0 引　言

随着无人机、无人艇、无人潜航器等无人装备的快速发展，无人装备跨域集群作战已成为一种新型作战模式，将深刻影响和决定未来海战的成败。跨域通信网络作为海上无人装备跨域集群作战的信息基础设施，是实现无人机、无人艇、无人潜航器等各类无人装备互连互通，确保遥控遥测、指挥控制、任务载荷等信息高效传输的信息传输平台，其技术发展直接关系着无人装备跨域集群作战的效能^[1]。对此，国外主要军事强国都在积极开展跨域集群作战通信网络的理论研究和试验验证。美国从2016年至今在每年举办的“先进海军技术演习（ANTX）”期间，美国波音、洛·马、通用动力、海德罗伊等公司进行了多类型无人装备跨域协同演示，采用卫星、水声、超短波等多种通信手段以及中继跨网互连方式，重点验证了跨域通信能力，演示场景概念如图1所示。

其中，波音公司演示了无人艇、无人潜航器之间的跨域协同能力：SHARC无人艇获知无人潜航器位置，并经卫星链路将位置信息上报给指挥中心。同时，SHARC无人艇还作为水声与卫星的通信网关，为无人潜航器、指挥中心之间提供中继通信能力；洛·马公司演示了无人艇、无人潜航器、无人机之间的跨域协同能力：Submaran无人艇作为水声通信与无线电通信的通信网关，为Marlin无人潜航器、指挥中心之间提供中继通信能力。其后，Marlin无人潜航器从水下发射Vector Hawk无人机升空，Submaran无人艇、Marlin无人潜航器（上浮至水面）、Vector Hawk无人机同时通过无线电与指挥中心通信；通用动力公司演示了无人潜航器、无人机、潜艇之间的跨域协同能力：Bluefin-21无人潜航器（重型）在水下发射Sand Shark无人潜航器（微型），Sand Shark无人潜航器航行并上浮至水面，将Bluefin-21无人潜航器搜集信息通过无线电传送给Black Hawk无人机，Black Hawk无人机再通过无线电将信息发送给潜望状态的潜艇，潜艇决策后通过Black Hawk无人机向Sand Shark无人潜航器下达指令；海德罗伊公司演示了无人潜航器与无人机之间的跨域协同能力：REMUS 600无人潜航器在水下、水面定位、监控敌方信号，并通过卫星链路将信息发送回控制中心，当接近敌方目标时，REMUS 600下潜并部署无人机发射筒，发射筒上浮至水面后发射Black Hawk无人机执行空中情报监视侦察任务。

通过上述演示场景可知，海上无人装备跨域通信涉及无人机、无人艇、无人潜航器等多类无人平台，采用卫星、水声、超短波、中继通信等异构通信手段，传输遥控遥测、作战指令、侦察情报等具有不同QoS要求的业务类型。同时，相比于有人装备通信，无人装备通信更强调自主性、可靠性、安全性。由此可见，海上无人装备跨域通信所面临的技术问题更多、难题更大^[2]。本文针对海上无人装备跨域集群作战的任务要求，提出无人装备的通信特点，梳理国外无人装备通信系统的发展现状，重点分析了无人装备跨域通信未来的发展趋势。在此基础上，重点从互操作性、自主智能、安全保密、人机协作4个方面，提出要重点研究和突破的关键技术。

1 通信特点

相比有人通信，无人通信更加具有网络化、服务化、自主化、抗干扰、设备小型化等特点^[3]。

1）网络化

无人装备集群作战往往采用集群方式替代有人装备执行协同情报侦察、协同目标打击等任务，因此，对无人装备间协同网络的需求更高。此外，由于无人装备的灵活性、机动性、自主运行等特点，使得装备间组网和网络控制相比有人装备更加困难。

2）服务化

无人装备集群作战往往承担多样化的作战任务，传输的业务类型包括遥控遥测、指挥控制、任务载荷等信息，各类信息在时延、带宽、抖动等方面的QoS需求不同，因此，无人装备通信需根据不同业务类型采用差异化的服务控制保证技术，按需为各类业务提供传输服务。

3）自主化

由于缺少人员的实时操控，无人装备通信自主化、智能化的特点，即能够根据任务需求自动设置网络参数、开设网络，能够自动感知信道环境，灵活调整网络资源，自适应控制链路接入机制、组网路由方式、传输控制方式等。

4）抗干扰

无人装备常常前出执行危险任务，所面临的战场电磁环境更加复杂、恶劣。如果通信链路受到干扰导致中断，将失去我方的有效控制，若链路被敌方接管，将面临被反制的危险。因此，无人装备通信应具有抗截获、高可靠性的抗干扰能力。

