深度:浅析辽宁号航母通信天线系统 网络化助夺制海权

2015年06月26日 14:58  新浪军事 微博 收藏本文
6月12日,辽宁舰从青岛某军港解缆启航。 6月12日,辽宁舰从青岛某军港解缆启航。

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  刘洪坤 缪新萍 郝威/文

  千差万别的通信天线

  “辽宁”号航母飞行甲板四周围绕的杆状天线就是航母上的通信天线。当然,航母通信系统中的各种通信设备类型十分多样,相应的不同种类通信设备的天线也是互不相同的。譬如,低频、中频和高频通信电台一般使用鞭状全向天线;短波通信可使用对笼天线或垂直偶极子天线;超短波可使用垂直偶极子全向宽带天线,也可使用旋转对数周期天线;甚高频通信则使用对数周期扇形天线、甚髙频全向宽带天线或甚高频同轴极子宽带天线;特高频大多使用宽带对笼天线,以及特高频、超高频卫星通信天线等。这些天线不仅可以安装在航母的舰桥上,也可以安装在甲板周围。具体说到“辽宁”号飞行甲板四周时而竖立、时而水平放置的众多杆状天线,它们属于低频、中频和高頻通信电台使用的鞭状全向天线,当航母在港停泊等无飞行任务时,航母甲板周围的天线一般竖起,当有飞机起降时,为了不影响飞机起降,通过液压系统把天线放倒。

  航母通信系统包括三大块

  天线只不过是通信设备的一部分,天线众多说明通信设备系统多。就航母使用的通信系统来说,主要由航母外部通信系统、航母内部通信系统和航母中心分配控制系统等。

  三大部分组成。其中,每一部分担负特定的通信任务,由不同的通信分系统和通信设备组成。

在某论坛曝光了一组照片,照片显示实装4架歼15飞鲨上辽宁舰,并且机号是百字号!说明新一批实装歼15已经开始在辽宁舰上服役,未来辽宁舰或可满员装备24架。  在某论坛曝光了一组照片,照片显示实装4架歼15飞鲨上辽宁舰,并且机号是百字号!说明新一批实装歼15已经开始在辽宁舰上服役,未来辽宁舰或可满员装备24架。

  航母外部通信系统组成及其通信设备

  电台通信系统。

  航母通信电台系统种类繁多,几乎覆盖了所用的通信频率。 主要的电台通信分系统包括:低频通信系统、中频通信系统、髙频收/发信通信 分系统、甚高频/特髙频收/发信通信分系统。其中,高频收/发信通信分系统主 要包括宽带发信天线、宽带有源接收天线、高频接收机、接收多路耦合器等通 信设备。如美航母装备的AN/URC-97发射机和英航母装备的ICS3、ICS4系 统。甚高频/特髙频通信分系统主要包括战术电台、跳频组件和通信保密机等通 信设备。如美航母装备的AN/URC-93(V)特髙频电台。

  卫星通信系统。

  随着空中战场向外层空间的不断推进,卫星通信作为空 天一体作战的重要信息支援,成为未来信息化作战条件下夺取信息优势、打贏信息化战争的重要通信保障手段。据不完全统计,在伊拉克战争中美军共使用了 100余颗通信卫星,80%的通信业务是通过卫星通信实现的。卫星通信分系统是航母通信系统的重要组成部分,也是保障航母周游世界的关键通信手段。航母上的卫星通信系统主要包括:舰载卫星通信终端、抛物面天线等通信 设备。如美航母装备的AN/SSC-3、AN/WSC-3、AN/SSR-1终端,英航母装备的SCOT2终端和法航母装备的Syracuse系统等等。

  数据链系统。

  为了最大限度地发挥航母战斗群各种武器的综合协同和一体化打击的作用,取得主动,掌握制信息权,就需要在航母、各种作战平台、舰船之间进行大量、快速和准确的战术数据传输、交换和分发,这就要靠数据链来实现。数据链是以特殊的数据通信为链接手段,以作战平台为链接对象,将航母各作战平台组合为整体的链接关系,把处于不同位置的作战单元进行紧密链接,实现信息资源共享。数据链采用无线电网络通信技术和应用协议,实现了航母、飞机、舰船战术数据系统之间的数据信息交换,从而最大限度地发挥了航母战斗群的体系作战效能。战术数据传输分系统主要包括高频义特高频战术数据链设备(包括网控器、调解器等)。数据链可以形成点对点数据 链路和网状数据链路,使作战区域内各种指挥控制系统和作战平台的计算机系统组成战术数据传输、交换和信息处理网络,为指挥人员和战斗人员提供 有关的数据和完整的战场战术态势图。如美国海军广泛使用的Link-16战术数据链系统。

