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舰艇通信系统概况(要求加精)

    无线电及无线电报的发明给舰船通信的发展带来一次根本性的变革。目前,无线电通信技术在海军战术及战略中发挥着越来越重要的作用,已成为海军现代化的标志之一。近几十年来,海军舰船通信系统发展极为迅速,而且变得非常复杂,主要表现在:高可靠全球远程现代自动化指挥系统的建立;支援战术和战略任务的数据传输;视距和超视距范围的舰对舰及舰对空战场通信;与水下潜艇通信及各类作战通信应用技术。
   目前,舰船通信已覆盖了从极低频到极高频的整个无线电电磁波频谱范围。每个频段范围内的电磁波传播特点互不相同,而且每个频段均提供不同的可用通信带宽。各种通信技术及体制正是利用了电磁波传播及有效带宽的特点得以实现通信。可以说,舰船通信发展的主线就是不断开发无线电频率的应用。为了实现通信要求,必须把技术、工艺以及作战经验综合起来,以为海军舰船通信提供良好的线路。
   几乎和核潜艇发展同时起步开发的极低频(30~300Hz)系统,主要用于对水下潜艇通信,直到90年代初,美、俄海军才投入使用,历时近40年。极低频通信系统的启用,是海军通信发展史上的一个里程碑,真正实现了对远程大深度水下潜艇的通信。它是战略核力量的主要组成部分,各海军大国一直将极低频的发展列为战略计划之一。该波段的电磁波有很强的穿透海水能力,百米下的潜艇仍能接收到岸上发来的信号,而且一个岸台可以覆盖全球。在极低频通信系统发展过程中,对收发天线、发信机、接收机和调制解调方式诸方面解决了一些独特的问题,例如,其发射天线利用地球返回电流与架空线组成一个环形天线,长达百公里,才能有效地辐射极低频电磁波,这就要求有特定的地质条件和良好的接地技术。而几百米长的潜艇收信天线也要解决布放及对潜艇机动性的影响问题。
   甚低频(3-30kHz)通信系统也是海军特有的通信方式之一,主要用于对水下潜艇通信。早在60年代后期,美国和前苏联都建起了较完整的岸基甚低频发送台,其发射机输出最高达2MW,天线铁塔高400多米,整个发射台占地几平方千米。所有的潜艇和水面舰艇上都装有甚低频接收机。但是,自60年代初以来,由于导弹武器的发展,人们认识到岸基甚低频发射台的生命力低。为提高对潜通信系统的生命力,确保通信不中断,各国海军提出了许多方案进行研究,其中美国海军首先提出的机载甚低频通信系统的方案得到实现。当时美海军为开展此项目研究下达的命令为"Take charge and move out"缩写为TACAMO,大意是"接受任务、立即行动",通常国内音译为"塔卡木"。所以"塔卡木"实际上是机载甚低频通信系统。该系统最初是作为应急手段发展起来的,而目前已成为海军主要抗毁对潜通信系统。因为它能承担核攻击时或遭受核打击后继续工作的对潜通信任务。90年代初,美国海军对其塔卡木系统进行了全面的更新换代,采用了性能更好的E-6A飞机,安装新型的无线电设备。E-6A的通信能力对上可与空中指挥所、总统座机、卫星和应急火箭系统沟通,对下可与地面通信站和战略导弹核潜艇联络。
   高频(2~30MHz)无线电通信曾是舰上远程通信的主要方法之一。由于卫星通信的出现,舰上迅速采用卫星通信系统来提供全球性的联络。因此,卫星通信已成为舰上远程通信的主要手段,而高频通信成为备用系统。然而,随着人们对卫星通信的电子设备的易损性、高成本和局限性认识的加深,高频无线电作为远程舰用通信的重要手段又重新为人们所认识。越来越明显,没有任何一种单一的远程通信方法能满足所有舰上通信的要求。高频电路的恢复活动近几年已经开始,不少国家都制订了高频通信系统新的发展规划,如美国的高频改进规划、11号链改进规划、高频自动线路建立系统、通信支持系统以及使用高频无线电的多媒体通信系统等。总的来看,改进的高频通信系统应具备的性能是:①更高的数据率(4800b/s);②改进的点对点线路建立;③自适应频率选择;④更好的舰上无线电资源的利用;⑤抗干扰能力强;⑥低截获概率。为此,各国正在开发新型的高频通信体制。
   甚高频/特高频(30MHz~3GHz)通信支撑舰对舰、舰对岸和舰对空视距通信,是目前舰船通信系统极为重要的组成部分。其中30~80MHz和108~156MHz主要用于两栖作战的舰对岸通信和海岸上的陆地移动通信;156~174MHz用于海事无线电话;225~400MHz用于战术视距通信(此频段也是特高频卫星通信所用频段);950~1150MHz用于抗干扰无线电通信,如美陆海空三军联合战术信息分配系统(JTIDS)和新研制的RAVEQUICKⅡ无线电台都工作在这个频段。该频段之所以在舰上得到广泛应用,是因为:①天线体积小;②视距传播不易被敌方探测到;③可利用的带宽较宽,因而允许应用扩频技术;④对于有限的传输距离,可采用较小的发射功率;⑤短而有效的天线适合在飞机上安装。然而,该频段的通信距离受到直视距离的限制。为了克服这种限制、一般采用机载中继系统,可由飞机(包括无人驾驶飞机)充当此角色。
   卫星通信是60年代开始应用的,目前各海军大国的舰船都已普遍应用了卫星通信。美国海军舰船卫星通信系统最为典型,根据舰船大小不同,分别使用特高频舰队卫星通信、超高频国防卫星通信系统和极高频"军事星"卫星通信系统。自1978年开始使用特高频卫星通信系统以来,美海军已拥有1500多个用户终端,所以美国海军比以往任何时候都依赖于特高频卫星通信。特高频卫星通信可给舰用卫星通信提供最重要的服务。这种对特高频卫星通信的依赖已迫使海军考虑舰队卫星通信的若干替换选择方案。虽然使用极高频卫星通信的"军事星"计划和海军极高频卫星通信计划正在进行,但海军要求特高频卫星线路仍能支持海军的日常行政勤务和战术通信,所以美海军于1988年提出了特高频后续卫星计划。计划用同步轨道上的八颗卫星提供北纬71?至南纬71?之间的覆盖范围。这种卫星完全与现有的卫星相兼容,自1990年发射第一颗卫星以来,现已有9颗卫星升空(其中一颗作为备用)。美国防卫星通信系统使用超高频(7.25-8.4GHz),海军是国防卫星通信系统的用户之一,在航空母舰和带拖曳阵监视系统的舰上安装有国防卫星通信系统舰载终端,通过海军岸基终端与这些舰船实现卫星通信,目前美国海军已建立起一套采用国防卫星通信系统在多艘舰船和各种岸站之间进行数据通信和记录通信的系统。该系统覆盖大西洋、太平洋和印度洋区域,把舰载处理器与岸站终端互联起来,用于数据、记录业务和联络信息的传送。舰用标准终端为AN/WSC-6。
   极高频(30~300GHz)卫星通信--"军事星"卫星通信系统也是美三军共用的系统,目的是支撑美国战略和战术兵力控制的现代化。该系统真正做到覆盖全球,具有其他频段没有的独特优点。军事卫星通信正在向极高频方向发展是很明显的,而且在海湾战争中它为美国军事指挥机关提供了直接可靠的战术和战略通信。该系统的试验研究已进行多年,直到1986年才签订合同进行全比例极高频通信卫星设计,1992年发射第一颗卫星,而海军早已通过其特高频舰队卫星上的极高频部件进行了通信试验,自1986年以来,其终端已陆续装舰使用。由于现代舰船上的电子设备日益增多,狭小的舰面越来越拥挤,因此舰上天线的设计和安装已成为舰船设计中的难点之一。
   由于通信和计算机技术的飞速发展,海军通信进入了一个新的发展阶段,为解决高技术局部战争条件下海军通信的畅通创造了条件。为此,美国海军于1990年提出一个"哥白尼"体系计划,目前正在海军内积极推行。整个体系由四大部分组成,即全球信息交换系统、舰队司令指挥中心、战术数据信息交换系统和战术指挥中心。其核心是全球信息交换和战术信息交换系统。这一计划的完成,将标志着海军自动化指挥系统进入了一个新的境界--使用新技术,应用新原则,能够适应21世纪的海上作战。

舰艇通信系统概况(要求加精)

