研制中的数字化武器装备

研制中的数字化武器装备_科技发展与战争形

信息化战争是人类主动设计的战争形态!因为，这种战争不是以自然战场作为基本依托，而是以人工建造的数字化战场作为基本依托;这种战争实施的情形，不再是过去那种“有什么装备打什么仗”的情形，而是先设想好要打什么样的仗，再研制出相应的武器装备，最后采取相应的作战行动。数字化武器装备是进行信息化战争的基本工具，和传统战争(特别是机械化战争)中军队的武器装备相比，数字化武器装备所具有的最根本特点，就是武器装备自身具有了信息收集、信息生成、信息处理、信息利用、信息传输方面的特定能力，不需要武器装备操作者在使用过程中对其进行全过程、不间断的操控。以美国陆军数字化师为例，目前已正式装备部队使用和正在研制中的这一类武器装备主要有以下几种。

一、数字通信设备

数字通信所传送的信号类型，主要有编码话音信号、数据、电报、遥测信号及图形、图像和视频信号等。在数字通信设备中，有两项基本技术——数字调制技术和数字编码技术。所谓数字调制技术，是指在信号脉冲之间的时间间隔内填充其他不同信号的技术。运用了数字调制技术的通信设备，将具有传输大容量数据的能力。所谓数字编码技术，是指通过对信号脉冲进行编码组合来传递信息的技术。运用了数字编码技术的通信设备，将具有较强的抗噪声干扰、抗相邻信道干扰与抗信号失真、衰减的能力。全面利用数字通信设备在战场上来传输信息，可大幅度地提高信息的传输速率，在战斗部队、作战单元等相互之间实现实时地交换信息。美陆军数字化师已采用的数字通信设备主要有:

1．各种各样的调制解调器

调制解调器是数字化通信设备的接口装置，是航空兵与野战炮兵、装甲兵之间，空军与陆、海军部队之间，进行数据通信、实现横向连接的关键性设备。它由调制器和解调器两部分组成。其中，调制器的作用是，把本来无法传送的信号“搭载”在另外一种可以传送的信号上，一起发送出去;而解调器的作用，则是从两个叠加在一起的信号中，把所需要的信号“分拣”出来。当前，调制解调器已经被人们广泛地应用于计算机通信领域中，其技术也进入了成熟阶段。

由于计算机只能处理数字信号，而一定距离之间的计算机通信又必须使用模拟信号，因此，要实现计算机间的通信，就需要在发送信号的一端，先通过调制器把计算机输出的数字信号变换成适合于通信传输的模拟信号，再由通信设备发送出去;在接收信号的一端，则需要经过解调器，先把利用通信设备接收到的模拟信号恢复成数字信号，再将该数字信号注入计算机进行处理，并把处理结果以数据、声音、图像等多种形式输出给用户。针对这一过程中涉及数字信号与模拟信号两次转换的具体情况，专业人士将这一过程称为“数—模”和“模—数”转换的调制与解调过程。因为调制和解调工作是任何一台进行通信的计算机必不可少的工作，所以，工程技术人员将完成这两种工作的设备集成到一起，并以“调制解调器”来对其予以命名。

数字化部队通过大量使用调制解调器，才使得其各部队、各作战平台(单元)所装备的计算机之间，能够进行情报传递和数据通讯，从而实现信息资源共享。像各种集线器、路由器、网关、网桥以及无线电台网络控制站等，都属于调制解调器类设备。目前，在数字化师属AH－64D“长弓·阿帕奇”攻击直升机、OH－58D“基奥瓦勇士”武装侦察直升机和航空兵战术作战中心内，都装备了改进型数据调制解调器。通过改进型数据调制解调器，可实现陆军航空部队与地面数字化平台之间有关目标或战场态势感知信息的传输。

2．“辛嘎斯”单信道地面与机载无线电系统(SINCGARS)

该系统是一种甚高频——调频制式的跳频无线电台，工作在VHF(30～88 MHz)频段，主要被使用于陆军的主要战斗网络之中。其核心是一个跳频、保密、便携式接收器/发送器(R/T)，为实现与老式电台间的互操作，可工作在单信道模式上。这种无线电台主要适用于通话，但也具有一定的分组数据通信能力。其设计的首要功能是为陆军旅和旅以下部队的步兵、炮兵、装甲兵作战单元提供机动中的话音和数据传输，也可满足其他不能利用移动用户设备的低级梯队的通信需要，传输速率为75b/s～16Kb/s，通信距离可达8～35千米。它具有较强的保密和抗干扰能力，即使面临敌方电子战的严重威胁，也能够保持通信联络的畅通。

装备部队后，为更好地适应数字化战场建设的需要，美陆军一直在推行对“辛嘎斯”系统的改进计划。目前，主要推出了两种改进型产品:

第一种是“辛嘎斯”SIP。这一产品对“辛嘎斯”系统进行了大量改进，虽然体积与前者相同，但是采用了Reed－Solomon前向纠错技术、高速数据传输、信息包技术和互联网控制器(INC)，使传统的战斗网络话音无线电台具备了IP分组数据传输能力。其中，互联网控制器是“辛嘎斯”SIP的关键部分，它提供了“辛嘎斯”甚高频电台与其他互联网控制器之间的接口，使它具备了为战术互联网提供数据通信的能力。互联网控制器是由软件控制的通信处理器，通过异步方式连接路由器与电台模块，为协议转换提供可编程接口，实现无线子网内的路由控制与IP报文的转发。互联网控制器被集成在“辛嘎斯”SIP的车载放大器——适配器内，是一个4端口数据路由器，其中的两个端口用于连接“辛嘎斯”SIP电台、一个端口用于连接一台主机、另一个端口用于连接增强型定位报告系统(EPLRS)的无线电装置或战术多网网关或第二台主机。在战术互联网中，各通信车内部通过集线器相互连接构成一个有线局域网，通信车与通信车之间则通过路由器和互联网控制器接入无线信道，实现各子网之间的互联互通。

第二种是“辛嘎斯”ASIP。该产品是一个在“辛嘎斯”机载电台基础上开发出来的新型的便携式无线电台。与原型电台相比，不仅体积和重量均大为降低，而且提高了通信的可靠性，融入了可编程数字信息处理技术，提供了数据重传特性并采用了快速信道接入协议，使两个或多个“辛嘎斯”无线电台之间可以互联以支持数据的中继转发，利用了低耗电技术，使电池的供电时间和寿命得到了延长。

