eng
Военные операции последних десятилетий все больше носят коалиционный характер. При этом на первый план выходит оперативное управление войсками, а основное средство для этого – системы тактической связи. Однако различные военные ведомства даже одной страны (ВВС, ВМС, сухопутные силы и т.п.) зачастую используют различные системы связи. Что же говорить об операциях, в которых принимают участие войсковые соединения различных стран!
Выходом из тупиковой, казалось бы, ситуации стало развитие концепции “программируемого радио” – системы, где все не унифицируемые связные функции реализуются программно. Реальной стала перспектива, когда наземные силы могут с помощью своих штатных радиостанций непосредственно связываться с подразделениями тактической авиации и не прибегать для этого к коммерческой телефонной связи, как, например, в Гренаде или во время “Бури в пустыне”.
Выходом из тупиковой, казалось бы, ситуации стало развитие концепции “программируемого радио” – системы, где все не унифицируемые связные функции реализуются программно. Реальной стала перспектива, когда наземные силы могут с помощью своих штатных радиостанций непосредственно связываться с подразделениями тактической авиации и не прибегать для этого к коммерческой телефонной связи, как, например, в Гренаде или во время “Бури в пустыне”.
Военные связные станции тактического назначения служат для засекреченного обмена информацией – голосовыми сообщениями, данными, видео – в диапазоне от мегагерц до гигагерц. Основные требования к таким системам – повышенный уровень засекречивания связи и возможность работы в присутствии приемников радиоперехвата и действующих станций помех.
Одна из наиболее серьезных проблем развития тактических связных систем – несовместимость средств связи различных военных ведомств как одной страны, так и разных стран союзников. В частности, это отчетливо проявилось во время воздушной компании стран НАТО над Косово в 1999 году, когда самолеты Германии и США выполняли одно и то же боевое задание, их бортовые радиостанции работали в одних и тех же диапазонах и режимах, однако летчики принимали распоряжения каждый от своего командования. Дело в том, что у американцев уровень криптографической защищенности был более высоким, поэтому сообщения, передаваемые на американские самолеты, нельзя было расшифровать на связных радиостанциях союзников. Однако если бы даже ВВС Германии и были предоставлены соответствующие криптографические средства, модификация связной аппаратуры в полевых условиях вылилась бы в большую проблему. Современная радиостанция военного назначения – это чрезвычайно сложное устройство, включающее специализированные интегральные схемы и аппаратные модули. Для изменения функций или рабочих режимов необходимо вносить изменения в аппаратуру – маловероятно, что такую работу можно выполнить в широких масштабах в полевых условиях.
Решить проблему совместимости призвана технология так называемых программируемых радиостанций SDR (software-defined radio). SDR-станция, подобно персональному компьютеру, использует стандартные аппаратные средства для выполнения функций под управлением программного обеспечения. Хотя программируемые связные радиостанции и разрабатываются с 70-х годов, а некоторые модели даже состоят на вооружении, программные и аппаратные средства все еще тесно связаны друг с другом. Поэтому большие надежды возлагают на открытую архитектуру SDR-радиостанций следующего поколения, причем сами радиостанции могут выпускать одни производители, а функции и режимы работы будет определять ПО других разработчиков. Технологические успехи в области совместимых программных средств, систем цифровой обработки сигналов и микропроцессоров делают подобные проекты реальными.
Первой удачной попыткой в этой области явился проект МО США SPEAKeasy I, целью которого было создание мультидиапазонной, многорежимной SDR-радиостанции, позволяющей обмениваться информацией подразделениям различных военных ведомств. Эксперимент по проверке совместимости системы SPEAKeasy I был проведен ВВС США в 1993 году в Бедфорде. Аппаратура станции на основе плат с VME-шиной и сигнальных процессоров TMS320C30 размещалась в 6-футовой стойке (задачи минимизации не ставилось). Аналого-цифровое преобразование осуществлялось с промежуточной частоты. Станция могла работать в двух различных частотных диапазонах, поддерживая два различных интерфейса для связи между обычными аналоговыми радиостанциями СВ-диапазона (сухопутные силы) и станциями цифровой системы связи расширением спектра посредством частотных скачков HAVE QUICK (тактическая авиация).