最近网络流传的一张模糊的照片显示,疑似有四架量产型歼15战机同时出现在辽宁号航母飞行甲板上。与以前经常曝光的黄皮歼15战机不同的是,这四架歼15全是海军灰涂装,这无疑标志着辽宁舰朝着形成战斗力的一天又近了一步。(鸣谢 飞扬军事论坛海上孤狼)  最近网络流传的一张模糊的照片显示,疑似有四架量产型歼15战机同时出现在辽宁号航母飞行甲板上。与以前经常曝光的黄皮歼15战机不同的是,这四架歼15全是海军灰涂装,这无疑标志着辽宁舰朝着形成战斗力的一天又近了一步。(鸣谢 飞扬军事论坛海上孤狼)

  其他。

  除了上述通信手段外,航母上还装备了高频/特高频舰队通播接收分系统、甚低频/低频对潜通播监听接收分系统、海事应急遇险通信分系统 等。舰队通播接收分系统主要包括高频接收机、卫星通播接收机等通信设备。中/高频辅助通信分系统主要包括中小功率辅助备用通信设备。甚低频对潜通 播监听接收分系统主要包括接收机、记录终端机等通信设备。海事应急遇险 通信分系统主要包括按照海事规则要求的救生电台。

  航母内部通信系统及其通信设备

  航母内部通信系统包括无线和有线两种通信手段,主要担负的任务是实 现舰内各部门间对讲、会议、通播及广播、告警等内部话音通信和信号传递,确保对舰载机安全起飞,返航的指挥控制通信。同时,还要完成视觉信息及战术数据的传输。

  航母内部通信系统包含的通信分系统包括飞行甲板通信分系统(含便携式头盔无线电电台)、飞空中态势电子显示屏分系统、飞机状态电视监视分系统、舰内各种型号告警装置、综合话音通信分系统、舰内闭路电视监视分系统。

  其中,飞行甲板通信分系统主要包括甲板通信电台及附属设备等。如美航母装备的AN/SRC-47电台。舰内综合语音通信分系统主要包括中心交换单元、自动电话、声力电话、用户单元、扬声器 单元、有线和无线接口装置、告警信号等通信设备。如英航母装备的RICE-MK2系统和法航母装备的SNTI-240系统。舰内闭路电视监视分系统主要包括电视接收天线、摄像设备、控制调制设备、分路器和接收机等通信设备。飞机空中态势电子显示屏分系统主要包括数据 传输发/收设备,电子显示屏控制与显示设备。

网友高山制作的歼15战机在辽宁舰的CG图网友高山制作的歼15战机在辽宁舰的CG图

  航母中心分配控制系统及及其通信设备

  航空母舰中心分配控制系统主要担负的任务是对航母内部通信/外部通信等各类分系统的工作进行监视、故障诊断及模拟显示,对 无线电文电进行自动报文处理和分配,对数字数据信号处理设备进行同步控制,以及在用户和设备间进行矩阵形式的转换交接。

  航空母舰中心分配控制系统考 要包括自动报文处理与分配系统和 中心监控交换分系统。其中,自动推 文处理与分配系统主要包括处理计算机、报文存储设备、显示器、调制 接口设备等。如英航母装备的BA-1225系统。中心监控交换分系统主要包括中心计算机、信号总线传输设备、分配矩阵和模拟显示板等。如法航母装备的航母通信控制室设备。此外,还包括显示及故障判断设备、用户/设备转接交互设备、时分多路调制设备。控制信令发生和传送设备以及数据总线。

  航母通信系统的特点

  減肮母承担着对岸、对海、对空、对潜以及航母编队内部的指挥、协同通信和战术数据传输任务。因此与一般的海上通信相比,其具有与众不同的通信特点:

  通信频带占用宽,通信容量大。

  由于担负的通信任务繁重,设备的通信统复杂,装备的通信设备繁多,为了区分不同层次、不同作战样式所需使用的通信网络,以避免 造成管理应用的混乱和相互影响,现代航母通信占用的通信频带从极低频。甚低频扩展到低频、中频、高頻,甚髙频、特髙频、超高频、极高频,几乎覆盖了从极低频到极高频 的整个通信频谱。可以说,现代航母 通信系统使用的频率涵盖了所有的无线电频段,而频带占用宽就意味 着更大的传输速率和更大的通信容 量。无线电台除满足传统的话音通信业务外,还可满足图像、视频等多 媒体通信业务。