3．近期数字无线电台(NTDR)

这一电台是美陆军现装备的最新型的数字无线电台，可在终端用户之间传输指挥控制和态势感知信息与数据，是数字化师指挥系统中数据通信的骨干设备。它为营指挥所与旅指挥所之间的数据发布提供了主要的宽带波形通信网络。作为一个从陆军内部的战术互联网向联合战术无线电台过渡的设备，该系统能够完成在战术互联网内的关键节点之间建立大容量数据网络的近期需求。

近期数字无线电台工作在UHF波段(225～450兆赫)，离散调幅梯级为0.625兆赫，传输数据经加密、前向纠错编码和检测编码后，被调制到射频载波上发射，理论上的数据传输速率可高达200kb/s，作用距离为10～20千米。采用8兆赫的伪码速率进行直接序列扩频，具有在多路径传输、干扰和敌方拦截情况下稳定通信的良好工作性能。

近期数字无线电台支持局域网和串行接口(RS－423异步、RS－422同步和异步)。其接口可与“辛嘎斯”、移动用户设备/战术分组网络系统和增强型定位报告系统的数据网络进行无缝连接，是一种采用开放体系结构的网络无线电台。

此外，近期数字无线电台还嵌入了GPS接收机功能，可以自动提供自身的定位报告，并能在全地形环境下自动建立和更改数据传输路径，实现移动通信、进行终端管理。

近期数字无线电台主要部署在营或旅指挥官的作战指挥车(BCV)、指挥控制车(C2 V)、作为战术作战中心的M1068履带车和配有陆军机载指挥控制系统(A2 C2 S)的UH－60“黑鹰”直升机上。为确保旅能成功地实施数字化作战，旅通信军官需建立NTDR网络，用以支援旅作战计划或作战命令。

NTDR网络由若干个独立的簇网络和一个连接各簇网络的骨干网络组成。从结构上看，它是一个以簇网络为基础的两层分级网络。簇网络由一个簇头结点和若干簇内成员结点组成。其中，簇头结点负责收集簇内成员结点的信息，并与外部其他簇网络的簇头结点交互路由信息。只有通过簇头结点，本簇内的成员结点才能够与外部其他簇网络中的成员结点进行通信。NTDR网络具有自组织功能，能够自动地选举出多个簇头结点，并以簇头结点为中心形成小型的按地域划分的簇网络。每个簇网络都指定一部NTDR设备充当簇头结点，簇内成员结点都在距离簇头结点一跳的范围之内。簇头结点负责维护所在簇网络的拓扑，簇头结点之间构成骨干网络，簇头结点之间的通信使用开放最短路径优先(OSPF)路由协议。

在NTDR网络内，终端对终端的路由是基于IP协议建立起来的。在实际作战过程中，各机动作战营内的各作战单元形成一个簇网络，各营的簇网络之间，以及各营的簇网络与旅战术作战中心的簇网络之间，都通过骨干网络连接起来。

4．单信道抗干扰便携终端(SCAMP)

单信道抗干扰便携终端是一种卫星通信终端，列装在旅、师级部队，以固定模式工作。它能为参战士兵提供便携式、保密、抗干扰的通信手段。该设备与军事战略战术中继(MILSTAR)的卫星通信系统相配合，可为话音与数据传输提供强大的抗干扰保护(在传输过程中信号的可截获概率和可探测概率均比较低)。该终端可与移动用户设备系统(MSE)和“辛嘎斯”单信道地面与机载无线电系统等联通，以选择性、点对点广播模式工作在极高频波段，进行数据与话音信息的低速传输和接收。另外，它还具有播叫功能，可扩展现行战术互联网的作用范围。

5．“烈性者”(SPITFIRE)无线电台

该电台是一种便携式卫星通信/视距通信的卫星终端，工作在UHF波段(225～450兆赫)，具有嵌入式通信保密(COMSEC)和窄带话音通信功能，还可进行话音与数据的视距通信。可为军、师的战斗网络提供指挥控制，也可以保障陆军特种作战部队的指挥控制。当配有互联网控制器的“烈性者”无线电台以中继模式工作时，可以支持战术互联网的超视距扩展。

6．保密型移动式抗干扰可靠战术终端(SMART－T)

该设备是军事战略战术中继(MILSTAR)系统中的极高频卫星传输与接收终端，列装在师、军级部队。它的主要任务是为陆军师、军级的移动用户设备系统(MSE)提供多信道、近全球性的联通性。具体作用为:保障军和军以下部队与其他军种MINSTAR系统终端间的特殊突发行动和通信的支援;向战术指挥官提供保密、抗干扰、低可截获与可探测、远程、双工、点对点的网络话音、数据、图像通信;提供超地平线(OTH)信息传输手段。同时，它还能够增大指定的MSE节点中心、大扩展节点(LEN)、小扩展节点(SFN)和远程接入单元(RAU)的作用范围。在作战过程中，该终端的全部设备可以装入一辆高机动性、多用途的轮式车辆中，能够按需要实施高速机动，并可在激烈的电子战和核、生、化环境下生存和正常运行。

7．旅用户节点(BSN)

旅用户节点主要由三个部分组成:方舱式组件、旅远程用户业务系统和网络管理客户端/服务器。其中，方舱式组件安装在一个制式、刚性的方舱内，能提供一体化的话音/数据/视频交换、网络业务和视距无线电台;旅远程用户业务系统，通过利用传输系统或光纤电缆扩展了用户业务(话音/数据/视频)的作用范围;网络管理客户端/服务器，整合了有关软件工具，既可有效管理旅用户节点本身，也可有效管理指挥所广域网(WAN)或局域网(LAN)。

旅用户节点通过使用商用交换机与路由器为师战术互联网提供移动通信交换与传输，其信号传输通过卫星链接或大容量视距无线电台提供。旅用户节点的话音用户业务，使用专用的分组交换机(PBX)和专用电信交换机(PTS)，既可与综合业务数据网(ISDN)相连接，也可以提供模拟业务。旅用户节点可提供动态带宽分配，其所有业务均基于互联网协议。旅用户节点为每个用户分配有一个属于自己的电话号码。

8．联合战术无线电台系统(JTRS)