В 1996–1997 годах компания Motorola разработала систему SPEAKeasy II, в ходе демонстрации которой в национальном учебном центре Форт-Ирвин (шт. Калифорния) сухопутные силы, оснащенные обычными аналоговыми портативными станциями, могли вести радиообмен с тактической авиацией, использующей систему HAVE QUICK. Примечательно, что программы поддержки радиоинтерфейсов для этой задачи были написаны примерно в течение недели и переданы по модемной линии из лаборатории фирмы Motorola в Форт-Ирвин и в полевых условиях загружены в станцию SPEAKeasy II.
Успешные демонстрации системы SPEAKeasy привели к созданию группы SDR-форум (ранее MMITS-форум – Modular Multifunction Information Transfer System Forum), объединившей более 50 компаний. Целью организации стало ускорение разработки, развертывания и использования SDR-радиостанций, а также содействие внедрению открытой архитектуры для аппаратных средств. Рабочие комитеты в составе этой группы фирм занимаются различными техническими проблемами, относящимися к базовым станциям и антеннам, портативным и мобильным устройствам, а также к загрузке программного обеспечения. Открытая архитектура позволит различным производителям создавать программные средства для радиоаппаратуры так же просто, как это делается сегодня для персональных компьютеров.
В США основная программа, использующая технологию SDR, – объединенная тактическая система радиосвязи JTRS (Joint Tactical Radio System), которую можно рассматривать как развитие проекта SPEAKeasy. Цель программы – выпуск семейства тактических радиостанций для передачи речевых сообщений, видео и данных в диапазоне от 2 МГц до 2 ГГц в условиях прямой и непрямой видимости. Работами по программе JTRS руководит “команда коммуникаций и электроники” (Communications-Electronics Command) армии США, однако все работы проводятся на контрактной основе. Так, архитектуру радиостанций для JTRS разрабатывает консорциум компаний во главе с Raytheon Command, Control, Communications and Information Systems, включающий также ITT Industries, Rockwell Collins и Marconi CNI Division. В декабре 2000 года эта группа представила вариант архитектуры связных программных средств SCA (Software Communications Architecture). На ее основе в ходе так называемых этапов Step 1 и Step 2A будут разрабатываться приложения для семейства радиостанций JTRS.
На этапе Step 2B ряд фирм, в том числе Harris, Boeing, Motorola и подразделение компании Thales (ранее – Thomson-CSF Racal Communications, США) проверят возможности интеграции аппаратных средств и написания программ независимыми разработчиками в рамках архитектуры SCA. На этапе Step 2С компания BAE SYSTEMS должна создать рабочие прототипы станций с целью оценки сетевых характеристик архитектуры SCA.
Компания Harris в работах по проекту использует радиостанцию AN/PRC-117(С) Falcon II, уже поставляемую для ВМС США. Основная особенность этой мультидиапазонной многорежимной станции – возможность программного репрограммирования. Компания видит приоритетную задачу в повышении канальной емкости своих радиосистем за счет увеличения их спектральной эффективности в высокочастотном диапазоне. Для этого исследуются новые виды модуляции и радиоинтерфейсы.
Компания Motorola на этапе Step 2B занимается верификацией архитектуры SCA на базе прототипа программируемой радиостанции DMR (Digital Modular Radio), создаваемой по отдельному контракту с ВМС США. DMR – предшественница JTRS, поддерживает радиоинтерфейсы систем связи DAMA, HAVE QUICK и SINCGARS (Single Channel Ground and Air-borne Radio System – одноканальная СВЧ/ЧМ-система наземной и воздушной радиосвязи), а также обмен данными по Link 4A и Link 11. Motorola адаптировала свою DMR к архитектуре SCA и уже продемонстрировала систему с поддержкой частотной и амплитудной модуляции. Специалисты фирмы также документировали интерфейс программных приложений (API, Applications Programming Interface), необходимый для разработки ПО для JTRS третьими фирмами.