一、美国"塔卡木"(TACAMO)通信系统
    (一)研制背景与计划
   为了对水下潜艇,特别是核潜艇实施指挥和控制,在60年代以前,各国海军相继建造了大批陆基甚低频发射台,当时成为对潜通信的主要手段。然而,由于导弹技术的发展,庞大的陆基甚低频发射台的生命力受到很大的威胁。因此,60年代初,各国海军都开始探讨顽存的对潜通信方案。美国海军在古巴危机之后,提出了机载甚低频通信系统的设想。当时为开展这项研究而下达的命令为"Take Charge And Move Out'',缩写为TACAMO,成为该系统的名称,大意是"接受任务,立即行动",一般音译为"塔卡木",所以"塔卡木"实际上是一种机载甚低频对潜通信系统。同时也可以看出其最初是作为一种应急通信系统发展的。该系统从60年代中期开始使用,直到1979年,经三次大的改进,但是一直作为一种"临时性过渡措施",其间美国海军为解决对潜通信问题对多种方案进行了研究,包括极低频通信系统的试验。根据研究结果,美海军于1979年正式宣布了"机载甚低频对潜通信系统不可能被任何可以在短期内出现的系统所取代"的结论,正式确定"塔卡木"为"主要抗毁对潜通信系统"来发展。从此"塔卡木"系统的发展进入一个新阶段,着手对整个系统进行改进和完善。改进"塔卡木"系统的重点是选择一型可使系统的生存力和机动性均得到提高的飞机。1982年海军公布了对换代飞机的战术技术要求。1983年4月19日,美国海军与波音公司签订了研制抗毁机载甚低频对潜通信系统(即E-6A)的合同。1986年美海军航空系统指挥部批准E-6A开始生产,合同价款为1.81亿美元,年末生产出样机。1987年6月开始飞行试验,并计划生产15架E-6A,以取代早期的EC-130飞机。1987年,罗克韦尔公司得到两项合同,其一是8.6百万美元用于从EC-130飞机上拆下AN/USC-13(V)通信设备,并重新安装到E-6A飞机上,其二是1390万美元用于研制甚低频固态发射机和双拖曳线天线。同年海军还签订了2600万美元的合同用于其他通信设备的采购。1988年,美国会批准美海军1989财年33450万美元的预算,用于7架E-6A飞机和改造一架E-6A以用于"军事星"卫星通信系统的应用研究。1991年10月,克莱斯勒公司赢得2260万美元的合同,对"塔卡木"E-6A系统进行现代化改装。1994年6月,综合了高级航空电子设备单元的第一架E-6A飞机交付海军试验。该单元提高了飞机上的电文处理能力,提高了导航精度,改善了频率和时间标准以及将其卫星通信能力扩大到极高频频段。综合到"塔卡木"系统的主要分系统包括:"军事星"机载卫星通信终端,GPS、"军事星"报文处理系统、时间频率标准分配系统、飞行管理计算机系统、MIL-STD-1553B总线和大功率发射机。1995年,波音公司把数字式自动
驾驶仪安装到E-6A飞机上,并在E-6A飞机上试验了轨道改进系统。不难看出,整个系统还处在不断地完善和改进中。
(二)系统组成与性能
   “塔卡木”是一种机载顽存的甚低频发射系统。其主要任务是向舰队弹道导弹核潜艇中继重要的作战命令。“塔卡木”飞机在其能接收到岸上指挥电文的远海飞行。目前美海军的“塔卡木”系统的飞机分成两个飞行中队,一个中队部署在太平洋,另一个中队部署在大西洋和地中海地区。在这些区域内,每一时刻都要有一架飞机担任值班任务,即在空中适于向潜艇发信的地区飞行。随时能够向大多数潜艇传递紧急行动命令,并保证首次发射后潜艇能够收到报文。另有一架飞机处于一级战备状态,还有一架飞机待命,其余飞机将隐蔽在分散的基地内作为后备,或进行维护保养或进行人员培训。目前海军使用的飞机主要是E-6A飞机。该飞机采用E-3A预警机的机身配以CFM56-2A2发动机,改称为E-6A飞机。这种飞机由波音飞机公司生产。因为E-3A飞机美海军已经使用多年,是技术上相当成熟的机型,而且目前仍大量装备部队。所以,对后勤保障、人员培训、维护保养都十分方便。E-6A与原来使用的EC-130飞机的主要区别见表3.5-1。

表3.5-1  EC-130飞机与E-6A飞机主要性能对照表

    EC-130
    E-6A

    动力装置

   最大重量/t
   中途不加油
   航程/n mi1e
   续航力/h
   巡航速度/h
   冲刺速度/hn
   最大飞行高度/m
    4台T56-A-15型
   发动机
   40

   3500
   10.5
   290
   320
   10000
    4台CFM56-2A-2型
   发动机
   80

   6700
   72
   445
   525
   12800



    E-6A上装备的雷达和红外图像识别与典型的民用运输机一样,其飞行特征也类似民用飞机。但其结构都经过了精心的抗核及抗电磁脉冲加固,外表涂成白色,以防止热辐射,还可进行空中加油。另外还装有电子侦察和卫星通信设备吊舱及流线型高频通信天线,并有防腐保护。
   E-6A的内部格局是在对作战使命要求进行了深入分析之后确定的。E-6A的机舱内部分为三大部分。机翼以前部分为驾驶舱和乘员生活区,中部的低噪声区为通信中心,机翼后方舱内装有各种电子设备、甚低频发射机和高频发射机等。
   E-6A飞机上装备的电子设备有:3部具有加密能力的AN/ABC-182甚高频/特高频电台,AN/ABC-190高频电台,AIC-29机内通信系统,翼端吊舱内装有特高频卫星通信天线,吊舱下方是流线型高频天线;导航设备有LTN-90环形激光陀螺惯性基准,导航系统,SFM-102数字/模拟计算机飞行管理系统,APS-133彩色气象雷达,空中加油导引信标,APN-222长/短程无线电高度计和带有自动着陆系统和陆地接近警报系统的短程无线电高度计;在右翼吊舱内装有ALR-66(V)4电子侦察系统,可探测、识别威胁源并确定其方位和大致距离;此外,还有中央控制台,应急火箭通信系统接收机,保密卫星通信终端,新式电传打字机、磁带记录器;甚低频发射系统经过几次改进,其发射机输出功率高达250kW,甚低频发射天线采用拖曳双线天线,一根天线长10000m,另一根长1500m,通常发射使用5000m长的天线,两天线端部都系有一锥袋。当飞机沿着半径很小的圆圈盘旋时,天线接近垂直状态,以达到最佳通信效果。
    (三)技术特性分析及述评
   对潜艇水下通信一直是各国海军十分关注的课题,几十年来,虽然提出和研制了许多可能的方案,但直到今日,只有机载对潜甚低频通信系统成为海军"主要抗毁对潜通信系统",除美国外,其他国家也研制和装备了类似的系统。这是因为甚低频可以穿透海水,可使水下潜艇接收到其发射的信号,而且在核攻击的情况下,该系统的顽存性要比陆基甚低频发射系统强得多。当然,这样一个庞大的系统不仅要有性能良好的飞机,而且在飞机上安装使用大功率的甚低频发射系统也要解决许多特殊的技术问题。该系统仍然存在一些难以克服的问题,例如:维持这样一个系统费用很高,后勤保障困难;飞机不携带武器,容易受到攻击;飞机起飞机场固定,可能成为敌方导弹的攻击目标,容易被摧毁。因此,当前的对潜通信,只能综合采用各种手段才有可能保证联络畅通。"塔卡木"是其中重要手段之一。

舰艇通信系统概况(要求加精)

二、美国联合战术信息分配系统(JTIDS)
    (一)研制背景与计划
   联合战术信息分配系统(JTIDS)(Joint Tactical Information Distribution System)具有通信、导航和识别的综合功能,可供海、陆、空三军使用,具有海洋、空中和陆地作战中的互操作性,是一种大容量、抗干扰的数字式信息分配系统。1976年开始研制该系统,1980年开始生产1A级终端,1985年海军计划在其战斗机F/A-18S上使用海军专用JTIDS终端,1991年海湾战争中,美国海军和空军首次全面使用了JTIDS。在1990-2010年期间,JTIDS联合业务将成为美国和盟国作战部队中的战术视距数字通信的基本方法。按照海军战术数据链路计划,80年代使用的数据链路是Linkll、Link4A、Link4C,90年代开始使用Linkl6(即JTIDS),并逐渐加大其数量,大约在2005年,将取消Link4A和Link4C。
   美国联邦通信委员会(PCC)和国家电信和信息管理局(NTIA)共同担任频谱管理的责任,为所有用户规划频谱。三军的JTIDS系统研制计划,都由美国空军司令部的电子系统局统一管理。1986财年,美国防部对JTIDS系统研制申请经费的数额为:海军JTIDS系统1.503亿美元;空军JTIDS系统0.952亿美元;陆军数据分配系统0.391亿美元,支援设备0.127亿美元。
   该系统的Ⅱ级终端设备由Singer-Kearfott公司按照在1981年该公司与空军签订的合同制造,其自适应地面接口终端ASlT由IBM公司研制,1982年海军与TADCOM贸易与开发公司(该公司是由ITT公司和Hughes公司组成的联合企业)签订了一项0.874亿美元的合同,用于研制JTIDS系统,1984年又签订1.45亿美元合同,新合同的主承包厂家是Hughes公司,取消了1TT公司。
   法国、德国、意大利、西班牙和美国等国(NATO国家)联合开发一种小体积JTIDS终端,称作多功能信息分配系统MIDS。MIDS的承包单位有英国Plessey电子系统公司、CDC(加拿大),GEC Sensors(英国)、INISEL(西班牙)、Italtel(意大利)、Nera(挪威)、西门子(德国)和Thomson-CSF(法国)等公司。
   JTIDS网准许网络用户之间的抗干扰信息交换,在该网中传递三种信息:①数字式、格式化的战术信息(包括监视、火控等);②数字式自由文本数据;③数字化的话音。
   JTIDS系统装备在美国海军的F/A-18A"大黄蜂"战斗机、F-14"雄猫"战斗机以及K-
2C"鹰眼"预警机和航空母舰上。该系统的Ⅱ级终端还装备在英国、西德、法国、西班牙、
加拿大、意大利和挪威的战斗机和航空母舰上。
    (二)系统组成及性能
   JTIDS是大容量时分多址(TDMA)系统,采用跳频技术,具有抗干扰能力。该系统提供机载平台和水面舰船平台的ECCM能力和扩大的通信范围,还提供带有机载中继平台的水面舰船之间的视距通信。JTIDS系统适应于和Linkl4、Link4A,以及Linkll相结合的数字信息通信和保密话通信。其波形由在960MHz到1215MHz频带内的6.4us脉冲系列组成。
   海军的JTIDS系统有3种终端设备,I级用于大型舰艇,IA级用于高级预警机和海军陆战队的作战中心,Ⅱ级用于战术飞机和小型舰艇上的移动指控(c2)系统和非指控系统。ⅡH级终端是具有高功率能力的Ⅱ级终端,它用于舰船、大型飞机和地面移动指控系统,还有ⅡM级终端,专供陆军使用。表3.5-2中列出各类型终端的基本参数。