这是美军当前正在努力开发的下一代无线电台设备。按照设想，JTRS是一种工作于2兆赫～2吉赫频段、能够兼容传统无线电台的软件定义无线电台。

所谓软件定义无线电台，是指通过使用软件波形应用程序来设定所属硬件的相关能力、具有能仿真任何现有无线电台功能的无线电设备。软件定义无线电台类似于一台计算机，在其微处理器上运行的软件系统(程序)控制着整个设备的工作频率、调制方式、带宽、安全机制和波形需求。它能够适应各种物理层次的格式和协议要求，将所有形式的模拟无线电信号转换成相应的数字数据。

美军JTRS研究项目的最终目标是研制出只需更换软件程序就可以仿真任何现有无线电台功能的设备，以此来替代现装备于美军中的25种不同类型的75万多部无线电台。JTRS在设计上有两大根本性的突破点:第一，该电台在部署后可持续通过软件升级进行更新，而不需要再次购买新的电台;第二，各类战斗部队利用自身装备的该无线电台，即可直接在战斗空间范围内创建无缝连接的无线互联网，使分布于战场上各个位置的美军各军种战术分队之间真正地实现互联互通，而不会再像过去那样，出现士兵在战场上仅能与使用相同型号电台的人员进行通话的情况(比如，“辛嘎斯”用户经常无法直接与使用卫星通信系统的用户进行通话等)。

联合战术无线电台(JTRS)通过公共波形提供话音、数据和视频通信，其所有的波形、格式、加密以及通信过程都建立在公共的软件模块基础上。它拥有多种组装和信道配置，可以适应各种环境条件。一部联合战术无线电台由波形库、无线电台硬件和符合软件通信体系结构(SCA)的相关操作环境三部分组成。其中，SCA是JTRS的核心。SCA是一套软件标准，它描述了电台不同软、硬件组件间的交互作用，提供了一套用于控制这些组件的软件指令，这些指令不仅能够使电台的软件操作环境标准化，而且还能保证电台硬件和外部接口的控制与通信机制标准化。SCA包括四个方面的主要内容:通过核心框架(CF)交付的标准化服务;基于公共对象请求代理程序体系结构(CORBA)的分布式处理和接口;实时操作系统;经美国国家安全局认证的加密功能。JTRS技术库对每一种波形进行测试，确保它们符合SCA要求。

JTRS的基本工作原理是:先接收某一波形(如“辛嘎斯”的波形);然后从自身波形库中取出相关波形与接收到的信号相匹配;再利用操作环境中的软件系统控制电台硬件运行兼容的波形，完成通信任务。

为了把联合战术无线电台系统从设计图和实验室交付到部队的手中，美国国防部把跨军种的无线电通信需求集中区分为5个“群集”。其中，面向“群集1”，将研发装备陆军和陆战队车辆、陆军直升机和空军战术空中控制组的电台;面向“群集2”，将研发适用于特种作战部队的手持电台;面向“群集3”，将研发适用于海军和固定平台通信的电台(由海军负责);面向“群集4”，将研发适用于空军的机载电台(由空军负责);面向“群集5”，将研发适用于地面部队士兵平台和士兵平台以下设备的小型电台，包括手持式、背负式电台，以及用于无人值守传感器、武器、导弹、无人机和机器人的嵌入式电台。

鉴于面向“群集3”与“群集4”的开发规模和日程安排非常相似，为了节约资金并提高互操作性，美国防部于2003年11月21日宣布，将JTRS“群集3”与“群集4”计划合并成“联合战术无线电系统机载、舰用/固定站电台”(AMF JTRS)计划。AMF JTRS电台将适用于机载、海军以及固定平台。美海、空军共同建立一个联合管理监督组织负责合并及后期管理工作。

二、定位与识别系统

定位与识别系统的作用是使各级指挥员能正确、及时地掌握敌军、我军及友军的位置信息，提高战场上的敌我识别能力，减少对友军的误伤。当前，美陆军正在研制或改进的定位与识别系统主要有:

1．GPS系统

GPS是全球定位系统的英文缩写。利用GPS接收机，可以直接测定地球表面上任何一点的三维空间坐标。GPS接收机具有全时空、全天候、高速度、高精度、连续定位、不受行政边界限制等特点。

GPS由美国国防部于1973年开始研制，如图5－5所示。这一系统由21颗工作卫星和3颗备用卫星及地面控制系统、用户定位设备共同组成。其24颗卫星分布于6个轨道面上，并在地球上空20183千米处的近似圆形的轨道上运行(轨道倾角55度、两个轨道面之间在经度上相隔60度)，运行的周期为12小时。卫星上装备有原子钟、导航电文存储器、伪码发生器、发射机和接收机等设备。工作时，卫星用微波播发电文。电文经接收机计算处理后，既可使全球任何地点和近地空间的用户得到关于某地点的全天候、高精度、连续实时的三维坐标，同时还可为用户的电子系统提供精确的时间输入。该系统所包括的24颗卫星，已于1993年6月26日全部部署完毕，总计耗资30多亿美元。

图5－5　美国的GPS全球定位系统示意图

图5－6　GPS地面系统示意图

GPS的地面控制系统包括监测站、主控站和注入站三部分(图5－6)。此三部分的任务分别为:监测站负责在卫星过顶时，收集卫星播发的导航信息，对卫星进行连续监测，并将数据传给主控站;主控站负责提供GPS系统的时间基准，控制调整地面站的工作，处理各监测站送来的数据，编制各卫星的星历，并把导航信息送到注入站，以控制卫星的轨道及其状态或调用备用卫星等;注入站负责在卫星通过其上空时，将导航信息注入给卫星，在正常情况下，每颗卫星的导航数据是每间隔8小时注入一次。

GPS定位服务精度分为两个等级:用基本的粗/捕获码(英文缩写为C/A码)单频信号提供的动态定位精度，称为标准定位服务精度，其具体数量值为15米;用双频精密码信号(英文缩写为P码)提供的动态定位精度，称为精密定位服务精度，其数量值仅为几米(该服务主要面向美国军方)。依据保密政策规定，美国国防部对其GPS的精度控制采取了保密措施，即使卫星发送的轨道和时钟数据出现微小偏差，也可保证C/A码接收机的定位精度不超出100米。同时，为防止GPS接收机被敌人干扰，国防部还采取了反诱骗A－S措施，即把P码加密后形成Y码，确保用户不受敌方故意发射的含有误差的GPS信号欺骗。

