也非常廣泛，在自主飛行的基礎上，與有人飛行器進行智能編隊、協同作戰，可實現作戰效能整體提升[5]。為地面部隊、空中機群、海上編隊提供信息傳輸、火力打擊、情報偵察、戰場態勢感知等支持。在軍事應急通信領域，無人機可作為空中通信基站，進行快速部署，此類型飛行器飛行環境適應能力廣，飛行準備和飛行代價較為低廉，可控性強，可執行危險系數較高的急難任務。固定翼無人機飛行高度、飛行距離、覆蓋范圍優勢明顯，利用機載動中通設備連接衛星或海上艦艇承載的傳輸鏈路，并與地面固定指揮所核心網相連，可完成面向作戰保障區域命令分發、作戰平臺間通信、應急廣播、作戰單元智能組網、空海態勢實時監測以及日常通信任務。多旋翼無人機結構簡單，環境適應能力強，在面對惡劣生存環境時，一旦地面指揮鏈路中斷，可利用其自身作為中繼基站，使用通信線纜與地面指揮所相連，進行數據回傳或電力供應。

2.1.3 直升機在軍事應急通信中的應用

直升機響應速度快、工作視角廣，利用聯合指揮所應急通信網絡作為遂行任務數據庫，以對各類作戰保障場景做出快速反應。直升機上配備完善的短波及衛星通信手段，可實現機載站與機載站、機載站與地面站、機載站與衛星間的數據傳遞。同時，直升機應設立應急通信救援力量，裝備通信系統搶修設備和專業救護人員，利用自身不受時間、空間和自然條件的限制，隨時開展地域和海域搜救工作，以實現修復為主、接替為輔的一體化應急通信保障工作。

2.2 天層通信模塊

天基通信作為軍事應急通信系統的重要組成部分，在軍隊指揮控制系統建設中占據著舉足輕重的地位。該系統充分利用了衛星通信遠距離、快組網、通聯高效的優勢，通過各類型動靜態衛星節點互聯，實現面向職能范圍內的可靠通信。

2.2.1 衛星通信在軍事應急通信中的應用

隨著低軌衛星加入天基通信模塊內，原有的同步軌道衛星軌道空間不足、傳輸時延大等問題得到有效解決。衛星通信的關鍵樞紐在遠離地面的宇宙中，其地面站分布形式也不局限于固定臺站，可依托于機動通信車臺或者海上移動平臺以及便攜式衛星終端等。

由于不受地球曲面的影響，一次地面微波中繼距離可達約4萬公里，信號覆蓋范圍廣、傳播速度快，地面戰場的通信環境變更對其造成的影響不大，攜帶的話音、圖像、視頻、數據等業務可在各作戰單元內快速交換。目前常用的MF-TDMA系統綜合了碼分多址系統支持小口徑天線以及時分多址可靈活組網的特點，針對戰場實際環境進行通信參數配置，所需的地面通信保障單元可根據作戰需求進行合理編組。我國于2020年7月開通的北斗三號衛星導航系統已經服務于全球120余個國家和地區，北斗衛星在軍事應急通信領域的應用將催生作戰通信保障新模式、新形態、新質效，帶來作戰能力新的增長點[6]。

2.2.2 機動衛星車臺在軍事應急通信中的應用

機動衛星車臺作為遠距離信息傳輸手段的補充形式，可滿足大規模遠程機動作戰信息跨區域傳輸、動態傳輸、實時傳輸以及多業務傳輸的需要。尤其是對通信容量和時延性要求較高的圖像視頻業務，傳統的有線通信方式雖可以輕易滿足，但對于有線光纜無法通達的地域或因作戰行動導致線路損毀的情況，在固定通信臺站隨時可能暴露在敵打擊范圍內時，機動衛星車臺兼顧了衛星通信的種種優勢，同時又可實現快速機動，靈活部署。此外，機動衛星車臺還可作為野外戰術互聯網的網絡樞紐，克服復雜環境帶來的信令中繼困難，將作戰保障范圍內的各單元組合成一個覆蓋全作戰地域的龐大網絡架構。

2.2.3 衛星電話在軍事應急通信中的應用

衛星電話作為移動便攜式終端，能夠對信息進行實時傳輸，確保在其他通信體制無法滿足地帶、惡劣天氣下使用，具有地圖軌跡追蹤、北斗GPS定位、語音短信通信、音視頻調度、視頻會議、地圖圍欄等應急通信業務，在通信滲透偵察、單兵伴隨保障、首長機關備用等方面作用明顯。

