關于無人系統(tǒng)通信發(fā)展趨勢

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(zhàn)系統(tǒng)進入了前所未有的蓬勃發(fā)展階段。各種無人作戰(zhàn)平臺之間以及與有人系統(tǒng)之間的控制信息和業(yè)務信息如何安全可靠傳輸，如何組網(wǎng)協(xié)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(zhàn)系統(tǒng)通信的特點 ?

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)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(zhàn)系統(tǒng)通信可分為兩類，一類是無人平臺的內(nèi)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(zhàn)系統(tǒng)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?shù)膫刹烨閳笮畔㈡溌坊驘o人中繼通信飛機的信息轉(zhuǎn)發(fā)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(zhàn)平臺通信，無人作戰(zhàn)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(zhàn)。 ?

與有人作戰(zhàn)平臺通信相比，無人作戰(zhàn)平臺缺少了人員實時操作，其通信的特點主要體現(xiàn)在以下六個方面。 ??

一是時效性要求更高。無人作戰(zhàn)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(shù)據(jù)鏈特征，以保證時效性需求。 ??

二是可靠性要求更高。無人作戰(zhàn)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。

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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(shù)據(jù)傳輸能力明顯不對稱，傳輸業(yè)務數(shù)據(jù)的下行信道的數(shù)據(jù)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(zhàn)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(wǎng)要求更高。由于無人作戰(zhàn)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(wǎng)（其中包括無人平臺相互之間的組網(wǎng)，也包括有人和無人平臺之間的組網(wǎng)）和網(wǎng)絡控制相比于有人作戰(zhàn)平臺更加困難。 ?

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢（一）發(fā)展現(xiàn)狀 ?

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)從空間分布上分為三類，空中各類無人機、地面各種無人戰(zhàn)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(guī)模化發(fā)展階段。無人機內(nèi)部通信系統(tǒng)一般采用有線通信方式和總線式結構，外部通信系統(tǒng)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(tǒng)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(yè)務信息；“四合一”是指跟蹤定位、遙測、遙控信息和業(yè)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(xiàn)代無人機數(shù)據(jù)鏈中得到廣泛應用，“三合一”體制可針對控制信道數(shù)據(jù)率一般較低、可靠性要求高的特點，可區(qū)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。 ??

小型戰(zhàn)術無人機，一般在小區(qū)域內(nèi)應用，多采用視距鏈路，配有窄帶和寬帶兩種鏈路，一般不裝備衛(wèi)通鏈路。比如美軍的“影子”200無人機，配有UHF、S頻段窄帶視距鏈路和C波段寬帶視距數(shù)據(jù)鏈路。其中，UHF、S頻段視距鏈路用于傳輸指揮控制信息，鏈路速率幾十KB/S，C波段寬帶視距數(shù)據(jù)鏈路主要用于傳輸業(yè)務控制信息和傳感數(shù)據(jù)，速率可達Mb/s數(shù)量級。因為是小型平臺，其天線數(shù)量少，口徑小，功率小。

中高空、長航時無人機，通常都會配備視距、超視距多條通信鏈路來滿足任務執(zhí)行的通信需求。視距通信鏈路主要用于起降站本地操作。比如美軍的“捕食者”，視距主要配備了5G的C頻段。衛(wèi)通是Ku頻段，最高可以達到50M?！叭蝥棥睙o人機有5條通信鏈路保證，3條窄帶，是“全球鷹”無人機指控信息傳輸?shù)闹饕溌罚?條寬帶，主要用于業(yè)務數(shù)據(jù)的傳輸，其中1條是與CDL兼容的、全雙工、寬帶、空地數(shù)據(jù)鏈，1條是Ku頻段、全雙工、寬帶衛(wèi)星通信鏈路。 ?

另外，無人機通信系統(tǒng)越來越強調(diào)和有人飛機之間的協(xié)同通信能力。例如，link16數(shù)據(jù)鏈、機間數(shù)據(jù)鏈等成為美軍越來越多無人機通信載荷的標準配置，特別是在大中型無人機、無人作戰(zhàn)飛機等平臺上；又如，美軍X-47作戰(zhàn)無人機通信系統(tǒng)配裝了link-16、VHF/UHF數(shù)據(jù)鏈、機間數(shù)據(jù)鏈等視距鏈路通信載荷，以及AEHF頻段和Ka頻段等超視距鏈路的衛(wèi)星通信載荷。 ?

