0 引　言

近年来，无人技术在海洋军事领域的应用发展迅速，各军事大国纷纷加大了对海上无人作战装备研发的投入。传统海上战争具有抵近攻击、集群对峙和机动缓慢等特点，而海上无人作战力量具有零伤亡、隐蔽性强、可重复投入使用、成本低、机动性高，同时又可部署于极端恶劣天气和危险环境等超出人类极限负载的区域。面对日益复杂的国际形势和海军战略转型的不断深入，无人作战将成为海军不可或缺的新型作战力量和未来海上战争的“倍增器”。

无人装备是指无人驾驶的、完全按遥控操作或者按预编程序自主运作的、携带进攻性或防御性武器进行作战任务的一类武器平台^[1]。海军无人平台包括空中无人机（UAV）、水面无人艇（USV）、水下无人航行器（UUV）等。海军无人作战力量具备作战保障能力、作战能力、勤务保障能力和有/无人协同能力，可执行情报监视和侦察、海洋调查、目标识别和定位、核生化监测、毁伤效果评估、时敏打击、反潜、信息作战、布雷反水雷/排雷、等多项任务。

随着海洋作战环境的日益复杂，在未来无人作战系统中，通信系统占有十分重要的地位^[2]。通信系统以网络形式将无人平台与控制站以及其他作战平台进行连接，从而实现战场信息传输，是整个作战系统的神经网络。未来无人作战对通信能力的需求日益显现，首先随着无人装备信息化、机械化水平的不断提高，作战中产生的信息量大大增加，无人作战通信系统对通信高速数据传输需求日渐提升。此外，海上无人作战力量逐步由单一的无人平台转变为无人作战系统。不同作战系统相互制约、相互联系构成海上无人作战体系，形成陆地、水面、水下和空中多维度作战场景。无人平台、有/无人平台之间的信息交互显得尤为重要，因此无人平台的信息交互能力受到越来越广泛的关注。最后，由于无人作战环境的复杂性和电磁空间的开放性，针对无人系统的抗干扰技术受到越来越广泛的重视。

1 无人平台及其通信方式 1.1 空中无人机

空中无人机（UAV），是指利用自主编程，通过无线电遥控设备或地面站控制装置操纵的半自主或者全自主性不载人驾驶飞行器。海上无人机根据起降方式的不同可分为陆基无人机和舰载无人机2种^[3]。无人机具有人员伤亡小、制造成本低、操作简单、机动灵活等优点。随着科技的不断进步，军用无人机的性能不断提升，目前已广泛应用于空中侦察、情报收集、电子对抗等军事任务中。

目前，无人驾驶飞机的内部通信系统主要是有线通信和总线通信，而外界通信则主要是“三合一”与“四合一”的一体化通信系统^[4]。小型战术无人机采用视距链路，配备窄带、宽带并用，无卫通的链路模式。如美军“影子”200无人机，配有UHF，S频段窄带视距链路和C波段宽带视距数据链路。其中，指挥控制信息的传输由UHF，S频段视距链路完成，速率达几十kbit/s，业务控制信息和传感数据传输由C波段宽带视距数据链路完成，速率可达mbit/s数量级。中高空、长航时无人机为满足通信需求，通常配备视距、超视距多条通信链路。如美军的“捕食者”，主要配备5G的C频段的视距，Ku频段卫通。“全球鹰”无人机指控信息传输的主要链路是5条通信链路，业务数据的传输由3条窄带完成；2条宽带其中1条是Ku频段、全双工、宽带卫星通信链路，1条是与CDL兼容的、全双工、宽带、空地数据链。另外，与有人飞机之间的协同通信能力是无人机通信系统另一重要层面。如美军无人机通信载荷一般标准配备Link16数据链、机间数据链等，尤其是在大中型无人机、无人作战飞机等平台上。又如，美军X−47作战无人机通信系统配装了Link−16、VHF/UHF数据链、机间数据链等视距链路通信载荷，以及AEHF频段和Ka频段等超视距链路的卫星通信载荷。

1.2 水面无人艇

水面无人艇（USV）是一种自主或半自主驾驶的水面船舶、具有航速较快、续航能力强、作战性能强大、适用性广泛等优点^[5]。水面无人艇通常由岸基或母船平台布放或回收，水面无人艇集群通过组网进行协同作战可大大提高作战能力。