2.3 地層通信模塊

2.3.1 固定通信臺站在軍事應急通信中的應用

固定通信臺站作為軍事應急通信網絡陸基模塊機動、移動、固定三位一體中裝備體量最大的組成部分，包含了有線、無線等通信手段，承載業務包括文本、語音、圖像、視頻以及其他種類的數字信息交換，滿足決策指揮、行動控制、情報偵察、支援保障等作戰需求。在外部環境不影響工作特性的前提下，可利用站點位置固定、接入業務豐富、傳輸質量優良、服務體驗感好等特點來保障岸基兵力或島礁周邊的國防通信接入，也可作為空層、海基兵力行動信息交互的“神經中心”，為基本指揮所提供戰場決策信息支撐。其分布形式一般為地面站和地下站，地下站多部署于隧道內，防空、防核能力較強。

2.3.2 移動通信基站在軍事應急通信中的應用

固定通信臺站喪失功能后，移動通信基站可作為恢復通信網絡的最佳應急通信平臺。應急通信車機動性較高、部署方式靈活、調度方式便捷、搭載自用電源，車臺承載業務種類相對豐富，可實現光纖、短波、衛星等多種通信手段接入，滿足各作戰單元的通信需求。在車輛不便到達的地域，可使用背包基站作為備用手段，組成基站的基帶處理單元和射頻拉遠單元，既可以采取一體式裝載也可以采用分體式運載。兩者相比較，應急通信車功能完整，保障高效，但成本較高，且服務存在盲區。游牧式基站體量小、運載方便、采購和運維成本較低，可作為應急通信車輛的有效補充[7]。

2.4 海基通信模塊

2.4.1 無人艇在軍事應急通信中的應用

軍用無人艇裝備成本低、生產周期短，可快速形成戰斗力。在軍事應急通信中，無人艇體積小、航速快、隱身性能好，艇上配備超高頻和甚高頻電臺、5G 無線網絡、自組網通信和衛星通信，實現通信距離、通信手段全覆蓋。為避免無人艇與岸基監控系統遠距離通信鏈路被切斷而導致失控，可將大型無人水面平臺或有人水面艦艇設置成為母艦，在母艦上設置監控系統，以實現對區域內的無人艇“鯊群”控制巡航，同時母艦可作為數據處理和交換的核心，對任務海域實施通信偵察、火力打擊、電子對抗、態勢感知、反水雷及反潛作戰等[8]。

2.4.2 浮標在軍事應急通信中的應用

浮標通信技術通過潛艇所攜帶的浮標實現與對潛通信平臺之間的通信，該平臺可以安置在岸基、衛星和空中移動平臺上，只有潛艇在接收信息時才投放浮標。通信方式包括衛星通信、碼分多址、分組無線業務、移動通信網絡和移動熱點等，目前主要分為綜合通信浮標、高速曳航浮標、應急通信浮標、消耗型無線電浮標、潛艇衛星終端浮標以及具有回收功能的系留光線浮標。其中應急通信浮標主要用于潛艇遇險求救、發射警示信號；高速曳航浮標可以使潛艇在水下航行時仍能保持與岸基和水面艦艇間的通信聯絡；潛艇衛星終端浮標可通過天線與通信衛星進行雙向通聯，提供高速率、大容量、定向性保密通信[9]。

3 軍事應急通信未來展望

軍事應急通信保障面臨著諸多未知挑戰，戰場形勢變幻莫測，構建全地形、多領域、大融合的空天地海一體化的軍事應急通信系統還有許多技術壁壘需要攻破，支持多頻多模、地面通信網絡與低軌衛星高效結合、作戰單元通信保障需求智能分揀、作戰集群網絡智慧組網、縮減終端尺寸以及打造標準化、集成化的軍事應急通信裝備供應機制等。因此，加快推動空天地海一體化是現階段軍事應急通信領域研究需要解決的首要問題。未來戰場上空天地海一體化應急通信體系將通過區域性節點互聯實現高效協作，在融合6G通信技術后，軍隊空天地海一體化應急通信網絡將整合現階段所有通信資源，實現全作戰地域覆蓋、伴隨保障，滿足低時延、高效率、強安全的效果，為軍隊遂行多樣化軍事任務及重大自然災害搶險救災行動提供安全可靠穩定的通信接入，進一步賦能通信部隊戰斗力生成發展和履職盡責。

4 結束語

本文通過分析常規軍事應急通信手段及特點，介紹了基于空天地海一體化的軍事應急通信保障網絡，從空層模塊、天層模塊、地層模塊、海基模塊通信的關鍵技術進行了概述。基于空天地海一體化思路建設的軍事應急通信保障網絡，以其融合性、基礎性等一系列不可替代性的重要意義，成為國家和軍隊重大戰略謀劃，因此加大對應急場景通信需求研究，合理配置通信資源，實現空天地資源優勢互補，高度契合聯合作戰發展趨勢，可有效應對各類作戰場景和突發事件。