表3.5-2  各类终端基本参数

   终端类型

   体积/m3

   重量/kg

射频功率/W
信  道  数





    功能信道
    话音信道

    I级
    15.8
    1483
    >200
    128
    10

    1A级
    1.2
    90
    >200
    64
    4

   Ⅱ级
    0.64
    45?50
    200
    64
    2


    为了提供多用户数据流,该系统采用的是TDMA方案,网络中的每个用户,均赋于若于个时隙,时隙的多少取决于用户的任务需求。比特流被划分成时元,每个时元各包含64个帧,1个时元持续12.8min。1个帧(12s长)有1563个时隙,每个时隙是7.8125ms,各个时隙之间由同步短脉冲串和防护间隙分开,从而防止了由于多个用户在相同工作范围内工作可能引起的干扰。网络中的其他用户可不间断地监控该数据流,并对其采样,提取所需情报。JTIDS的特性列于表3.5-3。JTIDS的时隙结构见图3.5-1。

表3.5-3  JTIDS特性

    参    数
    特    性

   工作频率
   数据速率
   系统结构
   ECCM
   COMSEC/TRANSEC
   网络管理
   报文类型
   系统有效区
   功率输出
    UHF(965MHz到1215 MHz)
   28.8 kb/s,57.6kb/s,或115.2kb/s
   TDMA
   扩频,跳频,时隙置乱
   嵌入的加密装置
   自动的,中央控制式
   格式化的或非格式化的
  每个网在480kmx960km区域内有3640个用户装置
   220w有效辐射功率





图3.5-1  JTIDS时隙结构

    (三)技术特性分析及评述
   JTIDS系统体现了许多高新技术,系统采用的新技术有:时分多址、直接序列扩频、跳频、同步密钥、级联纠错编码、相关检测、动态网管理技术等,该系统实现了突发频率和传输信息离散化、随机化,使发射电波密度降低很多,信号近似随机噪声,因而提高了系统的保密性和抗干扰性。JTIDS具有用户多、容量大、反应速度快、机动性能好、抗干扰能力强、保密性能好、可靠性高、一机多用、顽存性及使用灵活等特点。它除能在美国各军种之间互通外,还能在美军与北约盟军之间互通。该系统与单功能系统相比,其生产和维护费用可以节省三分之一到二分之一。该系统在C3I系统中起着重要作用。
   海军作战使命事实上比其他军兵种的作战业务更广,一个海军战斗群将执行反潜战(ASW)、反空战(AAW)、反水面舰艇战(ASUW),对陆基目标攻击作战,监视作战和两栖突击作战的战斗任务。该系统的动态网络管理结构,适合于各种复杂的作战情况。海军使用的新型分布式时分多址(DTDMA)方式保存了基本的信号形式与编码方式、同步与控制的原理,采用组网算法而不需要中央控制台,分布式时分多址提高了系统在多功能条件下的灵活性。
   1991年,美国首次进行第二代JTIDS数据链传输试验,试验是成功的,证实了JTIDSⅡ级、ⅡM级和ⅡH级终端机具有可靠的数据通信、话音通信功能和定位功能,其话音传输速度为16kb/s。。在1991年的海湾战争中,美国部署在海湾地区的航空母舰等大多数舰艇和各种飞机上,都安装了JTIDS终端机,海湾战争期间在长达700h以上的运行中,该系统仅出现一次事故。
   以前美国三军的设备体制混乱,大量设备使用重复、浪费大,通用性和互通性差,相互干扰严重,采用JTIDS系统能够克服这种混乱现象,保障战术火力单元、机动控制系统、防空作战系统、近距离指挥中心、雷达控制处理中心、电子战与情报控制处理中心等战术战位之间的通信联络畅通,而且实现了三军的战术通信、导航、敌我识别功能的一体化,这是军事战术设备的发展方向。JTIDS作为海军战术数据链路Linkl6,是最有发展前途的数据链路,大约在21世纪30年代,美国部队将全部采用Llnkl6E。

舰艇通信系统概况(要求加精)

三、美国舰队卫星通信系统(FLTSATTCOM)
    (一)研制背景与计划   
   舰队卫星通信系统(FLTSATCOM)为美国海军提供多信道UHF通信,并且也支援美国空军轰炸机和导弹发射控制中心、全部机载指挥站及某些美国陆军的核导弹部队。
   1971年通过了FLTSATCOM计划,由美国海军执行系统开发和生产的代理,并分配美国空军负责航天器的开发。
   最初的技术要求是由在固定轨道上的4颗卫星提供全球覆盖。最初的计划第一颗卫星是在1975年发射,但后来开发过程中推迟到1978年发射,1981年发射的第5颗备用卫星失效。在1982财年和1983财年的总预算经费达到2.97亿美元,1983年4月,美国空军投资0。156亿美元与TRW公司签订了增加FLTSATCOM材料的合同,该年6月又与其签订订购三颗新卫星的合同,价值1.811亿美元。有两颗卫星上携带了EHF通信组件,用来为"军事星"(Milstar)卫星的快速跳频抗干扰通信部件进行试验,卫星的UHF接收子系统由E-系统公司供给。1986年12月发射第1颗带EHF组件的卫星,1989年9月发射第2颗,还有一颗FLTSATCOM卫星在1987年发射时丢失。FLTSATCOM卫星共发射8颗,目前均已超过预定寿命,只有第7和第8颗仍在使用。
   FLTSATCOM卫星对所有的海军舰船提供UHF频段的抗干扰舰队广播业务,还提供对岸站、舰队弹道导弹潜艇、航空母舰、巡洋舰、某些飞机,以及其他的舰船和潜艇使用的计算机到计算机数字数据交换的指挥和控制通信链路。
    (二)系统组成及性能
   美海军特高频舰队卫星通信系统由四颗同步轨道卫星、地面控制站和各种通信终端组成。四颗卫星分别位于东经72°、东经172°、西经23°和西经100°上空。该卫星由TRW公司制造。发射时重约1860ks。它装有两种组件,一种是带通信设备的有效负载组件,另一种是带电源和太阳能电池组的航天器组件。通信设备由特高频、超高频和S波段中继器、转发器和天线组成。
   该卫星是三轴稳定的,能使天线一直指向地球。时钟驱动使太阳能电池板保持在最佳接收方向。其太阳能电池组设计成能在5年运行之后提供1400W的功率。此外,一组镍镉电池根据需要还可将其电能供给峰值负载。   
   该卫星装有四副天线:一副发射用的带螺旋双线馈源的4.8m特高频抛物面反射器天线;一副特高频18匝的螺旋形接收天线;一副安装在星体上,位于特高频抛物面反射器"透明"部分之后的超高频喇叭形天线和一副S波段锥形螺旋跟踪遥测天线。此外,一些卫星上述装有一个极高频(EHF)组件,这种设备组件可提供初始试用性的极高频通信能力。
   每个FLTSATCOM卫星上有23个信道,频率范围244-400MHz;其中9个25kHz的宽带信道用于海军中继通信(7个低功率,2个高功率);12个5kHz的窄带信道用于空军卫星通信系统AFSATCOM的一部分;1个500kHZ的宽带信道给国家指挥管理局使用;1个25 kHZ的信道(SHF上行,UHF下行)用于舰队广播。岸站用SHF扩频信号发往卫星,卫星接收后用UHF抗干扰信号向各舰船通播,同时也用于岸站间,舰队的弹道导弹潜艇、航空母舰、巡洋舰等之间的指挥与控制链路的计算机数据交换。
    FLTSATCOM系统中,有5个岸站及各种通信终端,还有控制站及远程跟踪站,如舰载站、潜艇站、机载站、陆上车载站及背负站等,表3.5-4列出主要终端站。这些站可以传送FM模拟话,24kb/sPSK调制的声码话,75b/s/FSK电传与1.2-9.6kb/sPSK的数据。该系统部分信道采用了按需分配的时分多址方式,1条25kHz带宽的信道中可容纳13条1.2kb/s数据或7条2.4kb/s的密话(或传真),经按需分配后可供数百用户使用,系统中大量使用了AN/UCA-1,2跳频扩频调制解调器,目前系统中约有8000个UHF终端,到2010年将约有11000个,有计划拟在飞机、舰船、潜艇和岸站上使用新型UHF通信终端,如TitanLink-abit公司的AN/USC-42小型化按需分配多址通信MODEM,以便为小型舰船、潜艇和飞机提供按需分配多址功能。
表3.5-4  FLTSATCOM的各种通信终端

   型号
  频率与带宽
   /  (MHz)

