Системы связи оперативно-тактического назначения

ВИНИТИ Серия «Вооруженные силы и военно-промышленный потенциал»

№10/200

Тактические цифровые системы связи

В приложении к журналу Jane’s Defence Weekly опубликована статья, в которой описывается разработка зарубежных цифровых систем связи.

Тактические системы связи традиционно включают два основных ком-понента: зональную систему телефонной связи и передачи данных между корпусным уровнем и батальонами и компактную сетевую радиосистему, используемую для местной связи.

Зональные системы, такие например, как Rita и Ptarmigan, работают на УВЧ или микроволновых частотах и могут использовать направленные антенны для создания между пунктами линий связи большой емкости. Ком-пактные системы имеют более свободную структуру и обычно работают в диапазоне ОВЧ, хотя используется и диапазон ВЧ для дальней связи и на местности, где диапазон ОВЧ не обеспечивает качественную связь. Типич-ными пользователями диапазона ВЧ являются разведывательные патрули и специальные войска.

Во многих армиях мира потребность в тактических системах связи весьма высока. В 2000 г. управление перспективных разработок МО США (DARPA) прогнозировало, что к 2005 г. потребность ВС США в связи меж-ду подвижными средствами возрастет на 92%, к 2007 г. – в двухсторонней связи – на 60%. Поэтому спрос на радиооборудование, по-видимому, будет ускоренно расти.

Эволюция создания радиоаппаратуры определяется развитием техноло-гий и спросом пользователей на оборудование, обладающее более высокими характеристиками и меньшей массой. В настоящее время значительное вни-мание уделяется снижению габаритов и массы радиоаппаратуры.

Компонентная технология оказывает большое влияние на габариты, мас-су и потребляемую мощность радиооборудования. В то время как самые ранние транспортируемые военные радиосистемы занимали площадь сто-ла, современные самые маленькие приемопередатчики умещаются в кармане рубашки.

В период с 20-х до середины 50-х годов все радиооборудование (граждан-ское и военное) базировалось на электронно-ламповой технологии и было громоздким, тяжелым и требовало много энергии. Основываясь на этой тех-нологии было трудно удовлетворить гражданские и военные потребности в радиостанциях, переносимых одним человеком. Однако к началу второй ми-ровой войны были разработаны первые практические системы связи типа “воки-токи”.

Многие тогда полагались на суперрегенерацию с целью достижения мак-симальных характеристик от относительно простых схем приемников. В результате получался широкополосный приемник, обеспечивающий относи-тельно небольшое количество каналов.

Во многих отношениях суперрегенерация была тупиковой технологией с точки зрения развития. Единственным путем получения большего коли-чества каналов было использование более сложного и более дорогого супер-гетеродинного приемника. Изобретенный в 1917 г. “супергетеродин” к 30-м годам стал стандартным в гражданской и военной сферах.

Реальный прорыв с точки зрения габаритов, массы и потребляемой энер-гии произошел в 1947 г. в связи с созданием полупроводников.

Начиная с 60-х годов прошлого века твердотельный супергетеродинный приемник обеспечивал радиотелефонную связь и прием данных в режимах AM и ЧМ в диапазонах ВЧ и ОВЧ. К 80-м годам интегральные схемы при-шли на смену транзисторам, которые позволили снизить габариты и массу оборудования до беспрецедентного уровня, а его сложность росла в соответ-ствии с возрастающими требованиями.

В 90-е годы габариты и масса радиостанций уменьшалась, а существова-ние легких сетевых военных радиостанций, работающих в диапазоне ОВЧ, позволило обеспечить ими не только младших командиров, но и отдельных военнослужащих. При этом радиостанции достаточно просты в эксплуата-ции и не требуют специальной подготовки.

Многие тактические радиосистемы включают меньшие по габаритам и массе ручные радиостанции, имеющие такие же характеристики, как более габаритные и тяжелые носимые модели. Максимально приемлемая масса ручной радиостанции составляет 2 кг. Изготавливаются радиостанции мас-сой 1,25-1,5 кг вместе с батарейками и даже менее 1 кг. Когда компания Tadiran Com начала производство радиостанций PRC-710, она маркировалась как самая легкая ручная военная радиостанция, работающая в диапазо-нах ОВЧ/ВЧ в режиме со скачкообразной перестройкой частоты (СПЧ). Ее масса менее 750 г, и все же она обеспечивает цифровое кодирование, ведение телефонных переговоров и передачу данных со скоростью 16 кбит/с.

В начале 2002 г. компания ITT Industries приступила к выпуску ручно-го варианта носимой радиостанции со СПЧ SINCGARS-V. В то время как масса носимого варианта составляет почти 8 кг, ручной вариант Spearhead размером, равным коммерческому сотовому телефону, составляет не более 500 г вместе с батареей и антенной. Литиевая перезаряжаемая батарейка обеспечивает работу радиостанции в течение 12 ч.

Ручные радиостанции могут подключаться к источникам электроэнер-гии автомобиля, снижая тем самым потребность использования батареек, а также к другому оборудованию автомобиля. Это позволяет подключить дополнительную аппаратуру, например усилители ВЧ и НЧ.