GPS是有史以来最精确的无线电导航系统。它在军事上的应用，已从过去单纯的导航定位，扩展到了目标捕获、武器校射与制导、传感器布设、照相侦察、电子情报标注、指挥控制、搜索与求救等各项具体领域中，并表现出了用途日趋广泛的势头。

图5－7　GPS定位示意图

2．车辆定位与导航系统

该系统是坦克指挥与控制系统的一个重要组成部分(图5－7)。它具有精确定位的能力，能实时提供车辆的坐标位置、行驶方向、目标距离等数据，可为炮火支援指示目标。此系统所提供的信息，不但全部显示在车内显示器上，而且还可以通过电台传递到指挥车的显示设备上。经过M1A2坦克的使用表明，车辆定位与导航系统报告位置的精确度可达99%。

3．车际信息系统

车际信息系统是专为坦克、战斗车辆设计的嵌入式通信系统。它通过网间连接器与其他指挥控制系统进行连接，不间断地接收有关己方部队位置的信息，并自动地为自己作战单元内的每辆车以及与其通信的其他用户提供信息。另外，通过与激光测距机的接口连接，车际信息系统还能为战斗车辆提供准确的目标位置和目标捕获信息，并把这些信息叠加在显示器的背景图上，使车载战斗人员对目标情况一目了然。

4．增强型定位报告系统

增强型定位报告系统是一种数据无线电通信系统，其数据分发和控制能力可支援保密的移动式数字化战场通信。该系统能传递火力请求、目标跟踪数据、己方和友邻部队位置数据、战斗命令、报告、战斗识别和指挥控制等信息，可为21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统提供可靠的、移动中的、高速、自动化数据交换，是数字化师中旅和旅以下部队主要的战场态势感知和指挥控制数据传输手段。作为嵌入式数据保密装置，此系统采用了波形设计、信号处理技术、有效辐射能量控制、自动网络重组和时分多址结构来消除电子干扰。其30个信道可同时工作而不会互相干扰;“猝发”数据率可达每秒512比特。该系统能提供及时的空中跟踪、双向指挥与控制信息传输，能切实保障通信线路的合理分配和与战场传感器网络之间的有效联通。

5．毫米波敌我识别系统

此系统是一种问答式的全天候战斗识别系统。它由询问器和应答器两部分组成，可在地面战场上识别坦克与其他战斗车辆。在战斗车辆上安装此识别系统时，既要在车体外部设一专用天线，还要将系统的毫米波发射装置与车上的激光测距系统连为一体，并与车辆的火控系统联动。这样，一旦发现目标，毫米波发射装置就能以38千兆赫以上频率的窄波束向被探测的目标发射出询问信号，而接收机则检验目标能否以当时统一规定的识别信号作出正确的回应。如此，即可鉴别出目标是己方还是敌方。在有烟、雾和大气干扰的恶劣战场环境中，这一系统具有很强的识别能力，其作用距离可达到16～18千米。并且，由于采用了扩频技术，该系统将询问和应答的信号淹没在了噪声之中。因此，敌方的侦察接收机很难截获本系统所发出的询问与应答信号。

6．多传感器目标捕获、瞄准系统

多传感器目标捕获、瞄准系统，是由美国休斯飞机制造公司研制的。它由各种类型的传感器、处理器和显示器等装置组成。其中，传感器由热成像传感器和毫米波雷达传感器二者互为补充，热成像传感器能较灵敏地测定目标的横移速度，但对目标的距离信息不够敏感，而毫米波雷达却能较准确地测定它至目标的距离及距离变化率，但对目标的横移速度则不敏感。因此，通过中央处理器对两种传感器所获取的目标信息进行综合处理，即可捕捉到目标的准确信息，并能依此确定出优先交战的目标次序。

该系统中的热成像传感器目前主要为第2代前视红外传感器(FLIR)。这种传感器具有高灵敏度和高热分辨率，能提供7．5°×13．3°的视场，纵横扫描速率分别为30赫和60赫，分别具有2倍和4倍的电子变焦能力，能使使用者在夜间及穿过烟幕在超过6千米的距离上探测和识别敌人的车辆。其夜间的搜索距离为3750米，能够保障坦克及步兵战车的乘员看清其武器系统火力射程内的目标。该传感器采用标准视频格式输出，能用标准电视监视器和记录装置进行监视和记录。当利用其数字视频输出接口时，允许把目标跟踪器和数字图像压缩硬件进行集成。通过将数字图像压缩，其可把战场上的前视红外图像直接传输到遥控指挥中心。

在装配到M1A2坦克上(图5－8)经过实战检验表明，该系统一方面能自动地跟踪目标、计算射击诸元，另一方面还能以“猎手—射手”的工作方式，将当前捕获的目标交给坦克的武器射击系统，同时又开始对新目标的搜索、捕获过程。坦克乘员也可通过显示器的操作面板与系统进行对话或对系统实施外部控制。车长通过手柄，可以实现超越炮长完成火炮射击动作。M1A2坦克装配了这一系统后，其火控系统的自动化程度和火力的反应速度，均获得了显著的增强。

图5－8　美陆军M 1A2坦克数字化改造内容示意图

三、主要信息系统与核心信息网络

美陆军根据建设数字化战场的需要，从1993年开始，就提出了要建立一种体系结构为开放式，同时是模块化设计的C4 ISR系统，即陆军作战指挥系统(ABCS)。这个系统的特点是，指挥员可以根据特定的任务需要对系统加以改装。它由三大部分组成:一是陆军全球指挥控制系统(AGCCS);二是陆军战术指挥控制系统(ATCCS);三是21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统(FBCB2)以及数字化单兵系统。在美陆军数字化师中，已列装配发、使用和正在开发的主要信息系统与核心信息网络有以下几种:

1．陆军战术指挥控制系统(ATCCS)