無人戰(zhàn)車 ?

地面各種無人戰(zhàn)車、排爆機器人等，其內(nèi)部通信系統(tǒng)大多采用有線方式。例如，CAN總線（Controller Area Network，控制器局域網(wǎng)）最初是由德國Bosch公司為解決汽車監(jiān)控系統(tǒng)中的諸多復雜技術難題而設計的數(shù)字信號通信協(xié)議，其應用范圍已不限于汽車行業(yè)，已推廣到機器人、機械工業(yè)、家用電器等領域。 ?

外部控制信息傳輸大多依托視距無線鏈路，使用的通信手段包括數(shù)據(jù)鏈、藍牙、UWB、Zigbee、WIFI，以及3G、4G移動通信技術。目前，這些地面無人移動平臺在反恐行動中廣泛應用，通信手段主要依托民用無線通信設施。又如，美軍無人裝甲車“黑騎士”，裝備了大量的攝像頭、傳感裝置、雷達系統(tǒng)，其通信系統(tǒng)為增強型高速戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈設備，但通信操控比空中的無人作戰(zhàn)平臺要復雜得多，因為地形地貌坎坷多變，場景異常復雜。所以地面的無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信組織，尤其是組網(wǎng)的時效性、操控性難度更大。 ?

俄羅斯在敘利亞反恐中，出動了6臺“平臺-M”地面作戰(zhàn)機器人和4臺“阿爾戈”機器人，在“仙女座-D”自動化指揮系統(tǒng)的統(tǒng)一指揮下，配合敘利亞部隊行動，順利完成相應任務。與美軍同類產(chǎn)品相似，“平臺-M”的操縱控制系統(tǒng)主要由一臺軍用筆記本電腦和一個改裝過的XBOX游戲機手柄組合而成，十分易于士兵操縱。俄媒公布的“仙女座-D”自動化指揮系統(tǒng)集成度比較強，由多臺軍用PC和筆記本電腦組成，一個軍用帳篷就可以裝下，適合前線部署。 ??

水下無人平臺 ?

由于海水良好的導電性，傳統(tǒng)通信頻段電磁波在水下的傳輸損耗要比水面大氣環(huán)境中大很多。因此，解決水下無人平臺通信問題和有人作戰(zhàn)潛艇同樣是一個國際性的難題。按使用場景，目前常用的解決方案主要有：當水下無人平臺與母船（控制站）較近時，采用水下光纖通信和水聲通信；當與母船（控制站）較遠時，采用短波、衛(wèi)星通信，但要求水下無人平臺定時上浮至水面才能建立傳輸信道，這種通信方式容易暴露平臺的位置。

無人系統(tǒng)通信發(fā)展趨勢 ?

2013年，美國國防部發(fā)布了《2013-2038年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，以無人系統(tǒng)廣泛應用為背景，提出未來25年無人系統(tǒng)發(fā)展的整體思路和具體構想，著力解決制約無人系統(tǒng)今后大規(guī)模應用的主要技術與政策問題。同時通過對過去10年全球戰(zhàn)斗中無人系統(tǒng)應用實踐的總結，指出C4（指揮、控制、通信和計算機）架構在支持無人作戰(zhàn)平臺方面的不足。典型的問題包括： ?

全球連通性差。與有人系統(tǒng)相比，美軍無人系統(tǒng)的全球連通能力不足，特別是對發(fā)送高帶寬數(shù)據(jù)至戰(zhàn)略戰(zhàn)術用戶的能力不足。目前大多數(shù)無人平臺設施集中在中東地區(qū)，不能夠有效支撐其他地區(qū)的戰(zhàn)斗行動。

基礎設施煙囪林立。大多無人系統(tǒng)都是基于以往不同專用通信的解決方案，包括接入地面網(wǎng)絡的多種超視距通信方案，使得平臺信息資源共享難，基礎設施維護代價高昂（如設備繁多，規(guī)劃管理復雜），約束了平臺的靈活性。 ?

信息共享能力差。大多系統(tǒng)應用專用的信息處理、開發(fā)利用和分發(fā)機制，使得在系統(tǒng)、服務和用戶之間信息共享能力弱。 ?