Габариты, как и масса, являются проблемой, но миниатюризация огра-ничивается двумя факторами. Одним из них является физический размер кнопок управления, переключателей и дисплеев, которые должны иметь до-статочные габариты, позволяющие использовать радиостанции солдатам в перчатках, надетых в холодное время или для защиты от ОМП. Другим фактором является необходимость наличия батареек достаточной мощно-сти. Идеальной, еще не реализованной, радиостанцией является та, кото-рая питается от легкой батарейки, но обеспечивает достаточную мощность передатчика, необходимую для связи на уровне отделения, и достаточную электроэнергию для работы в течение 24 ч.

Батарейная технология прогрессирует, но медленно. Литиево-ионные пе-резаряжаемые батарейки имеют в 2,5-3 раза большую энергетическую плот-ность и в два раза лучше характеристики, чем никель-кадмиевые батарейки. Военные батарейные технологии используются в гражданском секторе при разработке батарейных источников питания для портативных электронных систем, например для компьютеров типа “ноут-бук” и сотовых телефонов.

Для того, чтобы системы связи были надежными, она должны быть за-крытыми. Это предполагает использование кодирования и скачкообразно-го изменения частоты. Интегральные схемы, дополнительные модули или платы могут обеспечить кодирование. Радиостанция может нуждаться в нескольких уровнях кодирования, например один для собственного исполь-зования, другой – для экспортного варианта.

Скачкообразное изменение частот имеет псевдо-случайный характер, ко-торый выдерживают все участники данной сети и который неизвестен под-слушивающей стороне.

Первые радиостанции со СПЧ были разработаны в конце 70-х годов и работали в диапазоне ОВЧ. Разработка таких радиостанций ВЧ диапазона оказалась более трудной задачей частично из-за ограниченной полосы ча-стот этого диапазона и частично из-за потенциального воздействия неста-бильной ионосферы, которая может привести к значительным изменениям фазовых задержек.

В радиостанциях может быть использована быстрая или медленная СПЧ. Медленная СПЧ реализуется относительно недорого, в течение каждого скачка она позволяет передавать несколько или даже большое количество бит данных, но требует в какой-то форме коррекции или повторной передачи с тем, чтобы восстановить биты, потерянные из-за помех или намеренных постановок помех в любом частотном канале.

При быстрой СПЧ каждый бит передается по нескольким или даже мно-гим каналам и приемник примет несколько “копий” бита. Это дает возмож-ность исключить эффект потери при любом скачке на приемной стороне.

Однако приемник должен поддерживать когерентность частоты и фазы в ка-нале данных во время быстрых сдвигов частоты, необходимых для быстрой СПЧ. Это требование влечет за собой увеличение сложности и стоимости и затрудняет достижение высоких темпов передачи.

Как шифрование, СПЧ становится существенным требованием, особен-но когда покупная цена радиостанции со СПЧ становится сравнимой с ценой радиостанций, работающих на фиксированной частоте в режиме кодирова-ния.

До недавнего времени каждая радиостанция могла программироваться через подключение ее к компьютеру: загрузкой программного обеспечения в полевых условиях или впечатыванием условий работы вручную. В 2001 г. отделение RF Communication компании Harris объявило о разработке “бес-проволочного клонирования” для своих тактических радиостанций серии Falcon II. В результате имеется возможность осуществлять дистанционное и безошибочное программирование всех радиостанций, которые предназначе-ны для работы в данной сети. Это достигается переводом всех радиостанций в режим приема для получения клонирующего сигнала с рабочего места ме-неджера сети.

Все базовые установки, необходимые для работы в рамках тактической сети, могут быть переданы каждой индивидуальной радиостанции, включая значение рабочей частоты, режимы работы модемов (установленные пара-метры, скорость передачи и др.), последовательность СПЧ, тип/ключ коди-рования и требуемый уровень мощности излучения.

Беспроволочное клонирование, предлагаемое в качестве стандартного для новых радиостанций Falcon, работающих в ОВЧ и УВЧ диапазонах, а также во многочастотном режиме, может быть внедрено в результате модер-низации программного обеспечения существующих радиостанций Falcon II нынешнего поколения.

Ранние тактические радиостанции обеспечивали только телефонную связь. Но разработка чрезвычайно стойких систем кодирования, базирую-щихся на дискретной, а не на аналоговой технологии, заставила разрабо-тать радиостанции, способные передавать потоки цифровых данных. Такая возможность теперь используется для передачи других форм дискретной информации, включая телевизионную, в режиме реального времени. Радио-линии ОВЧ диапазона уже используются для передачи информации о целях различным типам систем вооружений.

Радиосистемы последнего поколения могут обеспечить относительно низкие скорости передачи данных, обычно ниже 64 кбит/с для тактиче-ских радиостанций и 2 Мбит/с или менее для магистральных каналов свя-зи. Растущее использование мультимедийности и телеконференций требует значительно больших скоростей передачи данных: более 500 кбит/с для так-тических каналов и 40 Мбит/с или выше для магистральных линий.

Необходимость передачи графиков и мультимедийной информации под-черкивает ограниченные возможности по передаче данных существующими в настоящее время тактическими радиостанциями. С максимальной скоро-стью 9,6 кбит/с радиостанции SINCGARS потребуется лишь 20 мин, что-бы передать изображение размером 1001×1650 пикселов, а системе EPLRS (Enhanced Position Location Reporting System), имеющей максимальную ско-рость 14,4 кбит/с, – только 15 мин.