陆军战术指挥控制系统主要由三大部分组成:一是在五个主要领域内相关战场功能的专门指挥控制系统。这五个主要领域分别是战场机动、防空、火力支持、情报电子支援、战斗勤务支援。相应的五个专门指挥控制系统为:机动控制系统、前方地域防空指挥控制通信与情报系统、“阿法兹”先进野战炮兵战术数据系统、全源情报分析系统、战斗勤务支援控制系统。这五个以计算机为基础的现代化指挥控制系统主要由军和师两级部队应用。它们是一个有机的整体，只有实现了相互之间的互通，战场指挥员才能迅速获取和综合信息，进而利用信息确定最佳作战行动，在各军兵种联合作战时正确地实施指挥控制。二是战术互联网。它整合了四个主要通信系统和通用硬件/软件。四大主要通信系统分别是移动用户设备、“辛嘎斯”单信道地面与机载无线电系统、增强型定位报告系统和近期数字无线电台。数字化的通信系统是C4 ISR系统的重要组成部分，也是战场信息传输系统的基础。三是通用硬件/软件平台。主要为陆军战术指挥控制系统的五个专门指挥控制分系统提供通用的计算机硬件、软件平台和外围设备，从而确保五个分系统之间具有良好的互通能力。

2．移动用户设备(MSE)/战术分组网络(TPN)

移动用户设备(MSE)是陆军旅、师和军指挥所主要的数据通信系统，可同时提供保密话音与数据通信。MSE网络可覆盖旅、师和军作战部队所占领的整个区域，该网络由4～6个(依被支援部队级别而定)小扩展节点(SEN)和大扩展节点(LEN)支撑的集中式节点中心(NC)构成。其用户通过有线方式与SEN和LEN建立联系，通过无线电台接入远程接入单元(RAU)，RAU是一个局域呼叫交换中心(RAU的“远程”呼叫通过NC完成)。通过利用快速以太网通道(FEC)和采用异步传输模式(ATM)，MSE显著增强了数据与视频传输的容量。尽管战术高速数据网络(THSDN)是一项过渡性的技术手段，但是采用这一手段帮助MSE提高了带宽。MSE以UHF、VHF微波接力手段为主，干线传输速率小于2 Mb/s;能够容纳6200个固定用户和1900个移动用户，可覆盖250千米×150千米的地域面积。MSE不能保障作战部队在移动中的通信。

战术分组网络(TPN)是一个采用分组交换原理，将信息格式化并覆载到移动用户设备网络上进行数据传输的通信网络。其工作的基本情形是:在各指挥所内，先将待传输的数据分割成为若干个信息包;再将这些数据包独立地沿最有效路径传输到目的地;最后，在目的地处将数据包重新组合，恢复成待传输的信息。通过采用ATM制式的网络集线器交换机，TPN既能为话音通信提供固定的带宽，同时，也可以为数据和视频信息灵活地分配带宽。

3．21世纪部队旅及旅以下作战指挥系统(FBCB2)

在深刻总结海湾战争战斗经验与教训的基础上，美国陆军产生了改进战场战斗通信的迫切需求，于是，从1996年开始，美陆军展开了FBCB2的研究工作。2001年，该系统被装备到第一个数字化师试用，现已正式装备了各型模块化旅战斗队。

FBCB2是一个数字化的作战指挥信息系统，其主要用途是:为陆军旅和旅以下部队直到单个平台和单兵，提供运动中实时和近实时的指挥控制信息和态势感知信息;为指挥官、小分队和单兵显示敌我位置、收发作战命令和后勤数据、进行目标识别等。

FBCB2由嵌入式设备及系统硬件、软件和数据库等组成。其主要构成部分包括:嵌入式硬件;在结构上与国防信息基础结构公共操作环境(DIICOE)一致的软件;导航/定位及报告系统，如GPS系统或嵌入式定位/导航(POSNAV)系统;在远距离或崎岖地带通信时，与地面通信系统(如“辛嘎斯”、增强型定位报告系统)或与卫星通信系统的接口;作战识别系统等。添加了L频段的接收装置之后，FBCB2还具备了基于卫星的蓝军跟踪能力。

FBCB2配用了三维战术图形系统，采用以NVIDIA为基础的Sentiris PCI Mezzanine视频图形卡和Open GVC软件以及由诺·格公司开发的专用软件，可在Windows和Linux操作系统下工作。装备有FBCB2的部队，可通过利用来自卫星或无人机的地理图像，实时观察周围的地形和车辆的三维图形，使处于运动车辆中的连长/营长能够直接计划本部队的补给路线、演习相关的作战任务，并确定瞄准线、武器射程以及类似的计划和跟踪操作。能够这样做，在美国陆军史上是第一次!

FBCB2的态势感知软件，能够对单兵或单个武器/平台、指挥所及其他作战设备进行地理定位，并将定位信息显示在屏幕上。该软件用Java语言编写，独立于平台，车载终端只行使代理服务器的功能。其信息格式采用VMF(可变信息格式)。VMF软件能够为数据库添加数据或从中提取数据，从而能较方便地更新战术数据库。每个装备有FBCB2的单兵或武器平台，都能够采用自动或人工的方式撰写、编辑、发送、接收和处理整套信息或特定任务剖面的子集信息。

利用FBCB2，后方作战指挥中心可以通过监视器直接监视每辆军车的运行情况，指挥官坐在家中都能够看到处于前线冲锋陷阵的坦克、战车和直升机等的一举一动。在指挥室的监视器上，这些作战单元均显示为一个个蓝色的图标，而“敌方资产”(即敌军的相应作战单元)则以红色的图标表示出来。当指挥官不知道某些蓝色图标所标示蓝军究竟是美军还是友军时，他可以先点击一下该蓝色图标，然后就可以与其代表的那支蓝军部队进行通信。装备了FBCB2后，士兵和指挥人员都主要依靠计算机进行联络，因此，任何师级指挥人员如果想知道其下级指挥员在什么位置或其前线部队正在做什么，只需看电脑屏幕即可。即使在最糟的情况下，联系上对方也只需要等待两分钟。

当FBCB2处于瞄准状态时，整个战场将尽收眼底，指挥官们可以纵观全局，运筹帷幄。FBCB2与搭载在武器平台上的GPS遥相呼应，将集中起来的庞大的数据量瞬间传递给侦察机和特种部队以及中央情报局的特工人员，由他们对搜集到的信息进行综合处理。

FBCB2还能提供E-mail服务。它可以与陆军的高层战术通信系统相连，允许作战人员向战地指挥官发送大量的信息和数字化的侦察报告，以帮助其对部队进行重新部署。在实际作战中，战地指挥官可以随时将前线坦克手发来的电子邮件直接传送到最高司令部，以安排增援或跟进。这一切都是自动的，不需要使用者先查阅各种手册，在弄清楚应该把信息发给谁后再来做。而且，采用电子邮件的通信方式也避免了无线电通信干扰，在激战中，电子邮件比语音传输更较可靠。

