聯合戰術無線電系統(JTRS)

英文名稱:Joint Tactical Radio System (JTRS)

研製國家:美國

研製時間:1995年

部署時間:2000年

系統簡介

21世紀的數位化部隊將對通信速度、容量、互通性有更高要求,設備的規範化、小型化、擴展頻段、減少電臺品種和數量等是目前軍事通信亟待解決的問題。為此,美國國防部倡議的聯合戰術無線電系統(JTRS)計劃將開發一種適用於所有軍種要求的電臺系統系列,它可覆蓋2MHz~3GHz頻段,後向相容傳統系統,實現多種新的先進波形,極大增強部隊之間的互相通信能力。JTRS將成為數位化戰場環境中作戰人員通信的主要手段,是未來軍事通信的基本組成部分。聯合戰術無線電系統(JTRS)計劃是美國正在集中研製和生產能經多波段、模式和網路傳輸話音、視頻和資料信號的一種無線電系統。聯合戰術無線電系統將為美軍各軍種節約大筆經費,並提高其互通能力。

體系結構和關鍵技術

JTRS的體系結構

JTRS系統的體系結構是以國防部PMCS(可編程模組通信系統)綜合小組指導文件定義的JTRS系統參考模型(SRM)為基礎,將消除煙囪式的無線電臺採購方式,增強互通能力。SMR包括實體參考模型(ERM)和軟體參考模型(SwRM),其中,ERM包含8個功能實體:RF、Modem、Black-side處理、資訊系統保密(INNFOSEC)、網際互聯、系統控制、人機介面(HCI)及一種臨界系統(為滿足國家安全局簽署的要求而設的黑色互連和紅色互連)。SwRM涉及SMR中的各功能實體軟體及這些實體之間的軟體關係。JTRS系統的開放性和模組化主要在軟體中實現,因此,對軟體的要求是:模組化,能適應不同硬體結構:可擴展,能適應質的增長(如功能、波形、網路、介面的增加);可伸縮,能適應量的增長(如模組加倍以適應多個通道):可移植,與硬體、互連方式、作業系統獨立;可靠,將採用國家安全局“委託功能完備模組”進行設計;可複用,能提供波形、功能和基元庫及其維護;開放性,將利用商用語言、介面和工具。

關鍵技術

JTRS的實施將有賴於幾項關鍵的啟動技術,為此,美國國防高級研究計劃局(DARPA)正在尋求解決一些關鍵技術,包括:
  1. 射頻微機電系統(MEMS)
    MEMS是採用整體表面微切削加工積體電路處理技術裝配的電子或機械設備。射頻MEMS技術提供了一種方式,可在一塊晶片上產生小型的、可調的、高性能的無源元件,可徹底改革RF信號的處理。該技術將有可能實現真正的高性能、低成本的單晶片射頻系統。

  2. 先進的射頻專用積體電路(RF ASIC)
    儘管現代ASIC技術在窄帶、單模式、蜂窩手機等方面的應用已達到較高級的集成,但仍難以支援多模式、多通道、寬帶的JTRS要求,因此迫切需要開發低功耗、大容量、更小型的電子設備。先進的射頻專用積體電路(ASIC)技術將可能使JTRS的硬體獲得徹底改變。

  3. 可編程射頻(RF)前端
    DARPA正在研究可編程RF前端接收機原理,把新的射頻電路、模/數變換器(ADC)、數位信號處理(DSP)以及封裝技術最佳組合,設計出一種新型、高度通用的接收機系統。這種接收機組合了以可調諧RF濾波器和軟體可編程DSP為基礎的微機電系統(MEMS),提供高度靈活性和可編程能力,並降低成本。

  4. 模/數(A/D)變換器
    模/數變換器(ADC)正在向以較高的速率把信號數位化的方向發展。這種演變使新的、高度靈活的JTRS成為可能。其他ADC技術的發展允許在較高的輸入頻率直接進行數位化——大大簡化了射頻前端的設計。

  5. 可編程數據機(Modem)
    可編程Modem負責把資訊(話音和資料)映射到射頻載波。有關專用波形的大部分處理都在這塈髡芋A因此大部分軟體複用也是在這媢窶{。工業部門正在加大力度研製功能更強、功耗更低的數位信號處理器。

  6. 可編程資訊安全(INFOSEC)
    研製可編程資訊安全(INFOSEC)模組是JTRS SRM成功的一個關鍵部件。不研製這種模組,JTRS系統的靈活性及成長性就會受到傳統加密設備的限制,或者要對硬體進行改進。目前正在利用全部可編程的超標量結構研製INFOSEC模組,同時支援多個處理。這些模組可支援多種傳統加密演算法以及未來的高資料率演算法。

  7. 先進的組網技術
    JTRS系統的應用包括陸、海、空軍,因此要開發先進的組網技術,包括無線通道上的資料組網。傳統上組網技術是為有線通信基礎設施研製的,在這種環境中,現有網路協定是最佳的。但是,當前軍/民航空應用還應包括無線通信通道上的資料組網。這些通道的特性與有線基礎設施不同,誤碼率高且可變、傳輸時延長以及不斷變化的連接拓撲結構。這些特性就要求修改或擴充現有協定標準,而且,如果要求有線網路與無線網路互通,那麼也必須修改那些端-端(如TCP)協定。除了協定必須修改外,軍事用戶還有其他網路需求,應能規定業務質量(QOS),如延遲範圍等。