Проведенные в конце 90-х годов пробные испытания американской спе-циальной группой Task Force XXI показали, что существующие цифровые радиостанции, работающие в режиме передачи данных, имеют проблемы с обеспечением пропускной способности, необходимой на поле боя.

Большинство значимого военного радиотрафика включает информацию: кто оператор, где он находится и какая помощь ему нужна. Радиостанции со встроенным приемником навигационной системы GPS или с интерфей-сом для такого приемника могут сделать многое для снижения нагрузки ра-диооператора. Если приемник GPS позволяет определить местоположение радиостанции, значительная часть передачи сообщения может быть авто-матизирована. Преамбула GPS к каждому голосовому или дискретному со-общению может автоматически показывать информацию о местоположении, позволяя пользователю сконцентрироваться на тактическом содержании со-общения.

Интеграция приемника GPS в радиостанцию создает единое носимое устройство для пользователя, но при этом возникает и риск, что един-ственная неисправность может сделать обе системы единого устройства неработоспособными. Нет достаточного пространства в ручной радиостан-ции для приемника GPS, предлагаемого носимой радиостанции. Но потреб-ности будущей армии, оснащенной цифровыми радиостанциями, вероятно заставляет более широко использовать спутниковые навигационные систе-мы. Американская армия рассматривает желательным наличие GPS во всех радиостанциях передней линии фронта. Великобритания склоняется к обо-рудованию приемниками GPS радиостанций только командиров.

Мультиполосные, многорежимные радиостанции были внедрены в 90-х годах. Некоторые были мультиполосные, некоторые были многорежимные, а некоторые обладали обоими качествами, что означало, что они перекрывали не только одну из стандартных полос ВЧ, ОВЧ, УВЧ диапазонов или что они могли обеспечивать связь с магистральными и зональными сетями, а также могли образовывать двухпунктные линии связи с другими тактическими радиостанциями. Мультиполосные радиостанции облегчали переход с одной формы волны на другую и с одной полосы частот на другую, что исключало необходимость использования большого количества радиостанций.

Инженеры-связисты используют термин “форма сигнала” для описания радиосигнала после его модуляции. Специфические модуляции обеспечива-ют специфические типы передач. Наиболее известными формами сигнала являются AM и ЧМ. Более 40 форм сигналов разработано для специфиче-ских задач военных и для специфического связного оборудования. Например, для телефонной связи, передачи данных, спутниковых систем, для систем “воздух-воздух”, “поверхность-поверхность”, неподдающихся РЭП.

Специальные силы и элитные подразделения получили и освоили муль-типолосные радиостанции раньше других. Командование специальных опе-раций США (SOCOM) сделало заказ примерно на 1 тыс. ранцевых радио-станций PSC-5V компании Raytheon, которые являются мультиполосными и многофункциональными и поставляются с 2000 г. Командование также закупило радиостанции AN/PRC-117F компании Harris.

В сентябре 2002 г. эта компания объявила о том, что она поставила пар-тию радиостанций AN/PRC-117F Великобритании по ее срочному опера-тивному запросу. Эти радиостанции, по словам полковника МО Великобри-тании М. Lithgow, продемонстрировали высокую эффективность в сложных географических условиях в ходе военной операции Enduring Freedom в Афга-нистане. Это был третий заказ Великобритании на ранцевые радиостанции AN/PRC-117F/Falcon П.

Имеются и ручные радиостанции, которые являются мультиполосны-ми и многорежимными. Так радиостанция компании AN/PRC-148/MBITR (Multi-Band Inter/intra-Team Radio) работает в диапазоне частот 30-512 МГц и используется морской пехотой, войсками специальных операций и другими элитными подразделениями США. Командование специальных операций закупило более 4000 таких радиостанций. Она включает семь программируемых устройств, поэтому ее программное обеспечение может совершенствоваться и изменяться. Если необходимо, она может быть запро-граммирована на работу с американскими формами сигнала, например с такими, как SINCGAR SIP и HAVEQUICK П.

Традиционная иерархическая радиосеть оказалась перед вызовом со сто-роны более новой концепции, со стороны гибких и более свободно сконструи-рованных сетей, базирующихся на технологии и протоколах, разработанных для сети Интернет. В армии США тактический Интернет будет обеспечи-вать тактические, мобильные, мультиполосные, многорежимные телефон-ные коммуникации и передачу данных, расширит системы боевого управле-ния армии до бригадного уровня и ниже с тем, чтобы довести данные боевого управления и ситуационную информацию до солдата и орудийной системы. Это достигается подключением радиосистем, как SINCGARS и EPLRS, а также NTDR, используемых на тактических оперативных центрах через трассировщики, которые используют протокол сети Интернет при передаче пакетов данных. Радиостанции SINCGARS и EPLRS работают на дальности прямой видимости, и армия надеется расширить её за счет их подключения к ВЧ радиостанциям, совместимым с протоколом Интернет.

В 2000 г. компания Harris демонстрировала тактический Интернет, ис-пользуя свои радиостанции серии Falcon ОВЧ и ВЧ диапазонов, а также мультиполосные станции. В сеть были включены ранцевые радиостанции нынешнего поколения (ОВЧ, ВЧ и мультиполосные), ВЧ приемопередатчи-ки предыдущего поколения серии Falcon и автоматический трассировщик каналов ALEC (Automatic Link Establishment Controller). Радиостанции, имитирующие базовые станции, работали через посредство персональных компьютеров, а те, которые представляли мобильные станции, были под-ключены через портативные компьютеры.

