郜玲 鄒博 王立強(qiáng)

摘要：針對(duì)高動(dòng)態(tài)復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中地形環(huán)境和電磁干擾等對(duì)直升機(jī)低空通信的影響，以聯(lián)合環(huán)境感知、融合信息處理與決策、節(jié)點(diǎn)自適應(yīng)配置與重構(gòu)為核心，研究了具有認(rèn)知功能的直升機(jī)低空通信系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)直升機(jī)戰(zhàn)場(chǎng)情報(bào)態(tài)勢(shì)和指揮控制信息的可靠、高效、遠(yuǎn)距離傳輸提供了理論支持。

關(guān)鍵詞：認(rèn)知無線電；系統(tǒng)組成；電磁干擾

中圖分類號(hào)：TP312文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1008-1739（2022）20-57-4

0引言

在信息化戰(zhàn)場(chǎng)上，各種信息化裝備的使用，不僅使電磁環(huán)境變得不穩(wěn)定、頻譜利用率逐漸降低，頻譜資源也越來越匱乏。尤其對(duì)直升機(jī)來說，低空作戰(zhàn)環(huán)境導(dǎo)致的信號(hào)獲取方式更為復(fù)雜。文獻(xiàn)[1]指出，認(rèn)知無線電（Congnitive Radio， CR）技術(shù)是提高直升機(jī)低空通信質(zhì)量的前沿技術(shù)，該技術(shù)具備特殊性能，不僅能夠提高軍事通信的頻譜利用率，還能提升軍事通信系統(tǒng)的整體性能。

認(rèn)知通信是指在通信中使用CR技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能化功能的現(xiàn)代通信[2]。CR的概念于1999年由Joseph Mitola教授在軟件無線電基礎(chǔ)上首次提出，它是一個(gè)智能化的無線通信系統(tǒng)，能夠自動(dòng)感知周圍電磁環(huán)境，根據(jù)感知得到的電磁環(huán)境參數(shù)進(jìn)行分析、學(xué)習(xí)、重構(gòu)和規(guī)劃，主動(dòng)改變系統(tǒng)內(nèi)部的通信參數(shù)（包括發(fā)射載波、調(diào)制方式和編碼策略等），以最有效、最快捷的傳輸方式完成無線通信[3]。與軟件無線電相比，其最大的特點(diǎn)是智能化，主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：一是具有感知無線電電磁環(huán)境的能力，即認(rèn)知能力；二是通過感知得到的結(jié)果靈活重構(gòu)設(shè)備傳輸參數(shù)從而提高通信質(zhì)量的能力，即重構(gòu)能力[4]。因此，在軍事通信中使用CR技術(shù)是非常有必要的，能夠?yàn)闈M足各種作戰(zhàn)樣式下的直升機(jī)低空通信提供可靠保障。

1認(rèn)知通信發(fā)展情況

1.1國(guó)外認(rèn)知通信研究現(xiàn)狀

在認(rèn)知通信研究方面，美國(guó)國(guó)防部在下一代無線通信（Next Generation Communication，XG）項(xiàng)目中研制了頻譜捷變無線電，這也是第一代軍用CR產(chǎn)品。該電臺(tái)可以動(dòng)態(tài)適應(yīng)變化的無線環(huán)境，通過在頻率、時(shí)間和空間上動(dòng)態(tài)地感知和自適應(yīng)來增加頻譜的利用率[5]。美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局正在開展的新一代無線網(wǎng)絡(luò)（Wireless Network after Next，WNaN）項(xiàng)目，研制利用低成本認(rèn)知無線電臺(tái)組成智能自適應(yīng)的戰(zhàn)場(chǎng)無線網(wǎng)絡(luò)[6]。美國(guó)的相關(guān)科研項(xiàng)目主要研究CR系統(tǒng)方法和關(guān)鍵技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)基于CR技術(shù)的動(dòng)態(tài)頻譜應(yīng)用；歐洲的一些項(xiàng)目主要關(guān)注無線電網(wǎng)絡(luò)中頻譜的動(dòng)態(tài)分配和流量控制機(jī)制，以及研究如何通過端到端重配置網(wǎng)絡(luò)和軟件無線電技術(shù)將未來不同類型的無線網(wǎng)絡(luò)融合起來，同時(shí)對(duì)基于CR應(yīng)用的市場(chǎng)模型、CR網(wǎng)絡(luò)的定價(jià)策略和計(jì)費(fèi)策略也進(jìn)行了初步研究[7]。