Велик интерес к созданию программируемых радиостанций и в Европе. Так, МО Великобритании поддерживает проект программируемого цифрового радио PDR (Programmable Digital Radio), в котором участвуют фирма Raytheon и одно из подразделений (бывшая компания Racal Electronics, Великобритания) компании Thales (ранее – Thomson-CSF). Цель первого этапа программы – создание программируемой цифровой радиостанции на основе серийной аппаратуры и стандартных интерфейсов. Для этого компании разрабатывают три ключевых компонента “компилятора радиоинтерфейсов” для PDR – язык программирования, его интерпретатор и объектную библиотеку. На втором этапе планируется реализовать заданные радиоинтерфейсы для множества цифровых станций.
Другое подразделение компании Thales (ранее – Thomson-CSF Comsys, Франция) и фирма EADS (ранее – DaimlerChrysler Aerospace, Германия) работают по франко-германскому правительственному проекту, предусматривающему создание сети радиостанций, узлами которых станут мультидиапазонные многорежимные станции MMR-ADM (Multimode Mutiband Radio-Advanced Demonstrator Model), аналогичные коммуникационным серверам. Создание прототипов MMR-ADM ожидается в 2002 году, испытания продлятся в 2003 году.
Ближе всего к поступлению на вооружение находится радиостанция M3TR компании Rohde & Schwarz. Ее основное достоинство – простота смены режима работы за счет загрузки соответствующего ПО. M3TR может поддерживать радиоинтерфейсы натовских систем HAVE QUICK I и II, SATURN и SECOS, а также таких стандартов, как SINCGARS, PR4G и SEM.
Радиостанция M3TR благодаря IP-интерфейсу может подключаться к сетям TCP/IP, обмениваться данными со скоростью до 64 Кбит/с, одновременно передавать речевые сообщения и данные по одному каналу. Хотя M3TP пока не производится, уже заключены контракты с тремя европейскими клиентами на проведение ее испытаний. Один из таких клиентов – управление МТО ВС Швеции, контракт с которым предусматривает тестирование передачи речевых сообщений и данных, работу с Интернетом и выполнение других сетевых функций. По результатам испытаний может быть принято решение о закупках радиостанций в первой половине 2002 года для оснащения ВС Швеции средствами цифровой связи на уровне батальона.
Радиостанция M3TR работает в диапазоне коротких, метровых и дециметровых волн, но не является широкополосным устройством. Ее радиочастотный модуль – аналоговый и не поддерживает цифровые программные приложения. Основная же проблема заключается в отсутствии широкополосных антенн для этой радиостанции.
Развитие программируемых радиостанций военного назначения тесно связано с рядом аппаратных и программных технологий, как уже освоенных, так и разрабатываемых. В частности, еще только предстоит решить проблему создания широкополосных антенн, способных работать в диапазоне от низких до сверхвысоких частот. Необходимы более совершенные широкополосные преобразователи частоты (понижающие и повышающие), широкополосные усилители мощности и малошумящие усилители, процессоры для спектральной очистки сигналов, приборы на эффекте сверхпроводимости, а также перестраиваемые преселекторы. Кроме того, требуются АЦП/ЦАП, обеспечивающие преобразования с высокой спектральной чистотой и большим динамическим диапазоном для работы в сложной радиообстановке при наличии мощных умышленно создаваемых радиопомех. Важную роль играет развитие элементной базы для цифровой обработки сигналов, в том числе специализированных ИС и программируемых логических ИС.
Важнейшее значение приобретает разработка стандарта глобального радиоинтерфейса GRI (Global Radio Interface) для передачи ПО для динамической реализации новых функций, поскольку программируемые радиостанции военного назначения должны поддерживать интерфейсы всех мультимедийных сетей, в которых они работают.