   天线类型

   传输业务

   用户与用途


   AN/PS'C-79
    SHF
   (500Mm)

18.2m卡塞格伦天线

   只发,向舰队广播

固定站(地面)


   AN/SSR-1
    24O~320
   (25km)

4副环形天线
  FM,PSK(75b/s)电
传报

舰载,核加固通播接收机


   AN/WSC-3
  225?399.975
   (25km)
  2副12dB天线半球覆


电传,数据,声码话
  舰/潜,也用于车辆/飞机
/隐蔽所


AN/ARC-171(V)
  225?399.975
   (500km)

0dD天线
  明、密话,数据,自
动测向AM/FM/FSK/EC-
CM
  机载(空军/海南军)ECCM
扩展频谱或频率捷变


AN/ARC-143B
  225-399.975
   (500km)

0dB天线(机载时)
  数据,保密话(数字
的),  电传,  NB-PSK,
DISK,MFSK

地面/杌载(海军)


   AN/USC-39
    240~400
(5/500AFSAT
25FLTSAT)
  6dB平盘状天线(地
面用时)
  PSK的保密与非保密
数据(75b/s)和话
  车载/机载/舰载/地面,
主要用于AFSATCOM执行紧
急通信



    海军特高频卫星通信系统包括下列信息传输分系统,这些分系统有时也称作舰队卫星通信链路:
   ①舰队卫星广播。
   ②公共用户数字信息交换分系统/海军模块化自动通信分系统。
   ③战术指挥官信息交换分系统。
   ④潜艇卫星信息交换分系统。
   ⑤战术情报分系统。
   ⑥战术数据信息交换分系统。
   ⑦保密电话分系统。
   ⑧电传打字分系统。
    其中每个分系统都支撑一个专用网,每个专用网就是所有网络用户成员的公共资源。每个网络成员能像使用电话一样的方法接入网内,即当其网中的线路空闲时,就可提供业务服务。为了提高公共资源的能力,增加了按需分配多址分系统。表3.5-5概括了舰队卫星通信分系统在信息传输方式、功能和数据处理方面的主要性能。
表3.5-5  舰队卫星通信信息传输系统

    分系统
    说  明
数据速率/(b/s)
  信息类型和格式
处理机(舰载)
    功能



舰队广播
  舰载、只接收;15
个75 b/s电传信道格
式化成一个1200b/s
数据流
  1200b/s时分复
用,包含75 b/s
电传信道
  信息业务使用JIN-
1,TACCS,  USMTF, JA-
NAP1280和ACPl27格式
  海军模块化自
动通信分系统,
综合通信系统
  对舰队进行广
播记录信息

  公共用户数字
信息交换分系统/
海军模块化自动
通信分系统
  舰/岸和岸/舰一般
勤务数据;两个网络
各有50个主要用户和
10个特殊用户


2400半双工

信息业务使用JIN?
TACCS,  USMTF  和
JANPl28(I)格式

海军模块化自
动通信分系统
  公共用户一般
勤务数据和记录
信息


战术指挥官信
息交换分系统
  在控制与分时基础
上的战术数据处理机
(TDP)和电传信息的
双向格式化数据


   3400
信息业务和数据使用
JINTACCS,  USMTF和
OTH-TGOLD格式
  ON-143(V)6,
战术数据处理机、
电传终端机
  用于战斗群的
超视距战术和目
标数据


潜艇卫星信息
交换分系统

记录电传信息的岸/
舰群广播和发送舰/岸
信息

2400和4800半
双工

数据和信息业务使
用OTH?TGOLD,JIN-
TACCS和USMTF格式

专用通信处理

  补充由BCA至
潜艇的VLF通信
线路的定期信息
广播

  战术情报分系

  岸/舰和舰/岸战术
数据;网络可支持的
用户多达23个
  2400半双工
(1200和4800任
选)
  信息业务使用JIN?
TACCS和USMTF格式
  专用通信处理

  特殊情报战术
数据


战术数据信息
交换分系统


岸/舰数据广播


2400半双工

数据和使用OTH?
TGOLD格式的信息
  TAOIXS-A处理
机、战术接收设
备和战术数据处
理机
  用于目标信息
输入和监视数据
的战术数据

  保密电话分系

  岸/舰数据广播
  2400按键通话,
半双工
  2400b/s编码数据流
  CV?3951话音
数字转换器
  保密话音网络,扩展到自动保密话音通信



电传机分系统

舰/岸和岸/舰的电
传业务


75电传


各种格式
  用于CUDIXS
和TACINTEL的
超视距电传战术
与返回通报和备





(三)技术特点分析及述评
   卫星通信具有通信距离远、覆盖范围广、容量大、质量好、可靠性高、使用灵活等特
点,各国海军都重视其发展,目前美国海军95%的通信都应用了卫星通信。FLTSATCOM舰队卫星通信系统是美国海军进行舰-舰和舰-岸通信主要依靠的特高频卫星通信系统(见图
3.5-2)。所有战斗舰艇和舰队其他舰船均装备了卫星通信设备,由于UHF卫星通信对于海军作战非常重要,海军对其要求也不断增长,容量不断加大,FLTSATCOM系统已经不能满足海军的要求,而且卫星寿命已超过其预定的设计寿命,因而迫使海军研究了FLTSATCOM卫星的几种替换选择方案。因为海军继续要求UHF卫星线路支持海军的日常行政勤务和战术通信,因而考虑UHF卫星通信后续计划(UFO)。UFO可为海军提供未来的卫星通信业务,最终将替代FLTSATCOM和LEASAT系统。同时海军的SHF和EHF卫星通信计划也在进行。

舰艇通信系统概况(要求加精)

四、美国Leasat通信卫星系统
    (一)研制背景与计划
   早在1978年9月美国海军与休斯(Hughes)通信业务公司签订关于Leasat卫星的合同,计划1984年开始服务,用户包括海军的航空、水面、水下和固定地面站,海军陆战队,还有空军和陆军也使用该卫星。合同要求休斯公司设计、建造、发射和管理完整的通信卫星系统,计划由5颗卫星组成,其中一颗备用卫星。相应的地面设施,包括1个运行控制中心、1个由4个固定地面站组成的通信网和2个可移动的通信站。同步卫星的位置在美国上空和大西洋、太平洋和印度洋上空。
   Leasat航天器由美国国家宇航局(NASA)的Space Shuttle专门设计。1984年6月发射第1颗LeasatFl卫星未成功;1984年8月发射LeasatF2;同年11月再一次发射LeasatFl;1985年4月发射LeasatF3,但卫星未进人轨道;1985年8月发射LeasatF4也失效;在1990年1月成功地发射了第5颗Leasat卫星。该卫星系统的生产单位是休斯飞机公司、航天和通信集团(Hughes Aircraft Company,Space and Communications Group)。
    (二)系统组成及性能
   Leasat卫星的直径是4.26m,高为6.17m,它带有所配置的UHF和全方向天线,总有效载荷重量(包括发射托架)是7711kg,和运载器脱离后的重量是6895kg,开始运行后卫星上通信站的重量是1388kg,该星是自旋稳定式,有两个大的螺旋线UHF天线提供UHF频段的接收和发射能力(240-400MHz)。一个SHF全方向天线提供遥测、指挥、舰队广播的上行线路和导航信标使用,其频带是SHF专用频带(7250~7500MHz和7975~8025MHz)。主要的通信能力由12个UHF转发器提供,其各种通信终端与FLTSATCOM系统的终端相同。
   主要的海军舰队广播功能包括1个SHF的上行线路和1个SHF下行及1个UHF下行线路,在SHF信道增加SHF上行和下行线路的地面覆盖喇叭天线,它支持上行线路和捕获/定时功能。关于舰队广播的UHF下行线路,用多路耦合器耦合到UHF发射螺旋线天线。
   Leasat系统的地面部分由以下几个部分组成:承包者工作控制中心(COCC),2个移动地面站(MGSs),4个承包者卫星控制点(CSCSs)以及互连接用线路。地面部分还包括通信设备和在华盛顿DC的海军电信指挥工作中心(NTCOC),该中心协调全部Leasat的工作。
   COCC的地点在加里福尼亚州的塞贡多(Segundo),在那里安装有计算机硬件/软件和通信设备,COCC和CSCSs的接口地点在关岛(Guam)、夏威夷(Hawaii)、加里福尼亚州的斯托克顿(Stockton,California)和弗吉尼亚州的诺福克(Norfolk,Virpnia)。
   两个SHF移动地面站(MGSs)提供TIE(转接直通)功能,必要的时候这些MGSs站也作为CSCSs的备用站。MGSs的地点在诺福克和关岛,诺福克的移动地面站控制大西洋和美国大陆的卫星,在关岛的移动地面站控制太平洋和印度洋的卫星。移动地面站在整个卫星发射阶段运行,当卫星运行正常后,它即处于备用(非运行)方式。必要时两个站可以在1天内重新启用,两个移动站都能装入C-130飞机内。
    (三)技术特点分析及述评
   Leasat"租用"卫星系统,主要有两种用途:一是作为FLTSATCOM通信卫星的补充;二是当FLTSATCOM卫星失效不能工作时,可以替补FLTSATCOM卫星,使该卫星的用户群仍能继续工作。由于卫星属休斯公司所有,所以称"租用"星,该卫星的各种通信终端与FLT-SATCOM系统的相同。目前只有3颗Leasat卫星在轨道上运行,今后不再发射"租用"卫星,不久Leasat卫星将完成它的历史使命,最终将由UHF后续卫星(UFO)替代FLTSATCOM和LEASAT系统。

