
个人战术无线电旨在为个体士兵提供语音、数据和位置连接。通常侧重于紧凑尺寸和轻量化。数字技术不仅使像美国的AN/PRC-154士兵无线电这样的收发机变得实用,而且还允许共享士兵收集的其他信息,从而有助于形成更广泛的战场局势认知。(美国军方)
网络中心化战争正在扩大对数据、视频以及语音共享的需求。在战场上,工业界面临着越来越大的压力,要提供可以在整个战场范围内使用和供电的通信设备。
从模拟信号到数字信号的转变对军事通信在战场上的能力和应用产生了重大影响。这些影响包括将通信手段扩展到更低的战术层级以及在实时中跨多个用户共享信息。
从技术上讲,模拟信号和数字信号之间的区别主要体现在信号的不同。“模拟连续信号看起来像正弦波,而数字信号看起来像方波。在前者中,信息被表示为一个连续变量。数字被定义为以二进制代码存储或记录信息,使用数字0和1来表示信号是存在还是不存在。”事实上,无论输入是什么——语音、键盘、视频或其他手段——数字都以相同的方式转换和传输,即以离散编码的“数据”,然后可被指定的单一接收方访问,或以电子方式传输给多个接收方。它还与各种传输通道和存储介质完全兼容,包括射频无线、光纤、计算机总线,可以在它们之间实现透明传输。这些特性为军用用户提供了在战场上以前无法实现的能力。
数字的优势
数字在战场环境和需求中比模拟更有利的特性。首先,它提供了更清晰的信号和最小的失真,具有更强的抗干扰能力,因此具有更大的传输范围。数字还允许多个站点同时通信,并能发送和接收语音、文本和其他数据。这使得数字能够更快地向更多的接收方传递更多的信息。这些特性对于军事应用非常有价值,其中广泛、迅速地分发信息以及汇报和发布命令可能至关重要。进一步利用这些特性有可能建立一系列站点的网络,实现它们之间的近乎无缝的共享,通常被称为综合战术网络(ITN)。
根据法国陆军教条与教育中心2005年的一项研究,题为《关于电子和人:新信息技术与作战行动》,通过数字化,美国Stryker连指挥官实现了与非数字化营指挥官相当的战场视角,Stryker编队的地理范围可扩大三倍。此外,它使每个级别的指挥官摆脱了各种例行任务,同时使他们对整体局势有了更广泛的认识,并增强了协调能力,部分原因是他们可以获得更精确的信息。
除了操作方面,数字还提供了支持和后勤方面的机会。这包括能够基于通用平台架构开发一系列基于无线电的产品。这种“家族”方法可以利用经过验证的软件、配置和已为终端用户熟悉的操作程序,从而便于引入新产品。再加上数字对各种频段的兼容性,这使得战术无线电甚至在团队层级也能提供包括视距(LOS)和非视距(NLOS)在内的通信,包括集成到单一设备中的卫星通信(SATCOM)。在战场通信系统中,简单而直观的操作至关重要。正如美国陆军信号官员马修·布隆伯格少校所解释的那样:“通信设备通常很复杂,不友好,通常需要专门的培训……当新技术存在问题或过于复杂时,通常会被搁置,或者未能充分发挥其潜力。许多被期望操作新通信系统的士兵并非通信专业人员。”
战场需求
美国陆军副部长加布里埃尔·卡马里略在2022年陆军技术交流会上解释道:“转向大规模作战依赖于现代化的机动能力、远程火力、深度感知以及一个安全而具有弹性的网络,以在战场上传递关键数据。”他继续说:“在处理近对等对手时需要考虑的一个重要威胁是他们干扰通信的能力。这种新形式的通信不仅需要对抗干扰,还需要对抗渗透。L3哈里斯公司客户管理主管比尔·赛斯分享道:“军方客户要求通过单一操作员或单一设备的多个路径进行连接,以确保即使在争夺环境中也能进行通信。”实现这一目标意味着不仅有多个通道,还需要在单一设备中访问多种波形,这是数字技术可能的能力。