Сообщения передавались в обоих направлениях между базовыми и мо-бильными станциями. Цифровая видовая информация передавалась мобиль-ной ОВЧ радиостанцией на ВЧ базовую станцию, используя универсаль-ную систему передачи изображений UITS (Universal Imaging Transmission System) компании Harris. По словам главного инженера компании Harris, протокол сети Интернет POP и протокол SMTP электронной почты рабо-тали очень хорошо в тактической обстановке.

Компания Tadiran Com в 2002 г. демонстрировала свою тактическую си-стему Интернет, которая в значительной мере базировалась на имеющейся коммерческой интернетовской технологии. Она предназначалась для исполь-зования на всех уровнях командования, от верхнего эшелона до дивизии, бригады и войск первого эшелона, обеспечивая телефонную связь, переда-чу данных, электронную почту, фототелеграф, сотовую телефонную связь и передачу телевизионной информации.

Система компании Tadiran Com включала контроллеры каналов связи для продвижения данных по протоколу Интернет через аналоговые и ци-фровые радиостанции; тактические трассировщики для обмена информа-цией между радиосетями и локальными сетями; компьютеры; прикладные программы для распространения позиционных данных в тактической си-стеме Интернет, обработки сообщений в реальном масштабе времени и для дистанционного управления и мониторинга радиостанций.

Миниатюризация позволила создать небольшие персональные радио-станции, достаточно легкие и недорогие для того, чтобы снабдить ими личный состав отделения. Первоначально эти персональные радиостанции рассматривались в качестве простых телефонных устройств с относитель-но малой мощностью и поэтому с малой вероятностью перехвата. Ранним примером этой концепции была радиостанция PRR (Personal Role Radio). В армию Великобритании планировалось внедрить 65 тыс. таких радиостанций. Однако различные планируемые модернизации персональных солдат-ских систем, например американской Land Warrior, британской FIST (Future Integrated Soldier Technology) и французской FELIN (Fantassin a Equipement et Liaison Integree) расширили требования к персональным радиостанци-ям, и они должны обеспечивать телефонную связь, передачу данных и даже видеоинформацию.

Хотя такие требования могут привести к увеличению стоимости радио-станции по сравнению с предполагаемой ранее, коммерческие освоенные тех-нологии могут исключить такую тенденцию. Одним из возможных решений могут быть более эластичные и более производительные, с высокой стой-костью кодирования варианты гражданской персональной системы связи TETRA (Terrestrial Trunked Radio). Одобренная и опубликованная Евро-пейским институтом коммуникационных стандартов (ETSI) в 1966 г. ра-диостанция TETRA предназначалась в качестве системы закрытой связи мобильного доступа, обеспечивающей высококачественные одновременные дуплексную голосовую связь и передачу данных при скорости 28,8 кбит/с как для частных, так и для профессиональных организаций, таких как, на-пример, чрезвычайные службы. Возможности станции включают одновре-менный кодированный телефонный разговор и передачу данных; передачу видеоизображений в движении; мобильные Интернет-связи; автоматическое определение местоположения автомобиля, на котором она установлена; эф-фективный произвольный доступ к центральным базам данных.

Реальная отдача от крупномасштабного использования тактических ра-диостанций придет тогда, когда отдельный солдат будет подключен к ци-фровым системам связи, действующим на поле боя. Армия США определяет цель своей программы оцифровывания как “применение технологии для по-лучения, обмена и своевременного использования информации, горизонталь-но и вертикально интегрированной, для создания общей картины поля боя от солдата до командира”.

Если это будет успешным, то каждый солдат на поле боя и за его пре-делами будет знать свое местоположение, местоположение своих подразде-лений и известных подразделений противника, а также то, что делают все эти подразделения. Такая ситуационная осведомленность позволит относи-тельно небольшим силам нанести поражение большим силам противника.

Однако для того, чтобы достичь этого, масса нового электронного обору-дования должна быть минимальной. Многие нынешние пехотинцы считают, что им приходится переносить слишком тяжелую нагрузку, и они вряд ли будут приветствовать дополнительную нагрузку в виде новых цифровых си-стем связи с запасными батарейками. Радиостанция используется, когда она носится; если солдат ставит вопрос о чрезмерном весе и полезности данного оборудования, он может бросить его на поле боя.

Несмотря на использование технологии интегрированных схем, совре-менные радиостанции все еще выполняют три отдельные функции: с помо-щью антенны принимают нужный сигнал; усиливают его до необходимого уровня; демодулируют сигнал для получения переданной информации.

Хотя эти функции в значительной мере выполнялись аналоговой элек-троникой, с 70-х годов цифровая технология и программное обеспечение мед-ленно входили в тактические радиостанции. В то время как радиостанции армии США SINCGARS имели некоторые возможности на базе программ-ного обеспечения, более позднее, например AN/PRC-117F компании Harris, конструировались как программируемые, что позволяет модернизировать их в соответствии с новыми требованиями после принятия на вооружение.