舰艇通信系统概况(要求加精)

五、美国UHF后续(UFO)通信卫星
    (一)研制背景与计划
   特高频(UHF)卫星通信的工作能力对于完成海军作战使命非常重要,是海军主要的通信手段,海军、海军陆战队、空军和陆军中的全球通信,大都依赖UHF卫星通信。但是舰队通信卫星系统已经超过了其预定的设计寿命,并且也已经超载,因此美国海军制定了UHF卫星通信的后续计划,即UFO计划,为海军提供以后的UHF卫星通信业务和提供增加信道的能力。UFO军事卫星的要求由参谋长联席会议提出,海军航天指挥部管理,计划共由9颗卫星组成星座,研制单位是航天和海军作战系统指挥部(SPAWAR),生产单位是Hughes航天和通信系统公司。设计建造该卫星的目的是用来接替4颗舰队卫星通信(FLTSATCOM)的卫星和3颗LEASAT卫星。因为极高频(EHF)信号比特高频(UHF)信号的抗干扰性和抗截获性更好,因此从第4颗UFO卫星开始(于1995年1月发射)将装备极高频(EHF)通信能力。
    UFO卫星系统研制时间表为:1988年7月开始建造第1颗卫星,合同价值1亿2千零30万美元,在1990年又增加2颗卫星的合同。1993年发射第1颗UFO F-1卫星失败,同年年末又发射了第2颗UFO F-2。在1994年2月美国海军订购了第10颗卫星,截止1995年初,总的UFO建造和发射合同总计接近17亿美元。按计划1995年发射了三颗卫星F-4、-5和-6,1996年6月发射第7颗卫星F-7,1998年3月发射了第8颗卫星F-8,同年决定推迟原定当年9月要发射的第9颗卫星。目前F-2到F-8七颗卫星正常运行。它们覆盖的区域包括大西洋、太平洋和印度洋以及美国大陆。1999年底,美国海军订购的第11颗UFOF-11卫星将携带一个特高频通信载荷和一个受保护的极高频通信载荷,可提供具备编码和抗干扰功能的保密通信。
    (二)系统组成及性能
   UFO的9颗卫星中的8颗在赤道轨道上,提供近全球的覆盖范围,包括美国大陆本土、大西洋、太平洋和印度洋。还有一颗是在轨道上的备用卫星,这9颗UHF后续卫星将完全与现有的舰队卫星通信(FLTSATCOM)卫星相兼容。
   空间部分如图3.5-3所示,每颗卫星装有一个通信模块,一个推进装置模块,若干个电源,若干个发送与接收天线和一个遥测、跟踪与指挥(TT&c)分系统。其航天器是三轴稳定的,重量大约为1078kg,在完全展开的太阳能电池组两端之间宽1.7m,星体体积大约为0.21 m3。

图3.5-3  UHF后续卫星(外形)
    UFO的通信模块含有一个UHF通信分系统和一个SHF通信分系统。UHF通信分系统包括若干个25kHz和5kHz的信道。SHF通信分系统接收舰队广播信道的上行线路宽带抗干扰信号。该卫星上装备的天线有下列4种类型:
   ①具有一个带若干反射盘和4个交叉偶极子辐射器,无反射罩的UHF发射天线(用于
UHF信息交换系统(IXS))。
   ②一个平面,4振子接插阵的UHF接收天线(用于UHFIXS信道)。
   ③喇叭形SHF发射天线(用于信标数据)。
   ④喇叭形SHF接收天线(用于舰队广播)。
   遥测、跟踪与指挥(TT&C)分系统可提供抗干扰的保密卫星控制而不需要新的地面控制与跟踪设备。该UHF卫星系统应用的信号与目前的租用卫星(LEASAT)及其地面设备应用的信号是同样SHF TT&C信号。
UFO的特性列于表3.5-6。
表3.5-6  UHF后续卫星特性
    基    群
    信道特性



   基群Ⅰ
    2个25kHz带宽信道(可变的卫星变换频率);
   EIRP为28dBW;
   抗干扰SHF、上行线路;
   4个下行线路频率:250.350,250.250,250.550和250.650MHz;
   4个上行线路频率:SHF




   基群Ⅱ
    9个25kHz带宽信道(采用41MHz卫星变换频率);
   EIRP:4个信道为28dBW,
   5个信道为26dBW;
   每个信道4个下行线路频率:
   251.400~269.950 MHz;
   每个信道4个上行线路频率:
   292.850~310.950 MHz




   基群Ⅲ
    8个25kHz带宽信道(采用33.6MHz卫星变换频率);
   EIRP为26dBW;
   每个信道4个下行线路频率:
   260.375~263.925MHz;
   每个信道4个上行线路频率:
   293.975~297.525 MHz




   基群Ⅳ
    8个5kHz带宽信道(采用73.1MHz卫星变换频率);
   EIRP为20dBW;
   每个信道4个下行线路频率:
   243.925~244.225 MHz;
   每个信道4个上行线路频率:
   317.015~317.325 MHz



   基群Ⅴ
    13个5kHz带宽信道(采用53.6MHZ卫星变换频率);
   每个信道4个下行线路频率:
   248.845~249.355 MHz;
   每个信道4个上行线路频率:302.445~302.955MHz;
   EIRP为20dBW

  注:EIRP??等效全向辐射功率。


    图3.5-4给出地面系统概况。统一空间作战中心(CSOC)拥有参谋长联席会议(JCS)授于的对UHF后续卫星的总控制权。该卫星的日常控制权授权给海军卫星控制站(NSCS)。它完成其主要控制和卫星测距。关于遥测、跟踪与指挥(TT&C)工作通过CSOC由远程跟踪站来实施,该项工作包括其遥测链路监测和控制状态。在海军卫星控制站运行中断的情况下,远程跟踪站可完成UFO卫星系统的备用控制和测距功能。


图3.5-4  UHF后续卫星地面部分概图
    (三)技术特点分析及述评   
   UHF后续(UFO)卫星从1993年开始替代FLTSATCOM和LEASAT卫星,它是作为第一流的先进通信链路提供给美国海军舰船使用的,该卫星设计运行寿命是10年,使用了先进的按需分配多址(DAMA)技术,该系统与原来的FLTSATCOM和LEASAT卫星系统可兼容,这两个系统现有的UHF卫星地面终端,UFO系统都可以使用。将有一段时间,UFO与FLT-SATCOM和LEASAT系统交互使用这些地面终端。卫星上具有处理1条SHF上行线路的能力,从第4颗UFO卫星开始,安装抗干扰的EHF插件。每个卫星有39个信道,其中21个窄带信道带宽为5kHz,17个中继信道每个带宽为25kHz,还有一个舰队广播信道带宽为25kHz。而以前的舰队卫星通信系统(FLTSATCOM)仅提供X个信道。计划发射的UFO9颗卫星中,有6颗增加了EHF部件,这与以前的UHF卫星系统相比,它显著提高了抗干扰能力和增加了可用的带宽。EHF部件的工作与Milstar卫星系统的地面终端相兼容。该系统价格相对便宜。

舰艇通信系统概况(要求加精)