  通信覆盖范围广大。

  由于航母 编队各作战要素要在广阔的战场 空间活动,需要航母通信覆盖其所 涉及的全战场空间。因此,现代航 母通信系统一般都能够覆盖数百至数千海里的范围。如美军航母战 斗群通信系统在300海里范围内能够实现髙频数据信息的稳定,可靠、 实时传输与交换,在1000余海里的范 围内能够保障指挥和协同通信的畅通,在正常情况下则能够实现卫星通 信的全球保障。特别是美军的航母, 无论它走到哪里,都有数颗卫星实施通信保障。

歼15飞鲨舰载机CG效果图歼15飞鲨舰载机CG效果图

  通信电台多,信道数量充足。

  由于航母作战行动复杂,通信的对象多、数量大,而无线通信是其外部通信的主体。因此,有的航母无线电台多达近百台,无线通信系统提供了数量充足 的通信信道。一般情况下,单个航母战斗群可提供的信道数量可达数万条,足够满足对海、对空、对陆,以及各军 兵种联合作战的通信信道数量需求。如美军现役航母仅飞行甲板通信系统 就能提供500余条通信信道,特高頻电台可提供3000条通信信道,舰载卫星通信终端、甚高频收发信机、电台、双工数据链可提供10000条以上的通信信道,高频无线电发射设备可以提供近30000条通信信道。

  通信手段应用灵活。

  由于要满足不同的作战需求,现代航母通信系统极为庞大。因此,其极为灵活地应用了涵盖无线、有线、视频、音响通信等 终端在内的多种通信手段。其中,不但包括与外部通信使用的长波通信、短波通信、超短波通信、微波卫星通 信、数据链通信、声呐水声通信,还包括内部使用的舰内有线指挥通信、舰内警告通信、舰内视频监视和闭路电视通信、灯光与旗手视觉通信、简易信号通信等。如美军航母战斗群所使用的卫星通信系统包括:国防卫星通信系统、舰队卫星通信系统、军事星系统、先进极髙频系统 等卫星终端。另外,美军航母还装备全球卫星通信信息交换 终端、舰队广播卫星通信终端、海事卫星通信终端等。

  工作通信链路多。

  航母编队为了完成指挥、控制和协同等通信任务,需要开设大量的通信链路。通常这些通信链路构成了战术通信网、信息通报网、作战指挥网、协同通信网、反潜作战网、防空作战网、后勤网、导航网、通播接收网、战术数据 传输网和应急通信网等。总体上看,一个航母战斗群的通信链路一般多达数十条。

国产航母是否已经开始建造现在已是众多军迷首要关注的大事。只是,直到目前为止还是没有得到太多详细的官方消息。为了缓解同志们的国产航母“相思之苦”,有高手网友制作了精美逼真的代号“CV001A”级国产航母CG方案,与大家共赏。同时还假想了未来中国航母将要发展的类型,主要是从滑跃甲板型转向弹射甲板型。(来源:战略网)  国产航母是否已经开始建造现在已是众多军迷首要关注的大事。只是,直到目前为止还是没有得到太多详细的官方消息。为了缓解同志们的国产航母“相思之苦”,有高手网友制作了精美逼真的代号“CV001A”级国产航母CG方案,与大家共赏。同时还假想了未来中国航母将要发展的类型,主要是从滑跃甲板型转向弹射甲板型。(来源:战略网)

  电磁兼容问题

  航母上有通信、雷达、导航、预警、电子对抗、武器平台等诸多用频装备,各种通信手段和装备所处的电磁环境和用频冲突是航母面临的困难之一,比如不同装备之间的用频重叠问题,用频装备之间的同频互扰和邻频干扰问题等。同时,在狭小的甲板空飼上,布放了那么多天线,相互之间也需要考虑电磁兼容,否则可能所有的装备都无法正常工作。电磁兼容问题既是重点,也是难点。如何科学合理地解决航母内电子信息系统的电磁兼容问题,保证各种用频装备的正常使用,是航母设计和使用中的一个关键问题。