Функции непрограммируемых цифровых радиостанций определяются специфическими интегральными схемами или другими стандартными мо-дулями. Модернизация радиостанции или модификация ее функций или оперативных режимов работы требуют физических изменений, что является задачей изготовителя или специализированного субподрядчика. Программи-руемые радиостанции могут совершенствоваться, модернизироваться поль-зователем.

К началу 90-х годов успехи в сфере стандартных процессоров, процес-соров для цифровой обработки сигналов (DSP) и взаимозаменяемости про-граммного обеспечения сделали возможной разработку радиостанции, кото-рая не так зависима от архитектуры оборудования и может согласовываться с открытой архитектурой. После преобразования принятого сигнала в ци-фровую форму на самой ранней практически возможной стадии радиостан-ция такого типа может использовать программное обеспечение для исполне-ния большинства своих функций. В программируемой радиостанции формы модуляции и демодуляции определяются программным обеспечением.

Базирующиеся на программном обеспечении радиостанции стали воз-можными благодаря объединению нескольких различных электронных тех-нологий, включая:

– повышенную скорость и мощность используемых процессоров, что позволило использовать высокоскоростные процессоры обработки сигнала (DSP) в качестве программируемых модемов;

– улучшенную технологию преобразования сигнала из аналоговой фор-мы в цифровую (ADC);

– разработку целевого программирования, позволяющего иметь про-граммное обеспечение, независимое от самой станции.

Программируемая радиотехнология позволяет делать усовершенствова-ния или повышение характеристик без корректировки аппаратуры самой радиостанции. Она позволяет также конструкторам использовать настраи-ваемую аппаратуру и формировать ее возможности выбором программного обеспечения, подходящего для решаемых задач, точно также как стандарт-ный ПК может выполнить многие функции по желанию оператора в зави-симости от выбранной программы, имеющейся в его программном обеспе-чении.

Эта гибкость имеет важное значение, поскольку скорость, которую обес-печивает технология, особенно в области конструирования радиостанций, означает, что нормальный военный цикл разработки, развертывания и мо-дернизации на среднем этапе стал непрактичным. Радиостанции часто уста-ревают к тому времени, когда изготовлен первый комплект. Это означает, что системы необходимо конструировать таким образом, чтобы их было легко модернизировать с учетом новых технологий в течение всего цикла эксплуатации. Ясно, что изменение программного обеспечения имеет пре-имущество перед аппаратным изменением.

Программируемые радиосистемы дают также возможность замены мно-гочисленных систем связи, сконструированных за несколько последних де-сятилетий и удовлетворяющих разнообразным оперативным требованиям, одной интегрированной системой позволяющей проводить модернизацию и совместимой с более ранними разработками.

Когда различные радиосети должны быть объединены вместе, напри-мер при коалиционных операциях, решением могут быть программируемые радиостанции, которые могут быть запрограммированы на любую форму сигнала, необходимую для связи с другими радиостанциями. В противном случае ситуация может быть тупиковой.

Программируемые радиостанции неизбежно значительно более сложные, чем их аналоговые эквиваленты. Но низкая стоимость интегральных схем и небольшое число комплектующих частей в таких радиостанциях делают их концепцию приемлемой по принципу “стоимость-эффективность”. Посколь-ку цифровые схемы и программное обеспечение позволяют организовать их прецизионное серийное производство, изготавливаемые радиостанции обла-дают большой точностью функционирования и не нуждаются в трудоемком подстроечном процессе, традиционно выполняемом в процессе изготовления и технического обслуживания радиостанций, базирующихся на физических аналоговых схемах.

Неизбежно, что создание программируемых радиостанций связано с весьма трудными технологическими проблемами. Одной из главных про-блем является разработка высокопроизводительных аналого-цифровых пре-образователей (ADC) и цифро-аналоговых преобразователей (DAC). В иде-альном случае программируемая радиостанция производит аналого-цифро-вое преобразование “по прибытию”, т. е. с выхода антенны приемника, и это позволяет выполнять все приемные функции в цифровом режиме.

Одной из проблем, стоящих перед конструктором программируемой ра-диостанции, является то, что цифратор, необходимый для преобразования сигналов из аналоговой формы в цифровую, должен удовлетворять одно-временно двум требованиям. Он должен иметь большой динамический диа-пазон с тем, чтобы быть в состоянии обрабатывать сильные сигналы, и поддерживать спектральную чистоту, уменьшая нежелательные шумы и паразитные сигналы. Это требует большого количества бит разрешения. Одновременно цифратор должен иметь большую скорость выборки с тем, чтобы обслуживать широкую полосу частот. Аналого-цифровой преобразо-ватель должен иметь скорость выборки по крайней мере в два раза выше полосы частот, которая подлежит переводу в цифровой режим. Поэтому тра-диционный диапазон ОВЧ 118-136 МГц, шириной 18 МГц требует скорость выборки по крайней мере 36 МГц. Эти два параметра имеют универсаль-ную зависимость, поэтому улучшение одного может быть достигнуто за счет ухудшения другого.