六、美国Milstar军事星卫星通信系统
    (一)背景与计划
   Milstar军事星卫星通信系统计划,被称为美国最高优先级的C3I计划,其用途是为极高频(EHF)用户和有关的特高频(UHF)用户服务。对于有关核武器指挥与控制的各种话频和传真指令,以及其他情报数据,该卫星使所有用户都可进行发送和接收。它是在EHF频带工作的第一个军事通信卫星。
   Milstar卫星计划是美国国防部战略部队升级计划的一部分,它是为了在国家危急时期能够确保最少的基本通信,Milstar将提供世界范围的战略和战术卫星通信。原计划由8个地球同步卫星组成,其中包括一个在轨道上的备用卫星,有4个在赤道上空,其余在极区覆盖范围的较高或较低纬度上。
   美国海军为开发舰载和机载终端与两个工业集团签订了全面的合同:Raytheon/Linkabit集团和Harris/TRW集团。在海军EHF卫星通信计划(NESP)中,主要的承包商Ray-theon和Harris已经生产了6个舰载终端用于评价该终端。含有Milstar关键组件的舰队试验插件已经于1986年插入到在该年发射的FLTSATCOM卫星系统中,在Milstar卫星发射之前,进行该组件的试验。承包公司还有Lockheed公司、Hughes公司等。
   并列开发的还有美国空军和陆军使用的终端。
   1983年7月新一代军事通信卫星Milstar研制计划开始,1990年7月国防部建议星座卫星的数目从10个削减到6个或4个,研制工作继续进行,1994年中期制定了该系统由6颗卫星组成的Milstar计划。1994年2月发射了第1颗卫星,1995年下半年发射了第2颗卫星,第5颗和第6颗Milstar卫星,计划分别在2001年和2002年发射。
   一些具体设备研制情况:1990年,IBM公司和BnmswickDefense公司联合开发Milstar移动星座控制站,1991年Raytheon公司和Rockwell公司生产低速率起始产品Milstar终端和备件,合同值分别为1亿美元和9300万美元。1992年中期Rockwell公司的系统作了试验,并公布了该公司生产的产品小型天线和系统的支座组件。1993年中期Rockwell公司与Raytheon公司分别与美空军签订1.113亿美元和0.739亿美元的合同用于Milstar指挥站终端。
    (二)系统组成及性能
   原计划Milstar星座由8颗卫星组成,5颗在赤道上空,其中一颗是在轨道上的备用卫星,其余卫星在极区覆盖范围较高或较低的纬度上。但是由于美国各界对原计划有异议,1990年美国防部建议削减卫星的数目,1994年制定了6颗Milstar卫星的计划。Milstar卫星通信系统采用EHF频段,其上行链路为44GHz,下行链路为20GHz,带宽可达2GHz。EHF频段和UHF频段相比,具有全球覆盖范围大、无线电静区少等特点;加之它具有卫星到卫星的星际间链路,因而缩短了通信距离;并且其频率高,频带宽,抗干扰抗截获性能好;它还具有天线小等优点。
   卫星上采用多样化天线,可进一步提高抗干扰能力。一种是采用高增益万向锐方向性射束天线和发射轮廓分明的点波束,可对海上特遣部队特殊地域的作战,提供良好通信,而且由于天线的高增益使采用最小终端成为可能;还有一种是采用快扫描多波束阵列天线,可用于全球范围的高增益、低副瓣的抗干扰通信,该天线使用天线调零技术,可在敌人于扰方向上使波束置零,从而进一步增强在干扰环境中的抗干扰能力。
   星上具有平台处理机,对接收到的每一信道信号进行解扩、解调和译码,重新发射之前再进行以上反过程后,发射给地面终端。星上有整套计算机采用"先申请先进人"方式自动控制多通道通信资源而不用地面网络控制站执行。整个通信系统的定时以星群的原子标准时钟为准,为了保证网络中新登记的终端同步,卫星提供探测响应。星上还有任务控制单元,采用了人工智能技术,可通过自备冗余控制进行再组合,自身修理,即使地面任务控制站被摧毁,卫星在无地面介入下,仍能正常工作约6个月。星上贮有大量推进燃料,遭受攻击时,可机动变轨。在转发器中开辟1.544Mb/s的中速数据率(MDR)信道,与低速数据率(LDR,75b/s~2.4kb/s)并存,MDR信道传送一份标准战区空战命令不到7min,把巡航导弹目标修正数据发给战舰不到10s,这对于抓紧作战时机非常有利。
   星际间采用60GHz频段进行星际通信,不必采用多跳或经地面中继的方式,这种方式容易受到敌人攻击。采用两种多址技术,上行链路用频分多址和全频带跳频,下行链路用时分多址和快速跳频。卫星传输的信息均经过加密,同时采用先进的纠错技术,即使近半数比特被干扰或丢失,纠错码仍能使信息复原。每个卫星可能有50条EHF信道和4条SHF信道。
   关于该卫星系统的地面部分,在Milstar卫星通信系统联合终端设备计划办公室领导下,海、陆、空各军种设计和开发了一系列既能抗毁,又具有互通能力的终端设备。美国海军计划的Milstar地面终端用来补充和代替UHF设备,将采用AN/USC-38(V)终端,可在中速数据率工作,根据实际应用情况配置不同直径的天线,如1.8m用于岸站,87cm用于舰站,14cm天线装在潜艇的潜望镜上等。至于终端中的关键性部件,其中包括天线馈电线、指北罗盘、铷频率基准时钟、同步器以及5W和10W的固态功率放大器等,部队要求各承包厂家进行备份配置。
    (三)技术特点分析及述评
   该系统的主要特点有生存能力强,能在数天甚至长达数月的核战争中有效地工作。它的自主能力、抗核加固能力和抗干扰能力都超过现有的任何卫星,是全球高保密、高可靠和高抗干扰能力的,以战术通信为重点的通信手段。该卫星的机动性能好,能躲避敌方反卫星武器的攻击,具有星际间通信线路,不需通过易受攻击的地面中转站即可发送信息。Milstar卫星还保留了4条特高频信道,能与现有特高频用户保持兼容,其主要工作带宽是25kHz,可以覆盖与海军舰队卫星系统相连接的大部分终端。该卫星系统工作在EHF频带,标志着EHF通信媒体开始以全新的角色出现,同时也意味着需要用12m或15m的碟形天线的大规模地面终端的结束,提供的系统具有灵活性、抗干扰和顽存性,还具有像高频无线电台那样的可移动性。
   Milstar是高抗干扰的系统,具有宽频带的优点,如上所述可以获得扩频和星上处理,使用小型天线,而且天线带宽窄,这使EHF系统更加隐蔽,以前为了不暴露目标而必须保持无线电静默的用户,现在可以不必静默,需要时可以进行通信。由于在卫星上的天线矩阵尺寸不大,因而有可能在星上采用天线调零技术,控制天线零点对准敌人的干扰机,起到抗干扰的作用。这在以前的卫星通信所用的频带上是做不到的,因为那需要星上有非常大的天线矩阵进行空间转发,是不可能实现的。星上处理简单说是当卫星接收时,卫星在每个信道对信号进行解扩频、解调和解码,然后在传输到地面接收终端之前再编码、调制和扩展频谱,这可以去除上行线路引入的任何干扰信号,集中下行线路功率,发送需要的信号而不放大和传送干扰信号。
   Milstar卫星还有一大特点是具有卫星到卫星的星际间通信能力,以往的卫星通信系统如果接收终端不是与卫星上的发送终端在同一视区内,则通信业务必须通过一个或更多个地面终端中继才能完成,而EHF卫星不需要地面中继,它能够通过星间通信,达到远距离通信的目的。但是,极高频卫星通信也有一些缺点:①传播损耗高,下雨可能完全阻断通信;②生产该频段的波导管和天线困难;③与低频段相比较,缺少大功率的发射机器件。所以正在迅速发展中的极高频卫星通信技术仍有一些难以解决的问题。

舰艇通信系统概况(要求加精)

七、英国ICS4外部综合通信系统
(一)研制背景与计划
英国马可尼通信公司从50年代末开始着手研制ICS系列外部综合通信系统,60年代初开发出第一代系统ICSl,随后逐步开发出ICS2、ICS3、ICS3A、ICS4和AN/URC-109(V)(为美国海军开发的系统型号)等换代系统。ICS4是马可尼通信公司于80年代初开始研制,80年代中期装舰的新一代外部综合通信系统。图3.5-5给出ICS系列通信系统的历年开发状况。

图3.5-5  ICS系列外部综合通信系统历年开发状况

    至今为止,40多艘英国皇家海军舰船装备了ICS3系统。装备ICS3系统的还有荷兰皇家海军、希腊海军和尼日利亚海军等。美国海军的131D两栖攻击舰也选用了以AN/URC-109命名的ICS系统。美国订购了四套AN/URC-109系统。英国皇家海军的新型23型护卫舰装备了ICS4系统。美国高频抗干扰计划(HFAJ)部分采用了ICS3/4系统技术。1987年马可尼和洛克韦尔公司联手赢得了价值4亿5千万美元生产8套HFAJ系统样机的合同。到1997年,HFAJ的生产合同将达到30亿美元。法国海军也购买了ICS4系统。法国海军将对ICS4系统进行评估,并与汤姆逊CSF公司生产的SPIN海军跳频系统组合在一起。如果组合系统试验成功,ICS4将装备在法国的护卫舰上。马可尼还将为查尔斯?戴高乐核动力航空母舰联合研制更先进的通信系统。
    (二)系统组成与性能
   ICS4-包括3个基本分系统,即VLF-HF接收分系统、MF/HF发射分系统和控制分配系统。根据不同需要还可接人其他分系统,如UHF、VHF、卫星通信以及报文处理分系统等。
下面分别介绍这3个基本分系统。
1.接收分系统
如图3.5-6所示,宽带接收分系统由接收机、有源多路耦合器、天线分配器和天线组成。接收分系统覆盖10kHz~30MHz频率范围。短有源天线H5500(RN型号AVK)接收的信号通过宽带有源多路耦合器被分配到各接收机。经过处理的基带输出,然后通过控制和分配系统传送到不同战位的各个用户,如通信舱室、舰桥、直升机着陆控制设备、电传报文处理设备和其他战位。天线在无需使用无源分离器、可调式多路耦合器、梳型滤波预选器或射频分配面板的情况下,能够将接收信号馈送给36部接收机。
   为了在10kHz~30MHz频率范围内获得最佳效果,各接收机工作在1~30MHz频段内。10kHz~1MHz的信号与1个高稳定度的5MHz信号混频变为大于5MHz的信号。这样,各接收机接收2个输入信号,1个是1~30MHz频段的信号,另1个是5.01~5.999MHz的信

图3.5-6  1CS4宽带接收分系统

号。根据所选择的工作频率,相应的输入将被自动接入。
   为减小寄生响应,接收机备有3个中频(IF)供选择。本地振荡信号取自1个受外部1MHz频率标准源控制的内部频率合成器。系统根据工作方式,如莫尔斯报、话音、电传或数据等,自动切换中频带通滤波器和预置AGC(自动增益)时间常数。接收机通常工作在上边带,但也可插人替换模块使用下边带接收。2部接收机用于独立边带(ISB)信号接收。
2.发射分系统
发射分系统覆盖240kHz~30MHz频率范围,宽带设备覆盖2~30MHz的高频信道,另外带1~2个MP/HP窄带信道。当宽带天线的使用受到舰船结构或其他因素限制时,可增加窄带通道的数目。图3.5-7给出了发射分系统中的宽带发射设备框图。如图所示,宽带发射部分由激励器、输入混合电路、大功率放大器、输出混合电路和宽带天线组成。其中输入混合电路、大功率放大器和输出混合电路又称为宽带功率库。图3.5-8给出了宽带功率库的基本结构框图。功率库采用了马可尼公司的多项专利技术。输入混合电路将X输入分割成2个反相信号送人大功率放大器,然后由输出混合电路产生x输出。其最终信号电平是来自所有大功率放大器的X分量的总合。同样,Y输入信号被分割成为2个同相信号,然后经过大