平臺間的組網(wǎng)能力較弱。目前平臺間組網(wǎng)能力不足，大都單獨執(zhí)行任務，還不能滿足無人平臺集群作戰(zhàn)、網(wǎng)絡化作戰(zhàn)需求。 ?

另外，相對于空中無人平臺和地面無人平臺通信系統(tǒng)，水下無人平臺通信手段單一，通信能力較弱。 ??在無人系統(tǒng)發(fā)展路線圖中，著重強調(diào)了無人系統(tǒng)通信體系架構建設和所涉及的關鍵技術，包括與無人系統(tǒng)通信緊密相關的數(shù)據(jù)保密及充分發(fā)揮無人系統(tǒng)作戰(zhàn)優(yōu)勢保障能力等方面。 ?

一是加強無人系統(tǒng)通信體系架構設計。建立以網(wǎng)絡為中心的通信體系，提高無人平臺的C4能力；接入系統(tǒng)從現(xiàn)在通信網(wǎng)關逐步過渡至全球信息柵格；建立基于云平臺的企業(yè)級統(tǒng)一數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)動態(tài)數(shù)據(jù)實時分發(fā)；統(tǒng)一協(xié)調(diào)商用衛(wèi)星租賃和開發(fā)“寬帶全球衛(wèi)星通信”系統(tǒng)，降低衛(wèi)星通信費用和帶寬限制。

二是通信系統(tǒng)綜合化、一體化發(fā)展。目前，美軍僅“全球鷹”無人機采用了綜合化通信系統(tǒng)，隨著無人平臺越來越多地應用于實戰(zhàn)，搭載的任務載荷和通信手段越來越多，采用模塊化、尺寸大小可變設計成為發(fā)展方向，以適應多種平臺裝載需要。

三是進一步提高數(shù)據(jù)傳輸率。隨著無人平臺載荷能力提高，需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量越來越多，要求通信系統(tǒng)進一步拓寬頻帶、提高頻率利用率和信息傳輸容量。

四是大力發(fā)展寬帶衛(wèi)星通信，滿足無人機超視距作為數(shù)據(jù)日益增長帶寬的傳輸需求。無人平臺技術發(fā)展及應用推廣，對寬帶衛(wèi)通資源的需求越來越大。無人機超視距作戰(zhàn)將成為無人機的主要作戰(zhàn)方式，衛(wèi)星中繼成為無人機的主要通信方式，對衛(wèi)星資源的需求愈來愈多。大力發(fā)展寬帶衛(wèi)通轉(zhuǎn)發(fā)器，滿足無人機超視距作戰(zhàn)數(shù)據(jù)日益增長的寬帶傳輸需求。 ?

五是加強對通信鏈路的安全保護。未來無人平臺的使用環(huán)境更加惡劣，要求通信系統(tǒng)具備更加良好的電磁兼容性、低截獲概率、抗欺騙能力、高安全性和足夠的抗干擾能力，保證無人平臺通信系統(tǒng)在惡劣戰(zhàn)場條件下穩(wěn)定、可靠、安全工作。 ?

六是加強光學、激光等新型通信手段應用。光學數(shù)據(jù)鏈或激光通信系統(tǒng)等新型通信技術，具有抗干擾能力強、速率更高等特點，可數(shù)倍地提高數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率，是無人平臺通信技術的重要發(fā)展方向之一。 ?

七是提高通信系統(tǒng)通用化、系列化、標準化、互操作和互通能力。未來無人通信系統(tǒng)將逐步實現(xiàn)通用化、系列化、標準化和網(wǎng)絡化，實現(xiàn)多平臺通信系統(tǒng)兼容、協(xié)同工作及互聯(lián)互通互操作能力。

重點研究和突破的關鍵技術（一）無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡技術 ??

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡體系結構 ?