水面无人艇的通信主要以卫星通信、超高频/甚高频通信等无线通信方式为主。卫星通信是一种可靠的远距离通信方式，但通常资源有限；超高频/甚高频通信的应用已经十分成熟，可用于UAV作战，但对于USV数据上传和下载来说仍然存在限制。

1.3 水下无人航行器

水下无人航行器（UUV）是一种无人驾驶可通过自主控制的无人航行器，在未来以无人作战为主导的水下战场中发挥重要作用^[6]。水下无人航行器根据工作模式的不同分为自主水下航行器（AUV）和遥控水下航行器（ROV）。无人航行器具有持久力强、机动性强、隐蔽攻击能力强等特点，可应用于海洋环境探测、反水雷、情报监视侦察、区域探潜、水下打击等作战任务中。

水下无人航行器的通信技术^[7]一直是国际性的难题，这是由于传统通信频段声波、电磁波等在水下的传输损耗要远大于在水面和大气环境中。按使用场景，目前常用的解决方案主要有：当水下无人平台与母船（控制中心）较近时，采用水下光纤通信和水声通信；当与母船（控制中心）较远时，采用短波、卫星通信，但此方法需要水下无人平台定时上浮至水面建立传输信道，有很大暴露位置的风险。美国先进无人搜索系统（AUSS）采用水声通信传输信号，信息传输速率4 800 bit/s，指令传输速率1 200 bit/s。法国Alister 18支持WIFI/以太网上传/下载数据、水声通信、无线电（VHF）以及卫星通信。美国远期水雷侦察系统（LMRS）在水下使用水声信号进行通信，上浮后使用无线电通信。英国Talisman AUV水下使用水声通信，浮出水面使用卫星通信、WIFI通信和视距无线通信。

2 无人平台通信技术 2.1 无线电通信

利用无线电磁波在空间传输信息的通信方式，是现代无人平台的主要通信手段。无线电通信具有通信距离远，机动性好，建立迅速等优点。长波（低频）通信指工作频段在300 kHz以下，主要包括甚低频通信和超低频通信。需要超大功率的发射机和大尺寸的天线，可用于水下无人平台间低速率、单向通信。短波（高频）通信的工作频段在3～30 MHz，可利用电离层反射电磁波实现超视距通信，且不受网络枢纽和中继制约。同时，也可用于视距范围内海上话音和低速率数据通信。超短波（甚高频）工作频段在30～300 MHz，通信速率可达几十Mbps，具有频段宽、通信容量大、天线尺寸较小、通信较稳定等优点。可广泛应用于无人艇和无人艇、无人艇和无人机、无人机和无人机之间的视距高速通信。微波通信指工作频率在300 MHz以上的通信方式，具有通信速率高、电波绕射能力弱、空间衰减大等特点。可应用于无人平台间视距范围内高速数据传输，同时也可利用中继站实现超视距通信。

卫星通信就是将卫星作为中继站的一种特殊的微波通信方式，具有覆盖范围广、通信速率高等优点，广泛应用于水下、水面、空中各种无人平台中。水下无人航行器^[7]上，卫星通信主要工作在L/K波段，通信速率较慢。无人水面艇上^[8]，卫星通信主要工作在S/Ku/Ka波段，通信速率较高，可用于与母船或者地面站信息交互。无人机上^[9]，可利用卫星通信进行战术数据的高速率传输。目前，美国海军无人海空平台主要使用UHF卫通、Ku商业卫通和国际海事卫通等卫通手段。

2.2 数据链通信

数据链通信是战场中各个无人平台间之间传递实时战术信息的主要方式。在数字化战场中，数据链通信系统链接各传感器平台、武器平台和指挥控制平台进行态势信息、作战指控命令、管理消息等信息的处理和传输。具有传输信息容量大、高效、实时、精确等优点。数据链通信包含传输设备、信息标准和通信协议三大组成要素。根据作战任务需求不同，分为战术数据链和宽带数据链。战术数据链通信主要负责无人平台的战术实时数据的分发和交换。宽带数据链主要负责情报侦察和监视任务中的高速率数据传输。