В заключение отметим, что программируемые станции могут выполнять не только чисто связные функции. Так, в соответствии с концепцией SS (Spectrum Supremacy), несколько радиостанций типа SPEAKeasy II можно использовать для определения местоположения радиостанций противника. В целом же переход от традиционных одноканальных однодиапазонных к стандартизованным многоканальным многодиапазонным радиостанциям – непростая проблема, требующая не только разработки соответствующих технологий, но и новой политики в области закупок, эксплуатации, материально-технического обеспечения и сопровождения соответствующих связных средств.
В таблице: ALE – автоматическая установка соединения;
GPS – глобальная система позиционирования; HQ – система HAVE QUICK; SATCOM – спутниковая связь; ЛА – летательный аппарат; ЧС – частотные скачки; шифр. – шифрование
По материалам Microwave Journal, 2001, v. 44, № 3
и Journal of Electronic Defense, 2001, v. 24, № 5.
Одна из наиболее серьезных проблем развития тактических связных систем – несовместимость средств связи различных военных ведомств как одной страны, так и разных стран союзников. В частности, это отчетливо проявилось во время воздушной компании стран НАТО над Косово в 1999 году, когда самолеты Германии и США выполняли одно и то же боевое задание, их бортовые радиостанции работали в одних и тех же диапазонах и режимах, однако летчики принимали распоряжения каждый от своего командования. Дело в том, что у американцев уровень криптографической защищенности был более высоким, поэтому сообщения, передаваемые на американские самолеты, нельзя было расшифровать на связных радиостанциях союзников. Однако если бы даже ВВС Германии и были предоставлены соответствующие криптографические средства, модификация связной аппаратуры в полевых условиях вылилась бы в большую проблему. Современная радиостанция военного назначения – это чрезвычайно сложное устройство, включающее специализированные интегральные схемы и аппаратные модули. Для изменения функций или рабочих режимов необходимо вносить изменения в аппаратуру – маловероятно, что такую работу можно выполнить в широких масштабах в полевых условиях.
Решить проблему совместимости призвана технология так называемых программируемых радиостанций SDR (software-defined radio). SDR-станция, подобно персональному компьютеру, использует стандартные аппаратные средства для выполнения функций под управлением программного обеспечения. Хотя программируемые связные радиостанции и разрабатываются с 70-х годов, а некоторые модели даже состоят на вооружении, программные и аппаратные средства все еще тесно связаны друг с другом. Поэтому большие надежды возлагают на открытую архитектуру SDR-радиостанций следующего поколения, причем сами радиостанции могут выпускать одни производители, а функции и режимы работы будет определять ПО других разработчиков. Технологические успехи в области совместимых программных средств, систем цифровой обработки сигналов и микропроцессоров делают подобные проекты реальными.
Первой удачной попыткой в этой области явился проект МО США SPEAKeasy I, целью которого было создание мультидиапазонной, многорежимной SDR-радиостанции, позволяющей обмениваться информацией подразделениям различных военных ведомств. Эксперимент по проверке совместимости системы SPEAKeasy I был проведен ВВС США в 1993 году в Бедфорде. Аппаратура станции на основе плат с VME-шиной и сигнальных процессоров TMS320C30 размещалась в 6-футовой стойке (задачи минимизации не ставилось). Аналого-цифровое преобразование осуществлялось с промежуточной частоты. Станция могла работать в двух различных частотных диапазонах, поддерживая два различных интерфейса для связи между обычными аналоговыми радиостанциями СВ-диапазона (сухопутные силы) и станциями цифровой системы связи расширением спектра посредством частотных скачков HAVE QUICK (тактическая авиация).
В 1996–1997 годах компания Motorola разработала систему SPEAKeasy II, в ходе демонстрации которой в национальном учебном центре Форт-Ирвин (шт. Калифорния) сухопутные силы, оснащенные обычными аналоговыми портативными станциями, могли вести радиообмен с тактической авиацией, использующей систему HAVE QUICK. Примечательно, что программы поддержки радиоинтерфейсов для этой задачи были написаны примерно в течение недели и переданы по модемной линии из лаборатории фирмы Motorola в Форт-Ирвин и в полевых условиях загружены в станцию SPEAKeasy II.