FBCB2的硬件和软件在过去的几年里经历了多个发展阶段，出现了多种型号。其中的几种主要型号，被装备到参加伊拉克战争的陆军部队中，经受了实战的检验。在伊拉克战争结束后，诺·格公司又研制出了FBCB2的改进型。新一代的FBCB2性能更佳，可支持单兵战地通信，满足陆军提出的士兵在离开车辆之后也具有较好的通信能力的要求。

今天，FBCB2已成为了陆军作战指挥系统(ABCS)的关键组成部分。该系统与外部指挥、控制和传感器系统(如陆军战术指挥控制系统、“辛嘎斯”、移动用户设备/战术分组网络系统等)互操作，帮助陆军作战指挥系统形成贯穿于整个战场空间的无缝作战指挥信息流，最终实现战场空间的数字化和旅及旅以下战术部队的横向、纵向集成。

4．指挥所内的局域网(LAN)

在营及营以上部队的指挥所内，陆军战术指挥控制系统(ATCCS)的工作站与该指挥所内的高速局域网进行物理链路连接。该指挥所局域网中的一个ATCCS系统，通常是机动控制系统(MCS)或全源情报分析系统(ASAS)，同时也作为本指挥所局域网的服务器。该服务器既为联合公用数据库(JCDB)存储态势感知信息数据，同时还进行网络管理。它控制着本指挥所局域网内来自于不同战场自动化系统(BAS)的信息流，以及本指挥所局域网向外部其他局域网输出的信息流。图5－9描述了以MCS作为指挥所服务器的一个典型的营级指挥所内局域网的体系结构情况。FBCB2则利用MCS服务器上的嵌入式战斗指挥(EBC)系统，与该指挥所建立连接关系。

图5－9　营级指挥所内局域网构成示意图

5．指挥所间的广域网(WAN)

从营到师的各指挥所内的局域网，均通过外部通信系统与其他指挥所在广域网上连接。这些指挥所局域网主要利用互联网控制器、高速路由器和交换器，与广域网的相关组成部分连接成为一个无缝隙的数据传输系统。图5－10显示了旅级部队各指挥所之间典型的广域网布局(营以下部队没有ATCCS局域网)，并描述了各营指挥所与旅指挥所之间通过近期数字电台进行通信的情形。

战术作战中心局域网的对外信息传输结构取决于其所在部队的级别。近期数字电台是营和旅级指挥所之间的基本通信系统。移动用户设备(MSE)和旅用户节点为旅、师和军级指挥所提供了基本的通信连接。师指挥所与战术互联网的连接，通过MSE小扩展节点和大扩展节点内的路由器实现;卫星通信(例如保密型移动式抗干扰可靠战术终端)和大容量视距电台，可以用于增加MSE的通信距离和容量。师和旅之间的通信，通常还需要使用军事战略战术中继(MILSTAR)卫星通信系统。师要和营级平台进行通信时，师必须为营级平台补充MITSTAR设备，以实现超视距通信手段的扩展。全球广播服务器(GBS)为数字化师编制内各单位提供了从战区接入点(TIP)或国家/战略信息源到GBS接收装置的单路广播大容量信道。

图5－10　旅级部队各指挥所间的广域网构成示意图

6．旅及旅以下指挥所与下属分队之间的信息传输网络

数字化师的每个作战平台和保障平台均装备了FBCB2系统计算机，全师该计算机的总数有5000余套。借助于FBCB2系统计算机，数字化师所属各部队的战斗成员在进行接敌运动时，均可预先确知敌、友、我的具体位置。这为他们能比一般机械化师实施更加紧密协同和精确作战，创造了非常有利的条件。

FBCB2系统中的信息利用增强型定位报告系统(EPLRS)或“辛嘎斯”电台中的互联网控制器(INC)进行传输，并通过保存在网络服务器中的嵌入式战斗指挥(EBC)系统传递给指挥所。EBC系统允许FBCB2系统与其他的ATCCS所属设备或系统进行部分信息的交换，包括以图形格式显示的友军位置和通知等。FBCB2系统和指挥所服务器通过外部通信系统进行数据传送。由于信道的带宽有限，大容量的数据文件目前不能在由EPLRS支撑的网络中进行传输。当要传输大容量数据时，要求使用快速、猝发式数据传输方式，并采用联合可变信息格式(JVMF)或可变信息格式(VMF)。经过反复实践摸索，美军发现，在指挥所局域网中使用嵌入式战斗指挥系统的路由器，可较好地避免大容量数据进入并被阻塞在FBCB2系统所使用的窄带宽电台中。

7．未来战斗系统

研制未来战斗系统(FCS)是美陆军“未来部队”建设的“重中之重”。作为机动作战部队的核心装备，未来战斗系统的设计思路是:通过开发先进的通信设备和技术，将作战人员与有人和无人空中、地面平台及传感器连接起来，形成一个网络化的“系统族”，使战术部队具有密切协同的基本能力，为其在全谱军事行动中具备远超敌人的压倒性整体优势、持久作战能力和灵活性、多能性特点提供支撑。未来战斗系统的根本特点是集成化、轻型化和网络化，研制未来战斗系统的中心工作是开发出一个能把现有各种战斗系统连接起来、实现其相互之间互操作的网络。

目前，FCS的框架结构已初步确定。该系统是一个由一系列网络化空基和陆基机动作战、机动作战保障与支援系统，以及各种侦察、监视与目标搜索网络与战斗指挥系统集合而成的18+1+1复合系统，即该系统由18种功能不同的分系统加上信息网络(1)和士兵(1)共同组成。

在功能各异的18种分系统中，有9种有人驾驶车辆、4种无人驾驶飞行器、3种无人驾驶车辆以及无人值守传感器和无人值守弹药系统。

FCS信息网络由一系列同源的通信系统组成，如分别使用宽带网络波形(WNW)和士兵无线电波形(SRW)的联合战术无线电系统(JTRS)群集1和群集5、网络数据链路、陆地作战信息网(WIN－T)。其主要组成部分为4个标准模块:复杂大系统通用操作环境(SOSCOE);战斗指挥(BC)软件;通信与计算机(CC)系统;情报、侦察与监视(ISR)系统。