数据链通信一般采用无线电通信方式。对于低成本的短程无人机视距通信，通常使用超高频、甚高频、L和S频段。对于中、远距离视距链路和中继链路，通常采用 X和 Ku频段。对于中、长距离卫星中继链路，一般采用 Ku和 Ka频段。针对数据链通信中频谱资源有限，美国空军采用功率控制、数据压缩、频段选取等技术来提高无线网络的频谱利用率。美海军无人海空平台所使用的数据链有 CDL，Link−16，C频段数据链，TCDL等。CHBDL−ST海基通用数据链工作频段为X和Ku频段，上行链路数据传输速率200 kbit/s，下行链路数据传输速率10.71~274 Mbit/s，可实现无人艇和无人机载传感器之间高速率全双工数据传输。HUGIN水下无人航行器安有Link终端，可实现水下环境及目标相关信息的快速、准确传输。

2.3 水声通信

水声通信是最为成熟的水下无线通信技术，广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。声波在水下传输信号时衰减小，传输距离远，可以从几百米延伸至几十千米。与无线电通信和光通信2种手段相比，水声通信的通信距离具有明显优势。日本的联合通信技术项目中，利用水声通信实现了UUV和USV的实时数据传输，从而对水下目标进行确认。

水声通信系统性能受复杂的水声信道的影响较大，面临多径效应严重、环境噪声影响大、通信速率低、多普勒效应、起伏效应等诸多挑战，需要解决的核心问题是水声信道带来的频率选择性衰落以及多径传播引起的码间干扰。针对频率选择性衰落问题，可采用分集接收技术改善信号质量。针对码间干扰问题，通常采用均衡技术补偿信道畸变。近年来，水声通信技术在多载波调制技术和多输入多输出技术等方面取得较大的进步，如能采取有效的多普勒补偿措施、确保低误码率、提高传输速率和通信距离、充分考虑信息传递的安全和多址接入问题，将取得突破性发展，极大提高水声通信的质量水平。

2.4 光通信

光通信具有速率高和频带宽等优点，在无人机之间、无人艇之间、无人航行器之间以及跨域无人平台高速信息传输中具有光明的应用前景。尤其在水下无人航行器高速通信场景中，水下光通信作为一种新兴的高速传输手段，受到越来越广泛的关注。水下光通信技术利用光载波传输信息，可用于水下无人平台通信。由于波长450～530 nm蓝绿光在水下的衰减较其他光波段小得多，因此蓝绿光常作为窗口波段。蓝绿光通信方向性好，接收天线较小。具有海水穿透能力强、数据传输速率快、方向性好、设备轻巧且抗截获和抗核辐射影响能力好等优点。此外，蓝绿光通信的最突出的优势是拥有几种方式中最高传输速率。在超近距离下，其速率可到达Gbps级。水下电磁波通信、水声通信和水下光通信3种水下通信方式对比如表1所示。

水下光通信技术主要面临水中悬浮颗粒及浮游生物对光的明显散射作用，水媒质、溶解物及悬浮物等对光信号的吸收以及来自水面外的强烈自然光以及水下生物幅射光等对光信号形成干扰等问题。因此，水下光通信在浅海近距离的通信存在很大的困难。

3 通信关键技术

针对未来无人战场信息交互日益频繁、数据传输量大大增加、作战环境干扰日益加剧问题，本文介绍通信自组网技术、通信抗干扰技术、宽带通信技术等，为今后无人通信系统关键技术的研究方向提供依据。

3.1 通信组网技术

通信组网技术主要解决无人战场中多平台接入的信息交互问题。无人平台的通信方案包括单点对单点、单点对多点和多点对多点。组网形式包括有中心组网、无中心组网和异构融合组网。点对点组网通信可用于无人平台之间或海上无人平台与指挥中心之间通信。对于远距离超视距通信，常采用组网中继技术扩展通信距离。美国的“影子”200无人机在4 km之上的高空，支持数据和话音通信中继，战术通信覆盖范围提高至170 km左右。有中心组网架构主要包括星型和树型。无中心组网主要有网状拓扑、树型拓扑、混合拓扑。随着无人组网技术的不断发展，大规模高动态路由组网技术这一关键技术受到重视。常见的路由协议有表驱动路由协议（DSDV，OLSR，WRP等）和按需路由协议（AODV，DSR，TORA，SSR等）。表驱动路由协议具有良好的实时性但不适用于高动态组网场景，如高速移动的无人机自组网。按需路由协议具有较好的灵活性但存在一定得网络延时不适用于实时通信场景。因此，开发大规模、高动态、低延时路由协议仍是亟需解决的组网关键技术。

