20世紀90年代以來,在微電子、計算機、導航、通信、動力、自動控制、新材料、人工智能等諸多高新技術的共同推動下,無人作戰系統進入了前所未有的蓬勃發展階段。各種無人作戰平臺之間以及與有人系統之間的控制信息和業務信息如何安全可靠傳輸,如何組網協同工作,面臨許多亟待解決的問題,需要突破諸多關鍵技術。
無人作戰系統通信的特點
無人作戰系統通信主要完成無人平臺任務信息傳輸和遙控、遙測、跟蹤定位等功能。從覆蓋范圍來看,無人作戰系統通信可分為兩類,一類是無人平臺的內部通信,另一類是無人平臺與地面控制站之間,以及無人平臺與其他有人平臺的外部通信。從用途來看,無人作戰系統通信又可分為平臺任務信息的傳輸鏈路(如無人偵察機傳輸的偵察情報信息鏈路或無人中繼通信飛機的信息轉發信道)和對無人平臺的控制鏈路(無人機的遙控、遙測和跟蹤定位鏈路)。就無人平臺本身而言,控制鏈路顯得尤為重要。
對應有人作戰平臺通信,無人作戰平臺通信同樣面臨電磁波傳播特性、信道模型等問題,物理層信號設計需要解決的問題完全相同。比如,空間傳輸多徑影響是相同的,水下無人平臺通信同樣面臨電磁波急劇衰減的挑戰。
與有人作戰平臺通信相比,無人作戰平臺缺少了人員實時操作,其通信的特點主要體現在以下六個方面。
一是時效性要求更高。無人作戰平臺的通信鏈路,尤其是控制鏈路,基本上采用標準化格式,具有顯著的數據鏈特征,以保證時效性需求。
二是可靠性要求更高。無人作戰平臺的人工干預在遠端,平臺智能化要求更高,在自主控制、接收、處理等方面,要求通信鏈路具有更高的可靠性。
三是安全性要求更高。通信鏈路特別是控制鏈路是無人平臺的命脈,如鏈路受干擾導致中斷,空中的無人機就像斷了線的風箏,飄忽不定。若控制鏈路被敵方接管,情形自然更糟。
四是通信鏈路不對稱性更突出。上下行信道數據傳輸能力明顯不對稱,傳輸業務數據的下行信道的數據速率遠高于傳輸測控指令的上行信道。
五是設備小型化要求更高。由于無人作戰平臺空間小,對通信設備的尺寸、重量、功耗和散熱性要求更高。
六是平臺間組網要求更高。由于無人作戰平臺的高機動性、自主運行等特征,以及視距通信距離限制等因素,使得平臺間組網(其中包括無人平臺相互之間的組網,也包括有人和無人平臺之間的組網)和網絡控制相比于有人作戰平臺更加困難。
無人作戰系統通信發展現狀及趨勢(一)發展現狀
無人作戰系統從空間分布上分為三類,空中各類無人機、地面各種無人戰車、水面無人艦艇和水下無人潛航器等。
無人機
目前,無人機已進入體系化、規模化發展階段。無人機內部通信系統一般采用有線通信方式和總線式結構,外部通信系統多采用“三合一”和“四合一”的綜合信道體制。
“三合一”主要指的是跟蹤定位、遙測、遙控采用統一的載波體制,進行一體化設計,公用一個傳輸信道,而使用另外單獨的下行信道傳輸各類業務信息;“四合一”是指跟蹤定位、遙測、遙控信息和業務信息共用一個信道傳輸。
“四合一”綜合信道體制集成度高,對通信資源的利用率高,在現代無人機數據鏈中得到廣泛應用,“三合一”體制可針對控制信道數據率一般較低、可靠性要求高的特點,可區分采用窄帶和寬帶信道,針對不同頻段信道特性設計適宜的傳輸體制,具有一定的應用靈活性。