FCS使用一体化的计算机系统作为复杂大系统通用操作环境的主机，以确保其能够对所有FCS平台和应用软件进行统一的处理、网络支持和使用一致的数据存储与恢复技术。该一体化计算机系统由处理器、存储介质、动态存储器、输入与输出设备、局域网和操作系统等构成。

因为所属各分系统是以系统集成(SOS)方式被紧密地结合在一起的，所以，FCS最终的总体效能要远远大于各分系统效能的算术之和。正如FCS作战使用需求文件所要求的那样，信息网络应保证士兵具有前所未有的观察、理解、计划和主宰未来战场的能力。FCS信息网络的4个组成部分通过相互之间的紧密协调，使未来部队初步具有了“先敌发现、先敌理解、先敌行动和决战决胜”的能力。

由于FCS信息网络能均衡所有的有用信息源，以其为纽带，可形成一个强有力的、持续的、可量测的、可靠的异源通信网络。所以，利用FCS信息网络，可以提供不间断地联系的通道和分层冗余，无缝隙地集成地面、近地面、空中和太空设备。

未来部队各行动单位的每台FCS车辆，都装配拥有4或8信道的JTRS群集1电台;士兵和其他受重量和功率限制的平台，均装配拥有1或2信道的JTRS群集5电台。宽带网络波形(WNW)和士兵无线电波形(SRW)被作为主要通信手段。除此之外，具有软件编程功能的JTRS还能支持其他形式波形的通信，以确保美陆军部队和联合、跨机构以及多国部队(JIM)间的互联、互通性。陆地作战信息网(WIN－T)为各行动单位提供补充的通信能力，确保将信息传送到更高级别和更大的范围:无论是在行动单位内部、行动单位之间，还是在行动单位与使用单位之间。

FCS网络管理系统负责管理整个行动单位内部的网络，包括:各种波形的无线电台、平台路由器、局域网、信息安全分队和主机。它提供了在任务全过程中所需的全谱管理功能，主要为:在战前依据任务设想的预先计划、在作战区域内快速地配置网络、在任务执行中对网络进行不间断监控、根据网络工作性能和破坏条件动态地调整网络政策。

美陆军计划:在2015财年先向部队配备首套完整的FCS，进行试用;然后，分批次组织各旅战斗队(包括重型旅战斗队、旅战斗队和“斯特瑞克”旅战斗队)向“未来战斗”系统旅战斗队(FBCT)转变;到2030年时，建成15个“未来战斗”系统旅战斗队;最后，把陆军建成全部装备了“未来战斗”系统的、真正实现了网络化的“未来部队”(美陆军自己认为也可以称其为“网络中心部队”)，切实完成向信息化陆军转型的任务。

四、单兵数字化装备

单兵装备的数字化，是战场数字化和部队数字化的主要基础之一。从1989年起，美陆军就开始了单兵装备数字化建设的历程。

目前，美军正在研制“地面勇士”C4 I单兵系统。按照预定计划，“地面勇士”系统将主要装备步兵和战斗支援士兵，包括突击队员、空降兵、空中突击队、轻型和机械化步兵。该系统集单兵防护、单兵战斗武器和单兵通信器材于一身，它包括头盔、防弹服、单兵枪械、“三防”装备、计算机、电台等从头到脚的整体装备。其总体结构如图5－11所示。

图5－11　美陆军“地面勇士”单兵系统

1．头盔

“地面勇士”系统的头盔有一系列型号。其中比较成熟的是一种重量为2．3千克的类型，该型头盔不仅能够为佩戴士兵提供弹道防护，而且还可以较好地携带主要士兵通信系统的相关组件。其组成部分包括盔壳/支承装置、增强视频放大装置、头盔显示器、周围听力装置、无线电头盔控制装置、防护面具等。

这种头盔上的显示器(HMD)与士兵所穿战斗负载背心中的微型计算机相连接，被安装在士兵占优势的眼睛上(一般为左眼)，能为士兵实时提供指挥控制信息和态势感知信息。该显示器既能同步显示来自于安装在士兵武器上的日光瞄准器或红外瞄准器所获取的信息，还能显示由己方卫星所提供的地形图(每30秒更新一次)。佩戴该型头盔的士兵可以通过选择步枪枪托上的按键，来转换眼睛所看到屏幕上的信息。同时，该头盔上的显示器还是士兵在把日光视频视界调整到零时的基本工具。

在该型头盔的右侧，有一个可以上下转动的8毫米的电视摄像机。该摄像机装有夜视镜头，能够透过烟、雾拍摄战场上的情况。摄像机所摄取的目标图像，在经过计算机处理后，既可以直接显示在显示器上，供士兵自己使用，也可以传递给上级与友邻。比如，当士兵本人或同伴在战场上负伤时，他就可以先用摄像机摄取伤处的图像;再把图像通过通信系统传送给后方医务人员，由医生根据图像对伤处进行诊断，给出最佳治疗方案;最后，在医生的远程、具体指导下，由该士兵本人或其同伴进行现场救治。

无线局域网(WLAN)的天线被安装在头盔里面，并且通过hub与安装在士兵战斗负载背心中的多频道组内和组间电台(MBITR)相连接。该电台的通信距离是视线内的一千米。通过无线局域网，士兵可以将自己看见的有价值的战场情况，以图像形式，实时地传送到配有“辛嘎斯”(SINCGARS)单信道地面和机载无线电系统的坦克、自行火炮、指挥车或飞机等处。

该型头盔上的专用耳机，可让士兵听清400米距离内人员的正常讲话声。其麦克风不仅能较好地适应战场环境，而且效果也相当不错。

有关资料曾透露，在伊拉克战争中，美军陆军特种部队、空军特种部队、海军陆战队侦察部队、第82空降师的一个旅等均装备了一种新型军用头盔——模块化集成通信头盔(MICH)。据称，这种头盔是数字化单兵的重要标志，可以成倍地提高单兵乃至整个战斗分队的作战效能，以及指挥与控制能力、战场生存能力、野战机动能力和持续作战能力等。这种头盔应该是“地面勇士”系列头盔中比较成熟、实用的一种。

2．战斗负载背心

战斗负载背心由电源、探测器、负载调整系统等组成。通过安装在身体上不同部位处10个端口的hub，背心将探测器、计算机、各负载分系统等连接为一个有机整体。当士兵穿着战斗负载背心携重前进时，背心能根据各探测器提供的信息，自动调整士兵从肩部到臀部的负载分配。