图3.5-7宽带发射分系统

功率放大器放大,最后由输出混合电路产生Y输出。功率库主要有下述几个方面的优点。
    系统将大功率放大器作为1个公共平台供设备共享,使用起来方便灵活。公共平台可平均分配给平台上的发射线路,也可根据需要,不同线路分配不同的输出功率。在高功率电平实现相位合成具有损耗低的优点。功率库正是利用此优点同时支持平台上的全部发射线路,并向天线传送出与信号源信号成比例的PEP输出。部分相位合成技术,每合成1路信号产生3dB合成损耗。这样,同时工作的发射线路越多,其合成损耗越大。采用宽带技术后,避免了此种损耗。
   在功率库中,输入混合电路和输出混合电路相对应,输出混合电路又对应于不同的天线入口。各天线口的工作频率相间分配。这样可在低电平级通过选择输入混合电路选择天线路由。此种方式远优于使用天线共用器实现天线路由选择。
   采用功率库结构缩短了线路分配时间。由于功率库是宽带结构,所以不需要动态调谐器件。发射重配时间仅限于低功率电平设备配置所需时间,例如,激励器重复循环时间:激励器重复循环时间通常小于1 s。
   在功率库中,放大器件为分布式结构,每个器件都处理平台上的所有线路。当高功率电平放大级发生故障时,对于传统的天线系统而言,会引发线路故障,但对于功率库结构而言,只会出现线路功率降低现象。
   功率库中的放大器并联工作。在ICS4系统中,2台、4台、6台或更多的放大器通过简单的低损耗混合变压器组合在一起,对所有信号进行放大,然后自动地送到相应的宽带天线。放大器的增益是基本固定的。因此,可通过调整各激励器输出自动设定辐射功率电平。为获得最佳互调产物电平,这些功率库放大器通常工作在500W,而窄带通道放大器工作在200W。然而,根据对互调产物的不同要求,放大器能够给出更大的输出功率。
   3.监控分配分系统
   监控分配分系统可由分配和控制设备实现,也可采用MIL-STD-1553总线实现。AN/URC-109(V)的各个分系统接入MIL-STD-1553B命令/响应多路复用数据总线。分2级控制AN/URC-109(V)分系统中的设备。第一级控制设备包括激励器、接收机和状态设备。第二级包括合成装置、天线单元等辅助设备。另一种分配和控制系统采用数字化分配矩阵方式实现整个系统的监控和无线设备分配。该系统型号是H6720。它将取代ICS3系统中的KMU控制分配分系统。H6720控制和监视所有舰载外部通信设备,具有将70个用户接通400台无线设备的能力。系统可编程预置10条设备线路,实现用户遥控信道选择。可预先编制好4份通信计划,并存人系统供随时调用。系统可进行通常的话音和数据传输处理,也可实现加密的话音和数据传输处理。H6720主要由遥控单元(RCU)、分配矩阵(DCM)、4通道接口、人机接口(MMl)等构成。RCU是系统的用户终端。可通过MMI制订通信计划确定每个RCU的业务范围,如无线设备、工作频率、工作方式等。用户可按动RCU上的功能键,选择不同的通信功能。DCM是该分系统的核心部分。进入DCM的模拟信号先转换成数字信号,实现时分多路复用,然后按照编制好的通信计划实现数字交换,通过某个无线接口连通所需无线设备。
    (三)技术特点分析及述评
   ICS4外部综合通信系统具有VLF/HF/UHF以及卫星通信功能。系统的主要特点之一是其宽带结构,宽带发射,宽带接收。宽带功率库可在同一时刻将所有高频信号放大,并通过宽带天线辐射出去,无需机电调谐装置。与发射部分相类似,接收系统仅用一副小型有源天线即可接收从VLF到HF频段的所有无线信号。由于采用了宽带技术,工作频率变换迅捷连续,发射功率随时可调且各个频率独立。其高频信道间隔可缩小到50kHz。
   ICS4采用了模块化设计,能够满足不同用户的要求。在保证高标准的可操作性、可维修性以及良好的培训和后备支援前题下,可根据不同类型和级别舰船的作战要求,选择不同数量和不同型号的设备配置,组成不同规模的综合通信系统。接收机和激励器在高频宽带通信系统中占有相当大的比重。系统模块化后,接收机和激励器中采用了许多可以互换的功能模块,既节省了系统费用,又便于今后维修和系统设备升级。
   模块化与数字化是紧密相连的。在ICS4系统中采用的LF/MF/HF H2550接收机和MF/HF激励器实现了全部数字化。这些设备采用了数字信号处理(DSP),表面器件贴装和多层印制电路板等最新技术。数字信道滤波器能够获得平滑的振幅,具有良好的相位响应和陡峭的频率截止特性,从而改善了边带隔离度和选择性。可通过编程确定设备的自动增益和滤波器参数。设备装有内部自检电路,提高了系统工作的可靠性和可维修性。
   ICS4系统还采用了MIL-STD-1553总线控制、实时信道评估、频率跳变ECCM和分配控制矩阵等新技术。

舰艇通信系统概况(要求加精)

八、德国ASYM4000(3000)综合通信控制系统
    (一)研制背景与计划
   ASYM系列通信控制系统是德国AEROMARITIME公司于80年代初开始研制的军用综合通信交换控制系统。ASYM3000通信交换控制系统是该系列的第一代产品,ASYM3000(A)是第二代产品。ASYM4000综合通信控制系统是于90年代初着手研制的。
   ASYM系列通信交换控制系统是将舰船内部通信系统、外部通信系统和舰上各用户终端连接在-起实现舰船通信系统一体化的综合通信管理系统。在该系统管理下,舰船上的话音、数据、报文和图像等各类信息实现一体化传输。早期的ASYM3000系统就采用了微处理器分布处理和时分多路复用等技术。系统的全部配置存放在EPROM中。到1983年已有4套ASYM3000系统投入使用。随后开发的ASYlVB000(A)系统实现了系统全数字化处理和传输,采用了50Mb/s传输速率的光纤双环网。ASYM4000是90年代初开始研制的更大规模的通信控制系统,除舰船外还可满足大型移动平台、工矿、医院和学校等诸领域通信方面的要求。
(二)系统组成及性能
   如图3.5-9所示,ASYM4000综合通信控制系统主要由群控单元(CCU)、传输网络和用户终端等组成。群控单元是系统的核心部分,由网络接口单元、终端接口单元、群控单元控制单元、S2M退耦单元和PCM数据退耦单元等功能模块组成。网络接口用于连接相邻的群控单元,终端接口单元包括交换和连接功能。网络接口单元与光缆相连接,来自网内所有信号源的信号都通过网络接口进入群控单元,然后由多路信号解调器进行解调分类,送入PCM总线。信号从PCM总线下路时,先由多路复用器进行多路复用调制,然后送人网络接口单元。群控单元采用不同方式处理系统中传输的PCM音频/数据信号,PIT、"Key"、"Mute''实时信号和系统控制数据信号等三种不同信号。音频信号可根据用户要求实现点对点、点对多点、多点对点和多点对多点传输。此种交换是由电路中的交换和连接部分实现的。实时信号FTT、"Key"、"Mute''是由终端以每字节1比特格式送出的,为便于交换,转换成每字节8比特格式后送人网络接口,然后进行交换处理。实时信号中的功能操作信号依照当前矩阵表进行交换。其结果信号"Key''或"Mute''等将传送到相应的接口(Tx,Rx,PAS)。系统中的另一类信号是软、硬件功能调整、交换和终端、群控单元状态轮询、报告等系统勤务和控制信号。网络中为这类数据的传输保留了1个专用勤务通道,其传输协议是可以调整的。勤务通道是通过1个双端口RAM受控于群控单元的。也就是说,群控单元通过双端口RAM控制勤务通道。终端和网络接口的控制数据的交换是通过EISA/MCA/AT总线实现的。终端接口分模拟和数字两种接口。数字终端接口按照CCITTl.430建议(ISDN基本连接S0)连接。So接口有2个B通道和1个D通道。
各通道分配如下:
①终端至群控单元
B1通道:音频或数据信号;
B2通道:实时信号或数据信号;
D通道:信令和系统控制信号。
②群控单元至终端
B1通道:音频或数据信号;
B2通道:音频(离散),数据或实时信号("Key''或"Mute");
D通道:信令和系统控制信号。
S0接口要求数据流速率为192kb/s:B通道2×64kb/s,D通道16kb/s和内部接口信号48 kb/s。
   ASYM4000通信控制系统可采用不同结构的拓扑网络连接群控单元。不同结构的拓扑网络具有不同的网模块和冗余度。图3.5-10给出了带16个群控单元的双环网系统。图3.5-11给出了带16个群控单元的规则网络系统。各种数字和模拟终端接入网中的群控单元。双线电话通过群控单元中的模拟模块进入网络。所有ISDN终端如电话机等都通过S0接口接入网络。使用SO或S2M接口可连接专用自动小交换机。ASYM4000系统可直接使用ASYM3000系统中的音频模拟单元A、B、C和D以及数字音频单元S、M和扬声器箱。该系统还可接声力电话。收信机、发信机和收、发信机用终端转接器(TA)接入系统,电台通