Успешные демонстрации системы SPEAKeasy привели к созданию группы SDR-форум (ранее MMITS-форум – Modular Multifunction Information Transfer System Forum), объединившей более 50 компаний. Целью организации стало ускорение разработки, развертывания и использования SDR-радиостанций, а также содействие внедрению открытой архитектуры для аппаратных средств. Рабочие комитеты в составе этой группы фирм занимаются различными техническими проблемами, относящимися к базовым станциям и антеннам, портативным и мобильным устройствам, а также к загрузке программного обеспечения. Открытая архитектура позволит различным производителям создавать программные средства для радиоаппаратуры так же просто, как это делается сегодня для персональных компьютеров.
В США основная программа, использующая технологию SDR, – объединенная тактическая система радиосвязи JTRS (Joint Tactical Radio System), которую можно рассматривать как развитие проекта SPEAKeasy. Цель программы – выпуск семейства тактических радиостанций для передачи речевых сообщений, видео и данных в диапазоне от 2 МГц до 2 ГГц в условиях прямой и непрямой видимости. Работами по программе JTRS руководит “команда коммуникаций и электроники” (Communications-Electronics Command) армии США, однако все работы проводятся на контрактной основе. Так, архитектуру радиостанций для JTRS разрабатывает консорциум компаний во главе с Raytheon Command, Control, Communications and Information Systems, включающий также ITT Industries, Rockwell Collins и Marconi CNI Division. В декабре 2000 года эта группа представила вариант архитектуры связных программных средств SCA (Software Communications Architecture). На ее основе в ходе так называемых этапов Step 1 и Step 2A будут разрабатываться приложения для семейства радиостанций JTRS.
На этапе Step 2B ряд фирм, в том числе Harris, Boeing, Motorola и подразделение компании Thales (ранее – Thomson-CSF Racal Communications, США) проверят возможности интеграции аппаратных средств и написания программ независимыми разработчиками в рамках архитектуры SCA. На этапе Step 2С компания BAE SYSTEMS должна создать рабочие прототипы станций с целью оценки сетевых характеристик архитектуры SCA.
Компания Harris в работах по проекту использует радиостанцию AN/PRC-117(С) Falcon II, уже поставляемую для ВМС США. Основная особенность этой мультидиапазонной многорежимной станции – возможность программного репрограммирования. Компания видит приоритетную задачу в повышении канальной емкости своих радиосистем за счет увеличения их спектральной эффективности в высокочастотном диапазоне. Для этого исследуются новые виды модуляции и радиоинтерфейсы.
Компания Motorola на этапе Step 2B занимается верификацией архитектуры SCA на базе прототипа программируемой радиостанции DMR (Digital Modular Radio), создаваемой по отдельному контракту с ВМС США. DMR – предшественница JTRS, поддерживает радиоинтерфейсы систем связи DAMA, HAVE QUICK и SINCGARS (Single Channel Ground and Air-borne Radio System – одноканальная СВЧ/ЧМ-система наземной и воздушной радиосвязи), а также обмен данными по Link 4A и Link 11. Motorola адаптировала свою DMR к архитектуре SCA и уже продемонстрировала систему с поддержкой частотной и амплитудной модуляции. Специалисты фирмы также документировали интерфейс программных приложений (API, Applications Programming Interface), необходимый для разработки ПО для JTRS третьими фирмами.
Велик интерес к созданию программируемых радиостанций и в Европе. Так, МО Великобритании поддерживает проект программируемого цифрового радио PDR (Programmable Digital Radio), в котором участвуют фирма Raytheon и одно из подразделений (бывшая компания Racal Electronics, Великобритания) компании Thales (ранее – Thomson-CSF). Цель первого этапа программы – создание программируемой цифровой радиостанции на основе серийной аппаратуры и стандартных интерфейсов. Для этого компании разрабатывают три ключевых компонента “компилятора радиоинтерфейсов” для PDR – язык программирования, его интерпретатор и объектную библиотеку. На втором этапе планируется реализовать заданные радиоинтерфейсы для множества цифровых станций.