Одним из способов избежать неприемлемо высоких скоростей выборки является предварительная обработка радиосигналов, сокращая их полосу частот с помощью фильтров, отбирая только небольшой диапазон частот, который сравним с максимальной полосой выборки преобразователя АДС. Другой путь – преобразование сигналов в более низкую промежуточную ча-стоту, получая гибрид гетеродинного и DSP приемника. Аналого-дискретный преобразователь может дискретизировать промежуточный сигнал и на-править его в DSP для канального фильтрования и демодуляции. На практи-ке промежуточная полоса ограничивается имеющейся производительностью процессора DSP, и поэтому она может быть разделена между несколькими процессорами, используемыми одновременно для демодуляции ряда радио-каналов.

Сохранение некоторой аналоговой радиочастотной электроники увели-чивает габариты, массу, потребляемую мощность, но ADC технологии, ко-торые в настоящее время разрабатываются, могут позволить осуществлять аналого-цифровое преобразование сигнала, получаемого от антенны. Аль-тернативой может быть новая технология Micro Electromechanical System, которая может компенсировать привносимые недостатки современными пре-образователями ADC, связанные с увеличением габаритов, массы, потребля-емой энергии.

Программируемые радиостанции по своей природе требуют компьютер-ной обработки. Цифровая обработка может осуществляться процессорами обработки общего назначения или специализированными DSP. Процессоры общего назначения обеспечивают мобильность программного обеспечения и более легкую модернизацию, но специализированные DSP могут потребо-ваться там, где необходимо обеспечить высокие характеристики.

В программе JTRS (Joint Tactical Radio System) дается несколько опреде-лений “дискретной радиостанции”. Самое краткое и без всяких условностей

следующее: программируемой радиостанцией является станция, в которой дискретизация происходит в антенне, и вся обработка сигнала осуществля-ется программным обеспечением с использованием высокоскоростных про-цессоров.

В 1993 г. командование электронных систем ВВС США провело испыта-ния опытного образца программируемой радиостанции SPEAKeasy I. Стро-го говоря, это был лабораторный макет, имеющий значительные габариты, в котором использовались уже готовые коммерческие схемные платы. Ис-пытания показали, что одна радиостанция под управлением программного обеспечения может работать в двух различных полосах частот и использо-вать две различные “формы волны”, таким образом может быть связующим звеном между двумя несовместимыми радиостанциями.

Следующая радиостанция компании Motorola SPEAKeasy II, испытанная в 1996-1997 гг., показала что наземные тактические посты управления авиа-цией, используя ручные с формой волны радиостанции SPEAKeasy II могут поддерживать связь с тактическими самолетами, оборудованными бортовы-ми радиостанциями HAVEQUICK.

Современное видение армейской программы JTRS заключается в семей-стве программируемых радиостанций, способных поддерживать связь друг с другом и с сотнями различных унаследованных радиостанций, которые они заменят. Построенные на общей открытой архитектуре, радиостанции JTRS улучшают оперативную совместимость даже с радиостанциями, изго-товленными на другой физической основе.

Международное участие в программе SPEAKeasy I было ограниченным, но начиная с 1993 г. параллельно с ней велась международная програм-ма FM3TR (Future Multiband Multiwaveform Modular Tactical Radio). В рамках этой программы использовались опытные образцы радиостанции SPEAKeasy I и SPEAKeasy II, и это помогло европейским государствам осознать потенциальную ценность новой технологии.

Программа FM3TR позволила разработать программируемые радио-станции в странах-участниках, которыми были Франция, Германия и Ве-ликобритания. Первая демонстрационная связь между американскими и британскими радиостанциями была успешно осуществлена в США в ию-не 1998 г.

В рамках программы ATLANTIC PAW (Advanced Transmission Language and Allocation of New Technology for International Communications and the Proliferation of Allied Waveforms), группа FM3TR разрабатывает общий международный формат сигнала, который мог бы быть использован для внедрения новых форматов на различных международных платформах.

Информационный отдел исследовательской лаборатории ВВС США ра-ботает совместно с Францией, Германией и Великобританией в разработ-ке радиостанции FM3TR. В мае 2002 г. сотрудники отдела передали и приняли сигналы радиостанции FM3TR, используя испытательный стенд вновь разработанной системы SRDS (Software Radio Development System). Отдел считает, что значимое достижение, поскольку новая радиостан-ция включает операционную систему с открытым источником, функцио-нирующую с перспективными компьютерами перестраиваемой конфигура-ции и с перспективными радиочастотными модулями управления DARPA. Отдел использует указанный испытательный стенд для разработки про-граммного обеспечения для компрессии видеоизображений в реальном мас-штабе времени, что позволит использовать сдвоенные видеоканалы через эфир.

Несколько стран НАТО разрабатывают программируемые радиостан-ции, которые могут сравниваться с американской JTRS.

Однако массивные инвестиции, уже сделанные в такие системы, как Bowman и PR4G означают, что новые цифровые радиостанции могут заку-паться относительно медленно, вероятно, темпами, определяемыми стрем-лением быть совместимыми с американскими войсками в ходе коалиционных операций.

В то время как DSP технология может быть полезной для улучшения характеристик приемников, пользователи должны быть уверены в том, что она в равной степени применима в сфере радиоэлектронной разведки, спо-собствуя созданию приемных систем в большей степени отвечающих бу-дущим требованиям РЭБ. Например, канадский исследовательский центр связи (CCRC) и исследовательская организация МО в Оттаве использовали алгоритмы процессоров DSP на базе персональных компьютеров и модуль-ную системную архитектуру, базирующуюся на имеющемся коммерческом оборудовании для разработки радиосистемы для введения спектральной раз-ведки.