计算机被安装在士兵的腰间，采用键盘操作。士兵只需按动右侧武装带上的五个按键，即可完成各种控制功能。该计算机使用由英特尔公司制造的功能强大的军用处理器，采用Windows操作系统。在其内部安装了多种战场软件，与其相连接的战场传感器上的数据，能够被自动地下载到该计算机中。

士兵电台和班电台被作为基本组件，结合到了战斗负载背心之内。其中，士兵电台为多频道组内和组间电台(MBITR)，它允许单个步兵之间进行短距离语音和数据通信;班电台是“辛嘎斯”(SINCGARS)兼容8频道电台，该电台工作频率为30～88兆赫。

单兵导航系统也是战斗负载背心的重要组件之一。它由一个全球定位子系统(GPS)和一个计步器推算子系统组成，能够实时地确定士兵的具体位置、跟踪其实际运动过程。并且，在GPS失效的情况下，该系统仍然可以较好地发挥应有作用，比如在建筑物内等。在判定士兵的具体位置时，单兵导航系统使用由5颗卫星提供的定位数据，其定位精度可以达到10米以内。

战斗负载背心的电源系统，可以是一次性的电池，也可以是充电电池。充电电池的重量达1．1千克，被固定在身体上。它能为传感器和计算机提供进行8～24小时操作的电力。而一次性的电池，一般只能提供8～10小时的工作电力。

3．士兵控制系统

“地面勇士”控制系统由士兵个人携带。该系统能让士兵与头盔显示器上的菜单进行交互。士兵可通过操纵杆来移动鼠标指针，通过鼠标按键在头盔显示器上进行选择。另有三个可编程的按键，允许士兵根据需要将其分别设置成“按下通话”和用来调整武器等功能键。用户身份模块(SIM)读卡机，用于识别士兵身份和控制其对整个系统的访问。

4．武器

“地面勇士”步兵装备有一支M4轻型半自动步枪。该枪的口径为5．56毫米，弹夹容弹量30发。M4轻型半自动步枪可以进行半自动操作或者三发连射。该步枪的上部新增了一个锡导轨，用来安装瞄准器和榴弹发射器。其瞄准器有两种:日光视频瞄准器(DVS)和热成像武器瞄准器(TWS)。其中，日光视频瞄准器可以将目标的图像从1．5倍放大到6倍;热成像武器瞄准器由DRS光电系统公司制造，在8～12微米波段上工作，能够保证士兵看清其武器有效火力射程内的目标。

M4轻型半自动步枪上用于“按下通话”、转换屏幕和获取图片需求的可编程控制按键，允许士兵在不改变对武器进行非射击操控状态的情况下，就能够方便地获得这些功能性的帮助。因为，有一个可快速插拔的武器电缆将武器中所有的电子设备都连接到了战斗负载背心的hub上。

M4轻型半自动步枪上还配备有激光测距机和数字罗盘。通过激光测距机和数字罗盘，士兵可以十分清楚地知道敌方目标的距离与方向。当士兵需要间接或直接火力支援，或者进行战斗识别时，包括敌方目标位置、士兵自己位置(由他自己的全球定位系统确定)的精确数据，将自动传递给相关作战单元或设施、设备。

此外，最新型的“地面勇士”武器系统中还增加了由BBN技术公司研制的“飞镖”狙击手探测子系统。该子系统包括一组小型麦克风和数字显示屏。这些小型麦克风能够实时地探测到敌方狙击步枪在射击瞬间，由高速射出子弹所形成的特别的枪口风和冲击波，并且其数字显示器可以在几秒钟之内快速地显示出敌方狙击手所在方向和精确的距离。

5．主要软件

“地面勇士”系统中最主要的软件，是用于辅助瞄准和进行数据处理的六个软件包。除处理上述两种武器瞄准器数据的软件包和文电传输软件包外，另三种软件包具体为:

地图软件包，控制卫星数据显示和地形图显示。该软件包利用卫星图像技术，允许配备“地面勇士”系统的步兵士兵在10分钟内得到所在地的实时地形图(其他未配备该数据包部队的士兵，要延迟6～8小时才能够得到所在地地形图)。并且，该地形图上己方部队的位置每30秒更新一次。

梯队选择控制软件包，允许士兵控制所接收数据的数量。比如，作为小组成员，士兵可以选择获取本小组其他成员的位置数据，也可以选择获取班长、排长或连长的位置数据。除了自动获取所隶属上级下达的任务指令和相关战场态势信息外，软件包能确保士兵接收的数据总量不超载。软件包中发送图像的程序，允许士兵获取并直接传送战场图像。

“斯特瑞克”(Stryker)车辆综合工具包。利用该软件包，位于“斯特瑞克”(Stryker)车辆中的“地面勇士”士兵，可以通过脐带式的连接，以语音或数据方式，与车外和车内的其他士兵、与在其他Stryker车辆中的士兵进行通信，并通过Stryker车辆中的车载第十一战斗司令部旅级及以下应用软件，与陆军战斗指挥系统进行连接;同时，“地面勇士”士兵还可以与Stryker车辆进行能量交流，如图5－12所示。

图5－12　“地面勇士”士兵与Stryker车辆

总之，装备了“地面勇士”系统的美国陆军士兵，在未来数字化的战场上，无论其在何时、何地，都将不再是一个孤立的人，而是整个信息化战场网络中的一个节点、一个终端，他将拥有比过去任何时候都更大的战斗能力、更自主的协同配合能力、更全面的防护能力、更顽强的战场生存能力。

也正是由于新型数字化单兵武器系统集数字化、智能化、网络化于一体，能使战场的信息传递和处理达到一种“实时化”的程度，因而，采用数字化单兵武器系统，将可以极大地提高单兵和作战分队对战场情况的反应速度，加快部队作战行动的节奏，增强部队的整体作战能力。对此，世界主要军事强国军队高层的看法非常一致，都明确认为:数字化单兵武器系统已经成为了军队作战效能的“倍增器”，其倍增作用的发挥，将使信息时代单兵所拥有的作战效能远远地超出机械化时代单兵的作战效能。

今天，除美国以外，俄罗斯、法国、德国、英国、意大利、澳大利亚、以色列等国家，都在竭尽全力地进行单兵数字化装备的研制工作。