5）设备小型化

由于无人装备空间小，对无人通信设备的尺寸、重量、功耗和散热等方面的要求更高。通信设备需采用模块化、标准化、系列化的方式进行设计和部署。

2 发展现状 2.1 无人机

目前，无人机已进入体系化、规模化发展阶段，多采用“三合一”和“四合一”的综合信道体制^[4]。典型无人机通信配置如图2所示。

对于小型战术无人机，多采用视距链路，配有窄带和宽带2种链路。如美军的“影子”200无人机上配备的通信手段主要包括UHF、S频段窄带视距链路和C波段宽带视距数据链，其中UHF、S频段视距链路用于指挥控制信息传输，链路速率每秒几十千字节，C波段视距数据链用于指挥控制和传感器数据传输，速率可达2.2 Mb/s。

对于中高空、长航时无人机，通常都会配备视距、超视距多条通信链路。如“全球鹰”的“机载综合化通信系统”可提供5条通信链路，包括1条8～12.5 GHz、与CDL兼容的、全双工、宽带、空地数据链，1条12.5～18 GHz Ku频段、全双工、宽带卫星通信链路以及3条0.3～3 GHz、具有冗余功能的、用于指挥/控制的、全双工、UHF卫星或视距链路。

2.2 无人艇

有关外军无人艇通信的公开资料很少，分析有两方面原因：一是国外在水面无人艇研究方面开展的时间不长，在水面舰船上应用的通信技术还未在水面无人艇上大量应用；二是水面无人艇的研究目前还属于前沿科技，在军事领域的应用还属于高度保密状态，目前公开的只是探索性质的样机，而更先进、功能更强的水面无人艇还未公开^[5]。

公开资料显示，外军典型的无人艇包括“海上猫头鹰”、AN/WLD-1遥控猎雷系统、X-2号三体无人快速侦察艇、“海上猎手”等。其中，“海上猫头鹰”仅配备了民用单频无线电通信设备进行遥测、遥控和数据传输；AN/WLD-1遥控猎雷系统配有视距、超视距通信手段，视距通过SHF频段可连续传输变深声呐数据，速率高达3.1 Mbps；超视距通信时传输速率降至64 bps，后续将具备卫星通信手段；X-2号三体无人快速侦察艇配有视距链路和卫通链路实现遥测、遥控和数据传输；“海上猎手”配有卫通链路将搜集到的目标潜艇型号等信息传输到反潜指挥中心。

2.3 无人潜航器

美军无人潜航器通信主要采用光纤有线通信，水声、超短波及卫星等通信手段^[6]。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（控制站）较近时，采用水下光纤通信和水声通信；当与母船（控制站）较远时，采用短波、卫星通信，但要求水下无人平台定时上浮至水面才能建立传输信道，这种通信方式容易暴露平台的位置。

美军的“远期水雷侦察系统”（见图3）配有水声通信、卫星通信和无线电通信手段，可将探测到的所有与水雷相似的物体图像通过水声或超短波通信设备传回母艇。“海马”UUV也配有无线电通信、卫星通信和水声通信系统，保证其与潜艇的通信联络。俄罗斯MT-88型UUV配备的无线电通信系统包含超短波电台和卫星通信终端，保障无人潜航器完成通信任务。

3 发展趋势

美国国防部2018年8月发布了《2017−2042财年无人系统综合路线图》^[7]，主要从互操作性、自主智能、安全保密、人机协作4个方面分析了无人装备面临的问题、挑战、机遇，并提出了无人装备未来的发展方向：一是加快通用/开放体系结构、部件模块化及试验鉴定验证等进程，提升无人系统的互用性及体系作战的融入；二是基于人工智能发展不断增强自主作战能力，提高无人系统作战效率和效能；三是加强赛博防御、信息保障和电子战防护建设，确保无人系统作战的网络安全；四是强化建设人机接口、人机编队技术，支撑人机协同的体系化作战的实施。在此基础上，提出了19项需要近、远期发展的关键技术，包括开放式体系架构、网络弹性和稳健性、增加网络和频谱容量、人工智能、机器学习、集群能力、信息安全解决方案、尺寸重量与功耗/小型化技术、增强现实、虚拟现实等。美国无人系统2017−2042年发展主题如图4所示。

根据无人系统发展路线图，其通信系统呈现出以下发展趋势：

1）提高通用化、系列化、标准化能力。未来无人装备通信系统将采用通用开放架构，以模块化、软件化为基础，实现装备通用化、系列化和标准化，支持多平台通信系统兼容、协同工作。

2）提高网络互连互通能力。随着多类无人装备跨域作战需求的出现，传输组网需求也越高，不仅要求同类无人装备进行组网，还要求异构无人装备间进行互连，因此更需要增强网络互连互通能力。

3）提高通信链路抗干扰、安全防护能力。未来无人装备的电磁环境更加恶劣，要求通信系统具备更加良好的电磁兼容性、低截获概率、抗欺骗能力、抗干扰能力，保证无人装备通信系统在恶劣战场条件下稳定、可靠、安全工作。