В настоящее время перекрывается полоса частот от 20 МГц до 3 ГГц. Высокий динамический диапазон достигнут в диапазоне шириной 5,5 МГц, используя преобразователь ADC с частотой выборок 20 млн/с, с динами-ческим диапазоном 110 дБ. Дискретный сигнал промежуточной частоты трансформируется через скоростную последовательную шину от преобра-зователя на ПК, который играет роль ведущего узла вычисления для про-цессора DSP и может хранить отселектированные сигналы и их данные для последующих автономных анализов.

У сигналов, представляющих интерес, определяется тип модуляции и такие технические параметры, как мощность, несущая частота, отношение сигнал/шум, величина скорости передачи информации и занимаемая сигна-лом полоса частот. Результаты представляются оператору системы через графический интерфейс и записываются в память в формате сжатия для последующих анализов. Большое число приемников может быть синхрони-зировано для широкополосного направленного поиска.

Планируемые армией США будущие системы связи FCS будут переда-вать изображения и данные от многочисленных датчиков для поддержа-ния ситуационной осведомленности. Такая задача потребует высоких тем-пов передачи данных. Современная тактическая сеть Интернет не может достичь сопряжения или высоких передающих скоростей, которые армия США хотела бы иметь в будущем. Однако в рамках программы перспек-тивного технологического демонстратора MOSAIC (Multifunctional On-the-Move Secure Adaptive Integrated Communications) предполагается создать сетевую систему, которая будет способна обрабатывать данные со скоро-стью от 56 кбит/с до 15 Мбит/с, в зависимости от дальности. Ожидается, что к 2004 г. эта система будет продемонстрирована в составе 15-20 узлов, способных обеспечивать связь на дальностях от 100 м до 100 км между узла-ми.

Как и Интернет, система MOSAIC будет самовосстанавливающейся, ко-торая не выйдет из строя, если некоторые ее узлы не будут функциони-ровать. Сообщения будут автоматически перемаршрутизированы и надеж-но поступать к своим адресатам назначения. Скорости передачи, равные 100 Мбит/с, вряд ли будут достигнуты в полевых системах раньше начала следующего десятилетия.

В рамках программы SUO-SAS (Small Unit Operations Situational Awareness) управления DARPA рассматриваются коренные технологии фор-мирования “информационного пространства” вокруг солдат, которые позво-лят им осуществлять передвижение на территории противника и планиро-вать свои действия в масштабе реального времени.

Солдаты будут нести ранцевое программируемое радио/компьютерное устройство, которое позволит им определять местоположение и передвиже-ние своих сил и сил противника, лучше координировать и планировать свои действия. Это оборудование будет включать широкополосную, адаптивную, программируемую радиостанцию, использующую формы сигнала, обеспе-чивающие малую вероятность перехвата, и современные сетевые протоко-лы, которая способна вести обработку данных со скоростью от 10 бит/с до 4 Мбит/с.

В системе SUO-SAS будет использоваться прямая последовательность распределенного спектра, а не скачкообразное изменение частоты, она смо-жет изменять свой темп кодирования, передачи данных, мощность и частоту для каждого передаваемого пакета, выбирая собственные частоты, марш-рутизацию и протоколы с целью обеспечения наилучших характеристик в трудных условиях, включая боевые действия в условиях города.

Ожидается, что система SUO-SAS будет включать новую систему опре-деления географических координат, предназначенную для ограничительных ситуаций, например, при ведении боя в городе или в джунглях, где спутни-ковая система GPS может обеспечивать такие данные недостаточно хорошо. Новая система будет базироваться на весьма точной двусторонней дальномерной радиосистеме, которая должна определять местоположение солдата в пределах 1 м.

Боевые действия в городе предъявляют жесткие требования к радиоси-стемам войск первого эшелона, поскольку здания могут нарушать линию прямого видения, необходимую для поддержания линий связи. Аналогичные трудности имеют место в горной местности. Израильские войска встрети-лись с этой проблемой во время недавних операций в застроенных районах арабских городов и лагерях беженцев.

Израиль разрешил эту проблему с помощью БПЛА, совершавших по-леты над боевой зоной и игравших роль воздушных ретрансляторов. Уве-ренная в том, что, возможно, придется действовать в аналогичных услови-ях, американская армия рассматривает вопрос использования БПЛА и даже спутниковых систем связи для трансляции наземных сообщений, передава-емых из одного пункта в другой.

Сетевые системы, подобные системе MOSAIC, могут быть жизнеспособ-ной альтернативой воздушным линиям передачи данных, производя пере-маршрутизацию сообщений в данной сети, пока они не достигнут адресатов, не находящихся на прямой линии видимости от отправителей. В некоторой мере такая возможность есть у существующей системы EPLRS, каждая ра-диостанция которой может устанавливать связь с 30 другими станциями.

Требование мобильности включает два пункта: одним является необ-ходимость того, чтобы индивидуальные радиостанции были бы малогаба-ритными и легкими, как это только возможно, другим пунктом – необ-ходимость учитывать тот факт, что в отличие от коммерческой сотовой технологии вся система в целом должна быть мобильной.