目前，國內(nèi)無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信問題研究還停留在關注某類無人平臺通信的實現(xiàn)技術，尚未形成我軍無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信網(wǎng)絡體系。應加強無人作戰(zhàn)系統(tǒng)通信體系頂層設計研究，建立統(tǒng)一的通信基礎設施（通信網(wǎng)關和中繼網(wǎng)站，數(shù)據(jù)服務中心）支持無人平臺的指揮與控制和任務載荷的信息回傳，使用戶能夠快速簡便地發(fā)現(xiàn)、獲取和分析實時和非實時的情報、監(jiān)視和偵察信息和其他任務數(shù)據(jù)，避免重復建設，解決效率低下和兼容性差等問題。 ??無人作戰(zhàn)系統(tǒng)信息傳輸技術

重點解決無人作戰(zhàn)環(huán)境下人/機物綜合接入的智能無線通信問題。包括多節(jié)點低時延寬帶協(xié)同傳輸、無人作戰(zhàn)平臺的小型化高增益天線、光通信、高效數(shù)據(jù)壓縮、動態(tài)頻譜感知和接入等技術研究，支持無人平臺間、無人和有人平臺之間的快速信息傳輸。

無人作戰(zhàn)平臺組網(wǎng)技術 ??

面向未來自主無人作戰(zhàn)平臺協(xié)同交互、協(xié)同攻擊、協(xié)同防衛(wèi)的作戰(zhàn)需求，關注無人作戰(zhàn)平臺可靠組網(wǎng)、低碰撞鏈路接入、低能耗低時延多跳路由、分布式網(wǎng)絡自主運行管理控制及組網(wǎng)安全等技術。

無人作戰(zhàn)系統(tǒng)智能化 ?

協(xié)同傳輸技術 ??

智能化戰(zhàn)術協(xié)同體系架構設計技術 ?

針對無人作戰(zhàn)平臺之間、有人作戰(zhàn)平臺與無人作戰(zhàn)平臺之間的戰(zhàn)術協(xié)同需求，研究典型作戰(zhàn)場景下有人無人協(xié)同作戰(zhàn)的主要模式、不同作戰(zhàn)樣式、不同級別協(xié)同過程中的信息交互需求和主要流程，開放式、可擴展的智能化戰(zhàn)術協(xié)同體系架構及網(wǎng)絡資源統(tǒng)一調(diào)度與管理方法等。 ?

網(wǎng)絡化有人/無人協(xié)同控制技術 ?

研究面向有人/無人協(xié)同應用的通用化、可擴展的高效控制模型，多平臺編隊自適應飛行控制技術，面向特定任務的多平臺傳感器及武器控制技術，有人/無人、無人/無人作戰(zhàn)平臺間的無源協(xié)同定位、協(xié)同探測、復合跟蹤、協(xié)同制導等協(xié)同處理技術等。

智能化有人/無人協(xié)同任務管理技術 ??研究基于作戰(zhàn)任務驅(qū)動的智能任務分解與角色分配技術，面向任務需求和戰(zhàn)場環(huán)境的航路自動計算與優(yōu)化技術，基于任務和規(guī)劃結果的推演與評估技術等。 ??無人作戰(zhàn)系統(tǒng)綜合防護技術 ?

研究適應高速移動特性的雙向安全接入認證體制，基于多平臺協(xié)作的攻擊感知技術，針對典型靈巧干擾、信息欺騙等攻擊的屏蔽和隔離技術，基于云的威脅信息共享和協(xié)同響應技術。通過綜合安全態(tài)勢、協(xié)調(diào)安全防護裝備，對無人平臺的攻擊事件進行有效應對和處置，實現(xiàn)單點識別、全局聯(lián)動防御。

結束語 ?

無人系統(tǒng)在未來戰(zhàn)爭中扮演越來越重要的角色，呈現(xiàn)出智能化、復合化、體系化的發(fā)展趨勢，控制方式由遙控、程控向智能自主發(fā)展，系統(tǒng)由單一功能向多種功能復合發(fā)展，使命任務由擔負支援保障向直接參與作戰(zhàn)任務發(fā)展，作戰(zhàn)使用由獨立運用向體系協(xié)同發(fā)展，將從根本上改變?nèi)祟悈⑴c戰(zhàn)爭的方式。無人系統(tǒng)的通信問題將直接影響系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的發(fā)揮，面臨新的挑戰(zhàn)和更多技術難點，我們要重點關注影響無人系統(tǒng)通信發(fā)展的關鍵技術，積極迎接挑戰(zhàn)，解決技術難題，為我軍無人作戰(zhàn)系統(tǒng)的快速發(fā)展提供支撐。
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