4）加强人工智能、机器学习等技术的研究与应用。实现对战场环境的频谱自感知、网络自适应，提高无人平台通信的智能化水平。

4 关键技术

参照美军无人装备通信技术发展趋势，在互操作性、自主智能、安全保密、人机协作等方面应发展的关键技术如表1所示。

4.1 互操作性

信息化战场上将有大量的无人平台系统被同时运用，如不能实现无人装备通信通用化，不仅会增加无人装备研制成本，也不利于无人装备统一协调操控。需重点关注使用开放和通用架构，从而达到平台通用控制、集群跨域互连互通等目的。

1）开放式架构

基于软件无线电和面向服务的技术架构，加强无人机、无人艇、无人潜航器平台通信系统标准化、开放式体系结构设计，支撑无人装备通信系统的互操作和灵活配置。

2）通用控制

采用多类型无人平台通用控制技术开展互换性和模块化设计工作，利用公共地面控制站、无人装备互操作配置文件、软件和通用接口，改善模块化和部件的互换性，降低模块成本，并支持快速升级和配置更改。

3）小型化结构

面向无人装备适装性要求，开展通信载荷小体积、低功耗、轻量化技术研究，可通过利用复合材料、电源管理、轻量级软件等途径提高通信载荷设备的集成度。

4）网络化连接

研究无人装备平台可靠组网、低碰撞链路接入、低能耗低时延多跳路由^[8]、跨域/跨介质互连、分布式网络自主运行管理控制等技术，提升无人作战平台和集群综合组网通信能力。

4.2 自主智能

人工智能和机器学习将使无人装备能自主学习并作出高质量决策，最终变革作战空间管理和指挥控制。需重点关注自主决策、智能规划、任务管理等。

1）自主决策

利用人工智能、机器学习、大数据、云计算等动态组织多信道串并联互通，感知战场环境，评估优选信道链路，自适应调整波形/频宽/功率，自主调整信息传输策略，支持多域韧性通信网络，解决大机动作战环境下的通联效率低的问题；结合信道检测技术，实时监测信道状态，通过网络控制动态调度信道资源；通过智能化综合组网协议，进一步提高网络间的互连互通与灵活性组网^[9]。

2）智能规划

积累历史通信数据，建立通信网络能力模型库，利用数据挖掘、案例推理等大数据处理技术，结合匹配算法，自动生成通信保障方案；根据通信态势变化，利用辅助决策算法对网络参数、通信策略和业务应用进行智能临机调整；通过机器学习和训练，可自主生成与作战任务相匹配的通信保障方案。

3）任务管理

研究基于作战任务的智能任务分解技术、基于任务流程的角色分配技术。

4.3 安全保密

在高冲突和复杂电磁环境下，无人平台通信面临的电子对抗形势日趋严峻，其抗干扰、抗欺骗、抗截获能力显得尤为重要。需重点关注新型量子加密、综合协同防御等。

1）网络安全

研究适应高机动特性的双向安全接入认证体制，屏蔽和隔离典型信息欺骗、篡改等，配置网络备份、子网切换、手段备用等通信恢复机制，将无人通信的网络安全从能抵抗住攻击（健壮性）转变为能弹性安全，使得通信网络具备从攻击中恢复的能力。

2）密码加密

增加无人平台密钥和数据的安全性，建立强逻辑的销毁触发机制，应用新型量子加密技术、量子密钥网络分发技术提高信息传输的安全性。

3）电磁频谱适应

研究基于认知无线电的频谱自适应、信号抗截获通信，加强对电磁频谱的高效、灵活和敏捷操作。研究高功率微波/电磁脉冲防护技术，提高通信载荷在强电场条件下的生存能力，增强无人装备在复杂电磁环境中的适应能力。

4）综合协同防御

基于云共享威胁信息、区块链同步认证技术，实现多节点协同响应，形成综合安全态势，协调各安全防护装备，对无人装备的攻击事件进行有效应对和处置。

5）通信对抗

以攻代守，从电磁侦测与干扰、网络分析与攻击等方面对敌方无人平台开展截获、干扰、欺骗等^[10]。

4.4 人机协作

人机接口用于对无人装备进行操控并从其收集信息，每个操控者可控制多个无人平台，从而实现从操控者向任务管理者的角色转变。需重点关注通过感官、神经实现人机交互通道，减少人员操控复杂度。

5 结　语

海上无人装备跨域集群作战在未来海战中扮演越来越重要的角色，其通信网络的构建将直接影响作战效能的发挥，通信技术的发展也面临着更多的难点。本文针对海上无人装备跨域集群作战的任务要求，总结出无人装备的通信特点，分析了国外无人装备通信系统的发展现状与发展趋势，并从互操作性、自主智能、安全保密、人机协作4个方面，提出要重点研究和突破的关键技术，旨在为海上无人装备跨域通信网络的发展提供一定的技术支撑。