Перспективы развития радиостанций, управляемых программным обеспечением

ВИНИТИ

Серия «ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА РАЗВЕДЫВАТЕЛЬНЫХ СЛУЖБ ЗАРУБЕЖНЫХ ГОСУДАРСТВ»

№8-2005, стр. 16-23

Перспективы развития радиостанций, управляемых программным обеспечением

В статье «SDR - The Wave of The Future» (журнал «Armada International» дается краткая история появления, развития и перспектив радиостанций (PC), управляемых программным обеспечением (или программируемых радиостанций) (SDR - Software Defined Radios) в военном деле.

В 80-х годах PC имели следующие основные отличительные характеристики:

- архитектура, главным образом основанная на аппаратных средствах;

- зависимость от комбинации Asic (Application Specific Integrated Circuits -специализированные интегральные схемы) и DSP (Digital Signal Processing - цифровая обработка сигнала);

- функционирование в одном частотном диапазоне и на одном канале с небольшим числом интерфейсов MIL-STD (военный стандарт);

- наличие криптографических алгоритмов, реализованных на внешних аппаратных средствах.

В 90-х годах началось развитие радиостанций, управляемых программным обеспечением. Они были специфичными для компании, которая их разрабатывала, и не были портативными. Стали возникать впервые логические матрицы, программируемые пользователем (Field Programmable Gate Arrays), постепенно замещая аппаратные средства Asic. Одноканальные PC начали поставляться в войска, и они также могли работать в нескольких частотных диапазонах, в соответствии с требованиями оператора. У них были более гибкие интерфейсы MIL-STD, и впервые включали интерфейсы с последовательным портом коммерческого стандарта. Криптография для этого класса PC оставалась основанной на аппаратных средствах, но была, наконец, внедрена внутрь самих аппаратов. С введением программы JTRS (Joint Tactical Radio System - единая тактическая система радиосвязи) разработчики перешли от специфичной архитектуры программного обеспечения к общедоступной. Это позволило ввести переместимость различных форм сигналов для PC различного типа безотносительно производителя, в пределах всей SCA (Software Communications Architecture - архитектура программируемых средств связи) JTRS, создавая «общую рабочую среду». В дополнение к голосовой связи и передаче данных, достаточная полоса пропускания обеспечила поддержку видеосредств. Интерфейсы Ethernet в настоящее время включаются в состав аппаратов. Интегральные схемы Asic были полностью замещены в SDR процессорами общего назначения, а реализация криптографических функций в SDR, особенно в случае с JTRS, была перемещена на внутренние, но уже программируемые, микросхемы.

В настоящее время интерес к SDR особенно проявляется в пределах широкомасштабной программы JTRS (США), которая предусматривает замену 750 000 радиостанций 30 семейств во всем Министерстве обороны США. Для организации функционирования PC SDR используются скорее не новые специализированные решения в области аппаратных средств, а достижения в программном обеспечении. Базой для JTRS является SCA, эквивалент стандарта для персональных компьютеров в области радио, который позволяет сохранять большое количество разнообразных форм сигналов, используемых Министерством обороны, в виде программного кода в радиостанции, которые могут быть применены при необходимости. Начальным комплектованием JTRS-радиостанций группы 1 (Cluster 1), явятся PC, поддерживающие 33 типа сигналов. Будучи выраженными в данной форме, совместимой с SCA, эти типы сигналов могут переноситься на каждую PC JTRS с гарантией, что все такие радиостанции могут взаимодействовать друг с другом, а также быть обратно совместимыми с существующими традиционными PC, которые они будут первоначально дополнять, но в конечном счете заменят. Многоканальное одновременное функционирование, так же как и множество форм сигналов, позволяют одной PC заменить множество одноканальных, с одним типом сигнала, радиостанций, экономя место на многих ограниченных в пространстве платформах, таких как в области армейской авиации. Уменьшение количества PC также сокращает финансовые затраты. Хотя в настоящее время каждый аппарат является индивидуально более дорогостоящим, чем типичная PC, суммарная стоимость существующих радиостанций, которые будут заменены JTRS, весьма значительна. JPO (Joint Program Office - Управление по разработке совместных программ) JTRS оценивает, что ТАСР (Tactical Air Control Party - Команда управления тактической авиации) ВВС сэкономит более 300 000 долл. на каждом подвижном средстве, которое она будет оснащать радиостанцией JTRS.

Новые радиостанции

Аппаратно реализованные, с одной формой сигнала PC устарели, и будут в итоге заменены SDR. В то время как такая цель не подлежит сомнению, различные страны ищут различные пути к ее достижению, балансируя между необходимостью замены их устаревающего оборудования сегодня и предвидением потенциала эксплуатационных характеристик следующего поколения через несколько лет.

США продолжают закупать значительные количества PC. Хотя США планируют приобрести 138 913 ед. PC Claster 1 в 2005 г., они продолжают инвестировать значительные суммы в радиостанции, не входящие в категорию JTRS.

Франция, как и США, следует передовой программе SDR, и в то же время приобретает новые PC, основанные на текущей технологии. В 2004 г. компанией Thales планировалось поставка первых PC PR4NG, известных в коммерческом применении как радиостанция F@stnet, для французской армии. Такая PC работает в диапазоне VHF (very high frequency - очень высокая частота) от 30 до 88 МГц, имеет изменяемую выходную мощность до 10 Вт и сигнал формы ЕССМ (electronic counter-countermeasures - противодействие преднамеренным радиопомехам) 64 кбит/с.