В то время как коммерческая технология сотовых телефонов может по-казаться очевидным ответом на проблемы размеров, массы и мобильности, сотовые системы с тактической точки зрения имеют два недостатка: их базовые станции стационарные, а переговоры очень слабо засекречены. В тактической сфере мобильными являются пользователи и инфраструктура системы связи.

Несмотря на это, массовое использование сотовых телефонов привело к снижению стоимости оборудования и расширению зоны обслуживания до та-ких уровней, когда эта техника становится, по-видимому, привлекательной для военных пользователей. В рамках информационной программы на поле боя BITS (Battlefield Information Transmission System) армия CIIIA провела эксперименты с такими коммерческими коммуникационными технологиями, как асинхронные коммутаторы ATM (Asynchronous Transfer Mode), спутни-ки прямого вещания и цифровые сотовые телефоны.

Некоторые компании уже предлагают радиокоммуникационные системы для КП/ПУ, базирующихся на технологии DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunications), а в некоторых армиях использование сотовых телефо-нов становится привычным. К сожалению, современные сотовые телефоны имеют крупный недостаток с точки зрения безопасности: позиция пользова-теля может быть обнаружена путем определения, через какую ячейку сети была установлена связь. Уже имеются свидетельства того, что именно эта возможность привела к срыву некоторых военных операций Израиля. Армия Великобритании запретила использование сотовых телефонов во время всех действий в полевых условиях.

Однако интересы коммерческих служб, которые подчеркивают свою под-держку мобильным пользователям, обеспечению голосовой связи и передачи данных, безопасности связи и будущей непроницаемости, очевидно, совпа-дают с интересами военных пользователей. МО США, представляя планы по системе JTRS, признает, что разрыв между требованиями министерства и требованиями к коммерческим радиостанциям в какой-то мере сократил-ся. Это дает МО США возможность содействовать развитию коммерческого рынка, продолжая удовлетворять свои уникальные требования.

Военные сети связи высокого уровня также нуждаются в модерниза-ции. Крупнейшие из них армейская MSE (Mobile Subscriber Equipment) и объединенная система тактической связи TSTC (Tri-Services Tactical Communication). Эти системы будут, начиная с 2008 г., заменяться си-стемой WIN-T (Warfighter Information Network-Tactical), а существующая система MSE будет усилена для обеспечения возможностей переходного пе-риода. Представляемая как многоуровневая с высокими возможностями сеть связи, которая будет формировать базис для будущей тактической инфор-мационной системы, архитектура системы WIN-T была утверждена в ян-варе 1996 г., а проект оперативных требований был утвержден в апреле 1998 г. Однако программа была дополнена требованиями обеспечения мо-бильной связи и совместимости с системами сил специального назначения. Новые требования и запрос о предложениях по первому этапу разработки были опубликованы в начале 2002 г. Система WIN-Т предназначена для поддержки FCS подразделений и будет базироваться на коммерческих си-стемах связи и информационной технологии. Она обеспечит телефонную связь, передачу данных и видеоизображений, используя радиотелефоны, ком-пьютеры и видеотерминалы, обеспечивая связь между системами на поле боя, воздушными и космическими системами, а также другими военными сетями и ресурсами, находящимися на пределами театра военных дейст-вий.

Армия США заключит два контракта на разработку системы и ее де-монстрацию, каждый стоимостью 75 млн. долл. Компании Lockheed Martin Mission Systems, General Dynamics C4 (Command, Control, Communications and Computers) и TRW выразили интерес к конкурсу на право быть голов-ными подрядчиками программы.

В Великобритании армия планирует реализовать такую же программу с целью замены магистральных систем связи, которые были разработаны в конце 70-х годов. Предложенная система магистральной связи FTTCS (Future Tactical Trunk Communications System) может базироваться на тех-нологиях TETRA.

На рынке радиооборудования одним из самых неопределенных вопросов, связанным с тактическими системами связи, является вопрос смогут ли про-граммируемые радиостанции выиграть заказы, которые в противном случае получат изготовители традиционного оборудования.

Хотя британская армия намерена приступить к реализации програм-мы замены своих устаревающих и требующих значительного технического обслуживания радиостанций компании Clansman новой и значительно за-паздывающей системой компании Bowman, это, вероятно, будет последним случаем, когда ведущее государство будет переоснащать свою армию пол-ностью новыми радиостанциями в рамках одной программы.

Будет ли стоимость принятия на вооружение действительно многофунк-циональных и многорежимных радиостанций рассматриваться пользовате-лем оправданной, остается вопросом. Также, как при покупке современных ПК важно то, чтобы компьютер продолжал использоваться в течение не-скольких лет, несмотря на быструю возможность приобретения скоростных и производительных компьютеров, стоимость программируемых радиостан-ций может сделать непрактичным для пользователя переход к использо-ванию радиостанций с большими возможностями в обозримом будущем. Возможно, что пользователи могут склониться к такому решению, кото-рое представляется более надежным – к использованию самых последних вариантов традиционных однополосных радиостанций. Менее чем за десяти-летие персональные компьютеры с печатающими программами вытеснили относительно недорогие пишущие машинки. Вытеснят ли программируе-мые радиостанции современные тактические радиостанции? Последующие несколько лет могут определить характер тактических радиостанций, кото-рые появятся в ближайшем будущем.

Jane’s Defence Weekly Editorial Supplement.- 2002 .- 16 October.- P. 2-15.