图3.5-10双环系统

过天线矩阵与天线连接。天线矩阵也是由TA接入系统的。因为保密功能由PCM总线实现,所以保密单元通过TA直接接入系统无需专门的保密矩阵。RTFY转换器通过TA接入,其RTFY数据(V24)通过保密单元或直接进入PCM总线。通过TA可将磁带录音机接人群控单元。由于PCM总线内具有数字式矩阵分配功能,所以无需外加分配矩阵选用不同的磁带机。电传打字机可通过TA或直接接入群控单元(RS232,V24)。直接接人群控单元时,群控单元内必须有1个PCM接口模块。可采用软件方式或通过LAN或BS232/V24接口接入报文处理系统。通过BS232/V24接口时,群控单元内必须有1个PCM接口模块。PCM接口模块能够为软件提供音频数据,服务于各类数据线路(例如:无线线路、控制计算机直接连接等)。群控单元可接视频显示器,控制所有的系统功能。群控单元可使用假脱机程序直接连接打印机。在带宽允许情况下,ASYM系统可以仿真PA(自动小交换机)系统。ASYM系统还可以控制外部自动小交换机。
    (三)技术特点分析及述评
   ASYM4000是一个数字化的分布式综合通信系统。该系统在许多方面优于现在的模拟/ISDN专用自动小交换机(PABX)或局域网(LAN)。由于采用了分布式设计,系统可以接入任意个群控单元,构成不同拓扑方式的网络,满足各种用户的各种不同需求。该系统将来自任意终端的话音、数据和实时信号等进行数字化处理,然后按要求传送到任意终端。整个系统采用标准化硬件(1SDN兼容)和软件,设备结构牢固,对工作环境要求不高。ASYM4000采用光缆作为传输媒质,传输容量大且可靠性高。光缆连接多个群控单元构成电信分配网,


图3.5-11  普通网络系统
用户终端通过标准ISDN接口(So,S2M)连人群控单元。对于非ISDN标准终端,通过群控单元内的1个终端转接器或专门的接口电路接人群控单元。该系统可同时处理话音、数据、文本、图像和实时控制信号。该系统具有会议功能,任意一个音频用户可同时参加多个会议。系统使用灵活方便,可在任意授权工作站完成网络配置。系统可采用不同的拓扑网络,提高系统的顽存性和可靠性。ASYM系统可广泛用于舰船、机场、电站、工厂、医院、港口和院校等诸多领域,为这些区域提供综合一体化通信服务。

舰艇通信系统概况(要求加精)

九、美国海军战术数据链
    (一)研制背景与计划
   美国海军的"海军战术数据系统"  (NTDS),60年代初期开始装备舰艇。最初的系统,主要是为了改进舰内数据传输,并对搜索雷达实现计算机辅助的人工标图。60年代中期,用于装备DLG-28大型驱逐舰的系统,其威胁分析和武器分配功能用数字电路实现,传送精度和速度大为提高,从而使舰艇解决了对空作战难题,并能协调编队防空和对海作战力量。从通信的角度看,海军战术数据系统是第一代自动化舰载和机载通信系统。这就是美国海军的11号数据链。11号数据链允许战术计算机交换信息。11号链,也称之为战术数字信息链A(TADILA),使用网络通信技术和一种标准化的报文格式,在飞机、陆基和舰艇战术数据系统之间交换数字信息。11号链数据通信设备必须能够工作在高频或特高频频段。当工作在高频段时,11号链提供以发射地点为中心、半径300nmile的全向通信范围。当以特高频工作时,该链路提供舰对舰25nmile或舰对空250nmile的全向通信范围。除11号链外,美国海军还使用4号链,它是所有美国海军舰基飞机使用的特高频单向空中拦截控制链路。70年代,开发了双向方案4A号链。1984年,海军开始开发4C号链,它是为F-14战斗机专做的抗干扰机对机链路。90年代初,基于目前正在装备到舰队的完成作战任务所必要的计算机和软件,美海军提出,在今后几十年,为了完成战斗群资源的全面指挥和管理,战斗机、侦察机和水面舰艇之间传送数据的能力将经历一次巨大的技术和战术革命。为此他们提出了一个到2030年的发展计划,见图3.5-12。从图可以看出,在2015年以前,11号链一直是海军的主要数据链。到2030年以后,将全部应用16(E)号链。所以这里主要介绍11号链的
情况。

图3.5-12美海军战术数据链计划
    (二)系统组成及性能
   11号链的系统配置有多种不同的形式。有代表性的系统配置见图3.5-13。它由计算机设备、密码装置、数据终端机、高频或特高频无线电设备、天线耦合器和天线组成。外部频率标准通常也是系统不可缺少的部分。
   人们通常把计算机系统称为战术数据系统,水面舰艇上的装置称之为海军战术数据系统。美国海军中使用的战术数据系统计算机有CP642A/B、AN/UYK-7和AN/UYK43。目前
CP-642已被AN/UYK-43替代。11号链中计算机的功能是:
   ①供给网络参加者战术数字信息。
   ②恢复和处理由网络参加者接收到的战术数字信息。
   除维护战术数据库外,计算机中的执行软件还完成许多其他功能,
它管理显示器、完成跟踪定位的临时的修正、对操作员输入和询问的响应以及管理所有外围输入和输出。目前美海军使用的两型战术数据系统计算机情况见表3.5-7。
图3.5-13  11号链系统组成
   
表3.5-7  美海军战术数据计算机使用情况表
    型    号
    现  役  数
    舰    级

    UYK-7
   UYK-43
    110
   53
    CG、CGN、DD、DDG、FFG、LHA
   CG、CGN、CV、DDG、LHD


    KG40保密装置提供整个系统的通信保密。它有四种工作模式:密码A1、密码A2、密码B和明码电文。使用时操作人员除选择工作方式外,还必须输入密钥表。
   数据终端机把加密后的数据从数字格式转换成模拟音频信号,然后,把这种信号传送到11号链发送机。数据终端机是11号链系统的核心,除把海军战术数据系统的数据编码成音频单音外,它还产生和认出管理网络操作的协议信号。具体功能包括:

①误码检测和修正;
②音频信号发生;
③数-模转换;
④数据链协议管理;
⑤战术数据系统接口管理。
目前美海军使用多种类型的数据终端机,表3.5-8说明各种终端机的使用情况

表3.5-8  美国海军战术数据系统终端机
    型    号
    制造商
  装备时间
  现役数
    舰    级

  AN/USQ-36
AN/USQ-59
AN/USQ-63
AN/USQ-74
AN/USQ-76
AN/USQ-79
AN/USQ-83
ANfOSQ-120
AN/USQ-125
    Collins
   Collins
   Univac    .
   Various
   Magnavox
   Collins
   GTE
   Mikros
General Atronics
  1964~1966
1971~1972
1973~1974
1981~1987
   1983
   1979
1986~1989
   1994
   1994
    49
   9
   35
   86
   31
   17
   38
   --
   20
  CG,CGN,CV,CVN,DDG、LCC
DDG、I.LHA
DD、DDG
CG、CGN、CV、DDG、FFG、LHD、 CVN、
AGF*、AVM*
SSN、ASWOC、SOCC、ROCC
NCTSI、TACC、TOAC
AGF、CG、DDG
DDG
CG、CVN、DDG

  注:*只接收11号链。



    11号数据链中使用两种类型的无线电设备,一种工作在2-30MHz的高频范围,另一种工作在225-400MHz的特高频范围。当网内单元之间的距离在25-300nmile之间时用高频建网,而网内单元之间的距离小于25nmile时用特高频建网。11号链中的无线电设备必须满足下列要求:

①收发之间转换快速;
②音频通带比语音通带宽;
③在数据到达之前必须键控发射机;
④快速的自动增益控制信号电平增高和释放时间
⑤严格的相位颤动和包络延迟容限。
  常用高频发射机有AN/URT-23及其改进型,接收机为R1051型。特高频电台用AN/WSC-3和AN/URC-93等。11号链也使用天线耦合器和天线,这些设备都是通用设备。
    (三)技术特性分析及述评
   美国海军早在60年代就研制了11号数据链和海军战术数据系统。近30多年来,随着计算机技术和网络技术的发展而不断发展,至今已广泛的应用于水面舰艇、攻击型潜艇、飞机和有关的海岸警卫队的船上,成为美海军主要的数据传送手段。11号链和海军战术数据系统的应用是海军通信发展的一个重要台阶。它第一次使用了以计算机为核心的战术数据处理系统;它是使用自动的计算机对计算机进行舰对舰和舰对空数据交换的第一个舰上系统;它是美国和北约建立数据链路的报文结构及协议标准的基础。目前美海军有173艘水面舰艇、58艘攻击型潜艇和E-3、S-3A、E-2C和P-3C飞机上都装有11号链。虽然美海军已制订了发展数据链的计划,但在2030年以前,11号链将是海军数据传输的主要设备。
上面对几个典型的海军通信系统作了介绍,表3.5-9、表3.5-10和表3.5-11分别给出了国外海军卫星通信终端、舰船通信设备和舰船通信天线的简要性能。

能否告诉从何处得到

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很全啊,谢谢了!

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