  解决航母电子信息系统的电磁 兼容问题主要从设计和应用两个角度来考虑。设计方面的考虑主要涉及信息系统的电磁兼容设计、检测、认证和标准。设计电子信息系统装备时,考虑到电磁兼容约束条件,首要的是所研制的系统在给定电磁环境下性能良好,其次应符合有关的电磁兼容标准。还应考虑涉及电磁资源的配置与优化和战场建设的合理化以及电磁频谱管控等方面。其中,电磁资源配置与优化主要研究根据作战需要所应采取的战术技术措施,以便战场电磁环境有利于我方实施作战。战场的合理建设主要涉及如何在空域、时域和 频域上防止电磁冲突,影响信息系统的效能发挥,以求各种信息系统能够正常工作;同时,还涉及战场环境影响因素研究和战场环境优化方法研究。最后就是在进行天线布放、设备安装等方面进行充分论证,要合理布局,科学筹划。整个航空母舰的甲板两侧比较小,安装天线的区域 非常有限,这就使得电磁环境非常复杂。要先通过计算机 模型来建模,验证可以确定放置天线的合适位置,然后,再在航母上调整天线安装的位置,或者调整天线的结构。通过这些技术手段,解决各种天线之间的电磁兼容问题。在电磁频谱管控方面,在航母上有专门的人员和机构从事 这方面的管理工作,主要做法是是髙度重视电磁频谱管理,通过建立完善的管理体制,提高对频谱战略价值认识。二是严格频谱使用管理,合理分配频谱资源。为从源头上解决武器装备频率使用问题,各国军队的电磁频谱管理部门都严格进行频率审批,与装备部门密切合作,共同对研制、生产和采购武器装备的用频严格把关。同时加强对战场电磁频谱监测与管控,排除干扰,进行频率分配与指配,保证各种用频装备的有效使用。三是加强电磁频谱管理建设,不断提升管理能力。加强电磁频谱管理技术支持机构、法规和手段建设,不断提升电磁频谱管理能力,是世界发达国家军队较为普遍的做法。

歼15舰载机在“辽宁舰”上滑跃起飞歼15舰载机在“辽宁舰”上滑跃起飞

  航母通信未来新技术发展

  未来航母通信系统将继续探索发展通信新技术以及朝着一体化、综合化、宽带化和智能化化方向发展,其最终目标是保障一体化联合作战所需的无缝、保密和互通的信息传递。

  短波、超短波通信新技术。

  其中短波通信技术发展,主要是在软件无线电、自适应跳频、自适应选频、自适应天线阵、高速跳频、高速调制解调等方面继续进行开发和研究,进一步提高短波的可通率及抗干扰能力。在超短波通信技术发展方面,随着无线通信的各类理论研究的深入和成熟,以及电子元件的集成化和智能化程度的提髙,超短波通信的发展日新月异,超短波电台的应用也是越来越广泛,功能日趋强大。超短波电台不但要具有跳频功能,最好要具有自适应跳频功能,而且随着航母通信对数据通信业务量需求增加,要求发展分组无线电网。所以,自适应跳频电台和分组无线电电台是超短波电台的发展趋势。战术电台的小型化,跳频高速化、直扩与跳频相结合以及软件无线电台都是超短波电台的目标。

  卫星通信新技术。

  首先,卫星通信頻段由超髙频向极高频进军。

  超高频舰队卫星在美军航母通信中起着重要的作用,但目前它已经过时。美国新开发的超高频接续卫星UHF/FO系统装备了极髙频通信设备是用来替代现在运行的系统和LEASAT卫星系统的,极髙频比超高頻信号具有更强的抗干扰和防截获能力。军事战略/战术与中继MIISTAR卫星通信系统从上世纪80年代末开始开发,造价50多亿美元。其上行线路频率是44GHz,下行为20GHz,通过大约50多条信道向地面、空中和海上用户以通播的 方式发送信息。因为该卫星工作在极高频频段,频带宽,可以在2GHz的频段上使用扩展频谱和跳频。该系统抗干扰性、顽存性极强,在核 战争中能有效工作。其次,探索使用商用卫星。利用商用卫星把舰船上、岸上的通信系统和舰内通信系统接起来。现在的航母通信频带宽较窄,不能满足新的通信功能的要求,利用商用卫星能够把带宽增加到近似15兆比特/秒,可以发送和接收实时压缩的数据和图像。

网友献大量我军航母辽宁舰2014年返厂保养照网友献大量我军航母辽宁舰2014年返厂保养照

  系统构成一体化。

  一体化是未来航母通信系统的重要发展趋势, 航母通信系统建设的重要原则,未来航母通信将实现战略、战役、战术信息传递系统的—体化;信息传输、交换、处理系统的一体化;通信、导航、定位、识别的一体;语音、数据、图像的一体化。在通信系统的基础上,充分利用宽带交换技术、光纤通信技术、卫星通信技术等先进通信技术、实现以岸基通信系统的—体化,以提高信息的共享能力,也是航母通信的一个发展方向。此外,整个航母信息传递系统内的所有计算机、数据库信息源之间实现无缝隙的信息访问,也将是航母通信系统一体化发展的目标。一体化的通信系统,能够使航母战斗群能在任何地方、任何时间为指战员提供准确的、完整的、经过融合的实时作战信息,以便更有效地发挥航母战斗群的整体作战效能。