Другое подразделение компании Thales (ранее – Thomson-CSF Comsys, Франция) и фирма EADS (ранее – DaimlerChrysler Aerospace, Германия) работают по франко-германскому правительственному проекту, предусматривающему создание сети радиостанций, узлами которых станут мультидиапазонные многорежимные станции MMR-ADM (Multimode Mutiband Radio-Advanced Demonstrator Model), аналогичные коммуникационным серверам. Создание прототипов MMR-ADM ожидается в 2002 году, испытания продлятся в 2003 году.
Ближе всего к поступлению на вооружение находится радиостанция M3TR компании Rohde & Schwarz. Ее основное достоинство – простота смены режима работы за счет загрузки соответствующего ПО. M3TR может поддерживать радиоинтерфейсы натовских систем HAVE QUICK I и II, SATURN и SECOS, а также таких стандартов, как SINCGARS, PR4G и SEM.
Радиостанция M3TR благодаря IP-интерфейсу может подключаться к сетям TCP/IP, обмениваться данными со скоростью до 64 Кбит/с, одновременно передавать речевые сообщения и данные по одному каналу. Хотя M3TP пока не производится, уже заключены контракты с тремя европейскими клиентами на проведение ее испытаний. Один из таких клиентов – управление МТО ВС Швеции, контракт с которым предусматривает тестирование передачи речевых сообщений и данных, работу с Интернетом и выполнение других сетевых функций. По результатам испытаний может быть принято решение о закупках радиостанций в первой половине 2002 года для оснащения ВС Швеции средствами цифровой связи на уровне батальона.
Радиостанция M3TR работает в диапазоне коротких, метровых и дециметровых волн, но не является широкополосным устройством. Ее радиочастотный модуль – аналоговый и не поддерживает цифровые программные приложения. Основная же проблема заключается в отсутствии широкополосных антенн для этой радиостанции.
Развитие программируемых радиостанций военного назначения тесно связано с рядом аппаратных и программных технологий, как уже освоенных, так и разрабатываемых. В частности, еще только предстоит решить проблему создания широкополосных антенн, способных работать в диапазоне от низких до сверхвысоких частот. Необходимы более совершенные широкополосные преобразователи частоты (понижающие и повышающие), широкополосные усилители мощности и малошумящие усилители, процессоры для спектральной очистки сигналов, приборы на эффекте сверхпроводимости, а также перестраиваемые преселекторы. Кроме того, требуются АЦП/ЦАП, обеспечивающие преобразования с высокой спектральной чистотой и большим динамическим диапазоном для работы в сложной радиообстановке при наличии мощных умышленно создаваемых радиопомех. Важную роль играет развитие элементной базы для цифровой обработки сигналов, в том числе специализированных ИС и программируемых логических ИС.
Важнейшее значение приобретает разработка стандарта глобального радиоинтерфейса GRI (Global Radio Interface) для передачи ПО для динамической реализации новых функций, поскольку программируемые радиостанции военного назначения должны поддерживать интерфейсы всех мультимедийных сетей, в которых они работают.
В заключение отметим, что программируемые станции могут выполнять не только чисто связные функции. Так, в соответствии с концепцией SS (Spectrum Supremacy), несколько радиостанций типа SPEAKeasy II можно использовать для определения местоположения радиостанций противника. В целом же переход от традиционных одноканальных однодиапазонных к стандартизованным многоканальным многодиапазонным радиостанциям – непростая проблема, требующая не только разработки соответствующих технологий, но и новой политики в области закупок, эксплуатации, материально-технического обеспечения и сопровождения соответствующих связных средств.
В таблице: ALE – автоматическая установка соединения;
GPS – глобальная система позиционирования; HQ – система HAVE QUICK; SATCOM – спутниковая связь; ЛА – летательный аппарат; ЧС – частотные скачки; шифр. – шифрование
По материалам Microwave Journal, 2001, v. 44, № 3
и Journal of Electronic Defense, 2001, v. 24, № 5.
Отзывы читателей