1.2國(guó)內(nèi)認(rèn)知通信研究現(xiàn)狀

與國(guó)外認(rèn)知通信發(fā)展相比，國(guó)內(nèi)的研究起步較晚，近年來正在積極開展相關(guān)的研究。在2005年首次支持了CR關(guān)鍵技術(shù)的研究，開展了網(wǎng)元敏捷重構(gòu)和智能化技術(shù)的研究；在一些相關(guān)項(xiàng)目中，也都開啟了軍事通信領(lǐng)域的智能化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，以軍用通信網(wǎng)為重點(diǎn)研究對(duì)象，構(gòu)建具備“多域認(rèn)知、集約服務(wù)、敏捷重構(gòu)”能力的體系結(jié)構(gòu)模型，達(dá)到提升軍用通信網(wǎng)絡(luò)體系作戰(zhàn)效能的目的。除此以外，各高等學(xué)校和科研院所也積極開展了認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究工作，并在認(rèn)知無線網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、智能端到端可重配置技術(shù)、基于認(rèn)知的無線傳輸機(jī)理、智能的動(dòng)態(tài)無線資源管理與控制機(jī)制等方面取得了一定的研究成果。近十年以來，國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)也針對(duì)CR技術(shù)的發(fā)展審批了相關(guān)基金項(xiàng)目，為科研人員從事這方面的研究提供了資金支持[8]。

2認(rèn)知技術(shù)在直升機(jī)通信場(chǎng)景下的應(yīng)用

針對(duì)現(xiàn)有直升機(jī)低空通信系統(tǒng)無法滿足在遠(yuǎn)距離、復(fù)雜電磁環(huán)境和惡劣地形條件下的通信保障問題，分別分析認(rèn)知技術(shù)在直升機(jī)各個(gè)通信場(chǎng)景下的具體應(yīng)用。

2.1多手段融合通信

針對(duì)實(shí)際場(chǎng)景中直升機(jī)編隊(duì)與指揮所遠(yuǎn)距離通信問題，通信節(jié)點(diǎn)綜合運(yùn)用短波、超短波和衛(wèi)星等多種傳輸手段，能夠有效保障編隊(duì)與指揮所之間通信的有效性及可靠性，同時(shí)提升多維網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率[9]。多手段融合通信系統(tǒng)示意如圖1所示。

首先，傳輸層的各種傳輸設(shè)備感知各自傳輸信道的狀態(tài)，如鏈路帶寬、時(shí)延和誤碼率等指標(biāo)，將感知數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并上報(bào)給控制層的融合分析處理模塊，以進(jìn)行各種傳輸資源的可用性和可靠性分析及預(yù)測(cè)。

其次，控制層的智能決策模塊通過智能綜合控制器重配技術(shù)，依據(jù)對(duì)各種傳輸手段的評(píng)估結(jié)果，結(jié)合應(yīng)用層業(yè)務(wù)的QoS要求，決策確定適合當(dāng)前場(chǎng)景和業(yè)務(wù)下的傳輸組合方式，并依此確定消息轉(zhuǎn)換適配機(jī)制和傳送控制策略。當(dāng)上層應(yīng)用產(chǎn)生文本、話音、圖像和多媒體等數(shù)據(jù)時(shí)，由消息處理模塊完成通用業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與格式化傳輸消息間的信令/內(nèi)容轉(zhuǎn)換適配，并進(jìn)一步在傳送控制模塊的調(diào)度下完成格式化消息在選定傳輸設(shè)備上的收發(fā)控制，最終實(shí)現(xiàn)多種傳輸手段的融合組織運(yùn)用[10]。

2.2敏捷適變抗干擾通信

針對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景中存在的電磁干擾問題，基于CR技術(shù)，通過通信波形重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)的敏捷適變抗干擾通信，能夠確保復(fù)雜電磁干擾環(huán)境中信息的安全可靠傳輸，提升低空區(qū)域通信能力[11-12]。敏捷適變抗干擾通信系統(tǒng)示意如圖2所示。

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