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1、舰艇通信系统概况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。
2、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(30300Hz)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
3、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
4、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
5、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(230MHz)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
6、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：更高的数据率(4800b/s)；改进的点对点线路建立；自适应频率选择；更好的舰上无线电资源的利用；抗干扰能力强；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(30MHz3GHz)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 3080MHz 和 108156MHz 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；156174MHz 用于海事无线电话；225400MHz 用于战术视距通信(此频段也是特高频卫星通信所用频
7、段)；9501150MHz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RAVEQUICK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：天线体积小；视距传播不易被敌方探测到；可利用的带宽较宽，因而允许应用扩频技术；对于有限的传输距离，可采用较小的发射功率；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
8、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
9、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 ANWSC-6。极高频(30300GHz)卫星通信-军事星卫星通信系统也是美三军共用的系统
10、，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
11、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。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，
12、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
13、。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
14、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 ANUSC-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
15、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
16、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