美国士兵在2022年10月在德国格拉芬韦尔训练区熟悉操作L3哈里斯AN/PRC-163无线电设备。该无线电设备是集成战术网络的组成部分,提供态势认知并在战术行动中实现快速决策。(美国陆军)
战术无线电任务配置
战术无线电配置的设计在很大程度上受到其预期最终用户以及其角色和目的的影响。尺寸、重量和功耗是任何系统的因素,但对于步行士兵使用的系统尤为重要。因此,战术地面通信系统主要分为个人/手持、背负式和车辆/基础三类。每种类型的物理特性和性能都受到应用和用户考虑的影响。幸运的是,数字化和微电子学的进步使得即使在增加功能的同时也能对设备进行重新调整。L3哈里斯公司副总裁汤姆·柯克兰强调,行业的重点是“在增强多载波、多容量的同时,缩小尺寸、重量和功耗 - 成本(SWaP-C)”。随着设备的应用越来越靠近战线,这些标准在设备设计中变得越来越重要。
士兵/个人战术无线电
士兵/个人无线电主要由个体使用,主要用于团队、班组或排的相对短程通信。最小化尺寸、重量和功耗是重要的考虑因素,因为额外的电池会增加士兵的负担。这些功耗需求不容忽视,因为电池可能成为一个主要问题。个人无线电,如L3哈里斯的Falcon III RF-7850S、塔利斯的SquadNet和摩托罗拉的SRX 2200 P25双向便携无线电,专注于“从每个士兵获得优化的语音和确保的GPS位置报告”,并提供面向边缘设备、平板电脑、笔记本电脑或手机的基于Web的界面。这些无线电的主要目的是促进团队之间的相互认识和协调。由于其预期用户是普通步兵或其他作战士兵,简单和直观的操作也至关重要。

手持/领导战术无线电
手持机将多通道功能集成到小巧、轻便的包装中,适用于小型单位和团队使用。它们主要面向公司级领导,以确保与更高指挥级别和支援武器的联系。当前的手持技术将VHF、UHF和SATCOM集成到一个单一设备中,而以前这些需要单独的无线电设备。例如,L3哈里斯的AN/PRC-163多通道手持无线电仅重2.75磅(1.25千克),带电池的重量,但提供长达20小时的安全通信时间。尽管PRC-163是Falcon IV系列中的一员,但它尽管体积紧凑,但提供了狭带LOS和SATCOM的五种功能,宽带MANET网络,ISR视频,GPS和基于信号的威胁警告。
由于Falcon系列的能力显然受到军队的赞赏,它们不仅被美国军队采用,英国也选择了AN/PRC-16和PRC-167,这两款产品将被英国军队采购。Falcon系列还被澳大利亚军队使用,Falcon III AN/PRC-152单通道多频段、多任务手持无线电为士兵提供安全的实时信息和通信。
塔利斯的AN/PRC-148D IMBITR是另一款广泛使用的手持无线电。它长8.5英寸(215毫米),重2.26磅(1.083千克),结构紧凑坚固,具有两个通道,可同时进行窄带和宽带通信,以及战术指挥和控制通信,具有1级安全性。
另一款手持无线电是Bittium的Tough SDR,将宽带数据传输和语音带给了战场上的移动部队。它提供了广泛的频率范围,30-2500MHz,跨足多个频段。搭配灵活的配置选项和路由网络,甚至支持一个网络中的数千台无线电。士兵可以根据条件和任务选择最佳波形,在窄带和宽带之间灵活安全地进行通信。

背负/车载战术无线电
尽管“背负式”战术无线电暗示其作用在步兵应用中,但目前大多数背负式无线电也可以安装在车辆上或在指挥中心使用。通常,背负式无线电是一种能够传输语音、数据和视频通信的双通道软件定义无线电。它是公司及更高指挥层次中主要使用的无线电设备,也是战斗和战术车辆的标准设备。它们的功能包括行进中、停车时、静止的直视线通信以及超视距通信。这些无线电是可伸缩的,并符合模块化软件通信架构,实现网络中心化操作,支持多频多模式,提供可靠、安全的战术通信。背负式无线电在各种任务角色和使用各种天线和其他附件时得到应用。
L3哈里斯Falcon IV AN/PRC-167多通道背负式无线电,也被称为战术通信下一代背负式(STC NGMP)无线电系统,自2017年以来一直在被美国军队和SOCOM采购,并替换了PRC-117多频段多任务无线电和PRC-150多频段无线电。
卫星通信(SATCOM)
越来越多的关注被给予将卫星通信(SATCOM)扩展到战术层次。这得益于数字格式的转变以及SDR使得与卫星链兼容的战术无线电可以携带并在前线士兵操作。数字进一步将这些链从简单的语音转变为高速、远距离的数据传输媒介,意味着即使在几乎实时的情况下,视频、文本、图形和数据文件也可以共享。为了在公司甚至营级别使用这些终端,终端必须体积小巧,使用更加简便,并能够保持可靠的连接,甚至在移动时也可能如此。L3哈里斯的Ray Lindenmayer业务发展总监分享说:“SATCOM作为服务的概念是我们在2023年看到的重大需求。这包括将流量自动重定向到其他操作传输的可能性。”为了实现这一目标,L3哈里斯开发了其Transport Aggregation Gateway(TAG),提供了一个统一的网关,可以在卫星、蜂窝—3G、4G和5G—以及视距通信网络之间实现多条传输路径。TAG软件可以上传到其更小的手持和背负式软件定义无线电上,如AN/PRC-163和-167。正如波兰卫星技术公司TS2 Space的一位发言人指出的:“卫星通信使得前线部队甚至可以远程访问用于任务规划和操作的当前和准确的数据。”此外,它通过卫星链实现了实时情报收集和共享,使大量数据得以更准确和及时地分析,并及时将分析分发给受影响的最终用户。
移动自组织网络和IP电话
数字的广泛引入还为引入与现有波形相辅相成的替代通信方法提供了机会。这包括宽带IP(互联网协议)、MANET(移动自组织网络)以及5G的应用。每种方法都支持现代数字战场对移动中的宽带数据、语音和视频的高速、低延迟、可靠连接的需求。模块化、多频段和多通道使得这些方案为车辆和空中平台、指挥部和步兵提供了一种网络中心化的解决方案。