此外，物理层协议也是通信组网中的一项关键技术，对通信组网的性能有着十分重要的作用。通常情况下，一个接入节点面临多个无人平台节点的接入。设计高效的物理层协议对数据冲突问题进行解决显得十分重要。目前物理层接入协议主要包括基于竞争机制的物理层协议（CSMA，FAMA，BTMA等）、基于调度机制的物理层协议（TDMA，FDMA，CDMA等）和混合类物理层协议。

3.2 通信抗干扰技术

通信抗干扰^[10]是通信装备及系统为对抗干扰方干扰、侦察、截获、无线病毒注入，电磁能和定向能控制、攻击通信电磁频谱，以提高其在通信对抗中的生存能力，在复杂电磁环境中的综合作战效能的通信反对抗信息防御技术的体系、方法和措施的总和^[11]。其基本原理是利用频域处理、空间处理和时域处理等方法，使通信信号与干扰信号在频率域、时间域、功率域上不发生重迭，或使通信接收机的输出端保持高信干比。

军事通信抗干扰技术主要有对抗性强、技术综合性强、难度高、发展快和对技术实用性和可靠性要求高的特点，可分为时间域抗干扰技术、频率域抗干扰技术、功率域抗干扰技术3种抗干扰技术。频域抗干扰技术包括扩频和跳频技术。目前已经开发出了跳频技术在VHF，UHF和HF频段的应用。美国CHESS短波跳频电台采用差动跳频技术，跳频速率可达5000跳/s，并可实现19 200 bps的最高数据数率。时域抗干扰技术典型的包括猝发技术，可应用于水下无人潜航器与岸基之间的通信。猝发通信通常使用中、高频段，Link−16数据链便应用了猝发技术实现加密信息的传输。此外美国SC140、比利时的BAMS、以色列的HF−2000等均具备猝发通信能力。空域抗干扰技术包括自适应天线技术，通过对准天线方向实现自动抗干扰。除此之外，法国ALCATEL111、瑞典MRR等系列电台采用了基于多种抗干扰技术的综合抗干扰体制。

3.3 宽带通信技术

随着未来无人战场信息容量的不断提高，无人平台通信对通信带宽需求越来越高。尤其在无人平台进行侦察任务时所获取的视频图像、传感器信息数据量庞大，需要更高的宽带传输能力。高阶调制技术可提高无人平台通信系统的上行和下行峰值速率，从而有效提高频带效率。正交幅度调制（QAM）结合了PSK和ASK两种调制方法的优点，频谱效率较高。16QAM和64QAM星座图如图1所示。64QAM调制方式的频谱效率可比16QAM调制方式的频谱效率高出50%。多入多出（MIMO）智能天线技术也可提升通信系统的频谱效率和容量。MIMO系统有空间复用、空时编码、分级系统、智能天线系统等多种形式。法国Elistair和美国Silvus合作开发了可用于战场无人机的MN−MIMO网络系统^[11]。该系统综合了COFDM、MIMO天线技术和MANET技术，可提供远程高速的视频数据传输。此外，突破多种新型通信技术（如光通信）等对于高速率数据传输尤其是水下无人航行器通信具有十分重要的意义。

4 结　语

无人平台通信技术对未来无人战场的基础保障性作用，虽然目前无人平台的通信手段众多，但仍然有一些问题需要解决。首先，针对水面无人艇和水下航行器通信仍是目前研究的重点和难点，需要进一步突破新型通信技术（光通信）等，为海洋战场提供高速率、大宽带数据传输支撑。其次，缺少通信网络的整体顶层规划和设计，需要建立一种海上综合通信网络结构。通过多网融合（光纤，卫星通信，电磁波通信，水声通信），统筹多种通信方式信息平台资源（空中、空中、海岸、海基和水下基地），为整个海上通信系统提供一个统一的体系结构支撑。最后针对通信资源异构化程度高、融合应用困难等问题，需要对异构网络资源进行统一管理，进行业务和资源的协调控制。