  8. 實現軟體技術
    JTRS概念中對系統的即時操作系統和應用軟體有嚴格的時間要求。同時需要高檔的開發環境以便快速地進行應用規模的測定、原型設計、開發調試和實現複用。目前,正在發展的JTRS作業系統是基於Windows NT中Win32 API的即時內核。
戰術電臺系列,從波形有限、低成本的終端到多頻段多模式多通道、可網路互聯的電臺。

工作頻譜為2~2000MHz,可傳輸話音、資料和圖像。
協同工作,並可與現有電臺互連互通。
具有開放的體系結構。
硬體/軟體模組化,便於升級及新技術的引入。
波形、功能可編程可擴展至多種應用領域(如移動、固定台站,艦載,機載)

發展過程

JTRS計劃於1997年8月獲得美軍TROC(聯合需求審查委員會)批准,由投資最多的陸軍作為該計劃的牽頭兵種, 美陸軍為研製這種聯合無線電制定了未來無線電任務需求書。國防部成立了JTRS辦公室(JPO)負責制定和監督JTRS的發展進程和過渡計劃。

JTRS計劃分三個階段進行。第一階段為體系結構定義階段,三個集團公司,即波音公司、摩托羅拉公司(軟體電臺-21[SR-21C]公司)和雷聲公司(模組化可編程軟體電臺[MSRC]公司都參加了第一階段的JTRS計劃,第一階段已經完成。

第二階段旨在開發和驗證JTRS軟體體系結構。1999年10月,雷聲公司MSRC簽定了JTRS計劃第二階段的合同,合同價值為2170萬美元,按計劃將於2000年12月完成。

第三階段將是JTRS系統的採辦階段。軟體通信體系結構(SCA)確定後,JTRS計劃將進行最後一步,即大量生產該戰術電臺並配備到各個作戰部隊,同時還要根據技術的發展對體系結構進行升級。2001~2003財年進行工程開發和生產開發,產品生產計劃從2004年開始。預計JTRS生產速度在2005和2006年將全面提高,以後將以每年15000部JTRS的速度生產。預計JTRS計劃在2009年以後仍將繼續下去,這是由於為了能使美國陸軍多部門相相容所需的很多系統,而且完全用新的增強型JTRS通信系統裝備的很多系統。

美國國防部正在向潛在的國際夥伴發起宣傳攻勢,以使其幾百萬美元的聯合戰術無線電系統成為戰術通信系統的國際標準。目前,JTRS計劃正處於第二步階段,MSRC已推出SCA 0.1,0.2,0.3三個版本,並且正在進行不斷的更新和完善。

未來部署預測

現今美軍各軍種的物資清單上大約有75萬部戰術電臺,近幾年來有30個不同系列和125種以上的型號,這些電臺大部分不能互通,能與盟軍互通的電臺更少。它們大半功能單一,工作在一個頻段,只能收發一種獨特的波形。這些“傳統”電臺幾乎沒有組網的能力,需要採用複雜的方法才能組網。它們的價格也比較昂貴,並且需要昂貴的硬體來增強或增加其能力。

不妨設想一下,如果美國陸軍、海軍、空軍和海軍陸戰隊的人員全都使用一種戰術電臺(包括多種型號,而且掌上型、背負式、車載式、機載式、艦載式和固定式結構均可相互相容),國防部可以節省多大一筆研製和後勤保障費用!而這正是美國防部和各軍種聯合戰術無線電計劃的目的。國防部被責成使JTRS成為全軍四個軍種未來的電臺,所有其他電臺將逐漸被淘汰。1998年,高級別的國防部政策備忘錄停止了其他新電臺的研製工作(只有三個計劃例外),以迫使全軍快點“過渡”到JTRS上。JTRS是實現2010資訊優勢的聯合構想目標的最重要手段,是戰術通信升級能力、聯合部隊及盟軍部隊之間互通性的保證,美軍已確定在未來戰術通信結構(即指戰員資訊網戰術部分WIN-T)中採用JTRS。

據報道僅美國陸軍就至少需要14.5萬部JTRS來代替目前正在服役的30.9萬部電臺。美海軍希望使用JTRS來滿足戰場識別需求,而以前主要由現已取消的SABER計劃來滿足需要。美空軍和海軍陸戰隊也希望採購JTRS,儘管這兩軍需要多少JTRS系統還不清楚。美國防部擬將JTRS替換現有的25~30個系列的75萬部電臺,由此可見,美軍對JTRS寄予了很大的期望。

朱早紅
資料來源:

  1. JTRS,FI/DMS C3I Forecast,2000,(5)
  2. OPERATIONAL REQUIREMENTS DOCUMENT (ORD) FOR JOINT TACTICAL RADIO(JTR),JPO.1998.3
  3. 2000世界軍事電子資訊學術會議, 2000.8
  4. 美軍聯合戰術無線電系統/陳亞來等//外軍電信動態.—2000,(5).—56~59
  5. 聯合戰術無線電臺系統概述/羅巧雲//未來軍事通信論文集.—83~89