战术无线电传承
数字战术无线电提供了以前在基于模拟技术的传统通信系统中无法获得的一系列能力。尽管全球许多军队仍在使用这些传统系统,包括北约和其他盟友,甚至包括美国的现役、预备役或国民警卫部队。这些传统无线电的存在,很大程度上缺乏与网络关键的数字数据共享和其他对于实现支持者所提出的战场变革至关重要的属性。正如Blumenthal少校在实地演习中所观察到的,“有限的设备意味着有限的效力”。在数字无线电数量有限或合作单位无法获得这种设备的领域,建立集成战术网络(ITN)的效率可能会受到影响。MANET无线电的传播可以超过其LOS,降低网状网络的可能性,并抵消预期的操作增益。
这在联合行动中尤为关注,特别是在数字化装备的部队与具有传统系统的部队之间,特别是在亚太地区,即使是现代化的地面部队在战术层次上仍在使用传统VHF。这并不是要表明这些军队对此漠不关心。事实上,新加坡国防部正在引入新一代的士兵无线电,具备语音和数据通信。同样,菲律宾陆军的Horizon计划已经通过外国军售(FMS)购买了L3Harris Falcon III手持、背负和车载无线电,交付时间为2017年至2019年。澳大利亚一直在推进其Land 2072计划中的全面数字化。
电源问题
供电是一个关键问题,考虑到现代士兵66-110磅(30-50公斤)的装备负荷中多达25%可能是电池(根据美国、英国和加拿大军队的研究)。减少功耗并最大限度地利用低功耗组件一直是关注的焦点。然而,根据赛峰集团的一项研究,降低功耗需求的程度是有限的。因此,人们开始关注低轮廓的可充电电源,包括在野外充电的电源。
这些充电器可以是便携式的“手提箱”样式,比如Bren-Tronics BTC70100,具有8到12个充电容量,或者Thales AV/DC兼容的34号电池模块化批量充电器。这些充电器需要手动放置电池,电力来自车辆、太阳能阵列或其他外部来源。
另一种选择是感应式或无线电能传输(WPT),或无线充电,它利用电磁感应为设备提供电力。在这种情况下,无需将设备或电池对接或插入,只需将其放在充电站的附近或感应垫上即可。骑兵和机械化步兵有一个潜在的优势,即可以利用可靠的电源。事实上,由Safran Electronics and Defense设计的法国步兵作战系统FÉLIN(Fantassin à Équipement et Liaisons Intégrés,集成步兵设备和通信)为每个士兵的FELIN都集成到了车辆中,包括电源。
WiTricity的业务发展总监Jeff Muhs解释说:“为美国国防高级研究项目局(DARPA)设计和开发了概念验证原型。这些原型通过从军用背心传输电力到放在背心口袋中的手持设备,已经成功地进行了演示。美国军队的另一个项目是探讨在车辆座椅背部和士兵穿戴的背心电池之间传输电力的可能性,允许在车辆中坐着时进行充电。”

结论
在战场上交换信息的需求被认为是成功的军事行动中最关键的因素。在过去,通信主要侧重于语音连接,但数据交换正在迅速增长。数字技术有潜力提供信息的无缝流动,不仅在指挥官和士兵之间,而且在硬件之间,理论上可以在无人干预的情况下进行。