  业务功能综合化。

  航母作战对信 息接收的有效性和完整性提出更高要求,而且随着航母通信功能的不断扩展,通信的内涵也不断丰富完善。为适应这种需求,航母通信业务也已从过去的单一语音通信发展到语音、数据、图像、视频等多种业务。各种业务对航母通信系统的要求大不相同。如文电数据业务对丢失和误码敏感,语音对时延要求髙,而压缩电视信号则同时对信息的丢失和时延有严格的要求。计算机和通信的广泛结合以及计算机通信网的建立,加速了航母通信从原来单纯的信息传输向信息的传输、存储、加工、处理综合一体化的转变。信息传输与交换的宽带化,以及移动通信技术的不断发展,为综合业务和多媒体业务的传递提供了技术保证,现代航母通信系统中的业务综合化将会进一步发展。

  通信网络宽带化。

  宽带化不仅是现代航母通信的发展趋势,也是所有通信系统的发展方向。事实证明,现代通信网络的带宽平均毎半年就翻一番,这就为航母上日益增长的髙速数据传输、高速文件传送、电视电话会议、交互式图像通信、高清晰度数字电视、多媒体通信等通信业务提供了可能。随着航母上的通信网络朝着髙速、宽带化网络方向发展,业务种类也越来越多,所需的带宽也越来越宽,交互性越来越强,为航母作战指挥通信提供了可靠保障。

5月2日,中央电视台《焦点访谈》节目聚焦中国航母辽宁舰,曝光了辽宁舰连续放飞歼-15舰载机的画面。图为两架歼-15舰载机在辽宁舰航母上准备起飞。(来源:CCTV)  5月2日,中央电视台《焦点访谈》节目聚焦中国航母辽宁舰,曝光了辽宁舰连续放飞歼-15舰载机的画面。图为两架歼-15舰载机在辽宁舰航母上准备起飞。(来源:CCTV)

  网络服务智能化。

  随着上述各种变革的进行,航母通信的业务范围和性质也发生了新的改变。一是从以往的单纯信息传递业务包括信息传输、信息存储、信息转换、信息处理等在内的高级通信业务转变。图像通信、数据通信、信息检索、向导业务等都已成为现代通信的主要内容。二是从个人服务方式向介于个人方式和集团方式之间的文字图像信息网、图像应答系统等综合服务方式转变。最终建立集各种通信业务于一身、多种服务方式于一体的综合服务通信网。

  目前,美国海军有个所谓“哥白尼”计划,就集中体现了以航母通信为核心的海军通信发展方向。该计划构建了未来海军通信体系的基本结构。该体系主要由五个主体部分组成:一是全球信息交换系统,作为岸基通信的通路,用来髙速、集中传输来自全球和各战区的情报信息;二是总部指挥综合系统,通过计算机局域网络将全球信息交换系统与岸基指挥中心联系起来,三是战术数据信息交换系统,用于将总部与各战术指挥中心连接起来;四是战术指挥中心,设在航母或旗舰上,用于向作战人员和武器系统分发信息,五是立体作战信息交换系统,用 -于扩展立体的作战体系结构。该体系以互操作性、灵活性、反应能力、机动性、生存能力和可承受性为遵循的基本原则,最终达成统一作战效能、全员动员能力、关键信息定位和融合多源输入信息的目标。

  结语

  通信系统是航母战斗群的神经网络,承担着舰舰、舰潜、舰机以及舰内的信息传输任务,是完成其传输 信息和指挥控制功能的重要手段。研究航母战斗群通信系统对未来信息化战争中制信息权、制海权、制空权和制胜权具有深远的意义。(作者署名:兵工科技)

在最新一集的热播美剧《24小时》中,名为“马塞诸塞号潜艇”的攻击核潜艇接到错误的命令,向1艘正在低速航行的中国航母开火,发射两枚鱼雷击中了1艘中国航母,航母瞬间起火爆炸。  在最新一集的热播美剧《24小时》中,名为“马塞诸塞号潜艇”的攻击核潜艇接到错误的命令,向1艘正在低速航行的中国航母开火,发射两枚鱼雷击中了1艘中国航母,航母瞬间起火爆炸。

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(编辑:SN118)

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