Несколько других стран в Европе также находятся в процессе приобретения радиостанций. Финляндия приобрела PC CNR9000 VHF и HF (high frequency -высокая частота) производства Tadiran Communications. Ожидалось, что компания объявит об увеличении скорости передачи данных с 32 кбит/с до 64 кбит/с в течение 2004 г. Tadiran также имеет соглашение с компанией Terma (Дания) о поставке PC в Скандинавию и другие страны Европы. В 2003 г. Венгрия присоединилась к Норвегии в выборе Kongsberg MRR, а Болгария разворачивает PC Harris Falcon II как часть Marconi Selenia, начального этапа программы Field Integrated Communications and Information System (войсковая комплексная система связи и информации).

Возможность многостороннего взаимодействия сетей также играет свою роль в приобретении оборудования. Большое количество стран выбрало новые PC для поддержки их деятельности. В этой связи следует отметить компанию Harris, преуспевшую в проектах связи в рамках программы НАТО PFP (Partnership For Peace - партнерство во имя мира), с ее семейством Falcon II.

ITT (International Telephone and Telegraph Corporation - "Международная телефонная и телеграфная корпорация", ИТТ (США)) проводила в 2004 г. испытания портативной PC Spearhead. Spearhead представляет собой защищенную PC, совместимую с Sincgar и JTRS, с выходной мощностью 2 Вт, которую предполагается, по результатам войсковых испытаний, повысить до 5 Вт. Аппарат с модульной структурой может быть разобран на 3 заменяемые пользователем части: интерфейс, модуль частот и батарея. Отмечается, что данная PC находит стабильный спрос в силах специального назначения и военизированных формированиях. Spearhead предлагает 2320 каналов с одноканальным режимом и режимом скачкообразной перестройки частоты, работает в полосе частот 30-88 МГц, и является перепрограммируемой с помощью программного обеспечения. Данная PC проходила испытания в Африке и одной из восточно-европейских стран.

Другие активно следуют курсу PC с программным обеспечением. Швеция приступила к выполнению проекта обновления ее структуры военных средств связи до 2010 г. Было подписано соглашение с JPO JTRS о внедрении сигналов, соответствующих стандарту на мобильную связь (tetra waveform) в SCA, а также использовались PC, поставляемые США, включая Rockwell Collins Talon, для исследования организации сети временного назначения. Швеция также следует закупкам SDR тактического уровня в рамках программы CTRS (Common Tactical Radio System - объединенная тактическая система радиосвязи), которая должна претвориться в жизнь после 2007 г.

Швеция также является покупателем пробного количества M3TR (производства Rohde & Schwarz), по сообщениям, первой одноканальной SDR на рынке. M3TR, произведенная в местном масштабе компанией ЕГО, эксплуатируется в Португалии, а также была экспортирована в Бельгию и Бразилию.

Финляндия также имеет программу развития, связанную с поставками армейских и флотских SDR с 2009 г.

В настоящее время Франция следует трем направлениям деятельности в области разработок SDR: демонстратор WBWF (Wide Band Waveform - широкополосный сигнал), MMR (Multimode Multirole Radio - многорежимная многоцелевая радиостанция), а также будущая Software Architecture (архитектура программного обеспечения). Целью является применение указанных проектов для разработки и поставки в войска широкополосной радиостанции, определяемой программными средствами «PR2», с потенциальным использованием JTRS SCA, к 2010 г. Работа над этим проектом ведется Thales и поддерживается Raytheon в области внедрения архитектуры программного обеспечения средств связи.

В некоторых странах исследуется гибридный подход с возрастающим приобретением PC SDR совместно с закупками других систем. Бельгийская система Bams должна быть заменена приблизительно с 2012 по 2015 гг. Однако рассматривается вопрос приобретения новых SDR в период 2007-2008 гг. для установки на новые бронированные боевые машины. Подобный подход обсуждается в Великобритании в рамках программы Future Rapid Effects System (программа будущей системы быстрого влияния). Отдельно от этого, по сообщению JTRS JPO, Великобритания приобретет устанавливаемые на подвижных средствах JTRS-радиостанции Cluster 1, через Foreign Military Sales (иностранные военные продажи).

Существует несколько возможностей в области радио в Восточной Азии; вероятно, наиболее значительным является южнокорейский проект Force Integration Project 216 (интеграция вооруженных сил) для замены производимой по лицензии номенклатуры AN/PRC-77/VRC-12 диапазона VHF и совместной программы оцифровывания Po-Sheng на Тайване. Япония состоит в кооперации с Radio Cooperative Research Programme (совместная программа исследований в области радио) Управления по разработке совместных программ JTRS и, с поддержкой Raytheon, финансирует компанию NEC для разработки архитектуры программного обеспечения средств связи узко- и широкополосных SDR. ITT сообщает о наличии новых заказчиков на ее продукцию ATCS на Среднем Востоке.

Магистральные PC

В то время как тактические сети используют приборы VHF и HF диапазонов для поддержки связи между подразделениями в полевых условиях, более высокие требования к объему информации ведут к внедрению широкополосных магистральных радиостанций диапазона UHF (ultrahigh frequency - ультравысокая частота, УВЧ) с более высокими возможностями. Эти PC предлагают значительно большую пропускную способность, чем 16-64 кбит/с и 4,8-9,6 кбит/с, предлагаемых существующими PC диапазонов UHF и HF.

В данной области лидируют два американских производителя: Raytheon с ее системой EPLRS (Enhanced Position Location Reporting System - модернизированная система определения и уточнения местоположения) RT-1720(V) и ITT с радиостанцией Mercury, которые поставляются в войска вооруженных сил США. PC Mercury была также выбрана Великобританией как часть решения General Dynamics для обеспечения требований HCDR (High Capacity Data Radio - радиосредства передачи данных высокой пропускной способности, компания Bowman). Скорость передачи данных для HCDR составляет 1 Мбит/с, в то время как такая скорость для Mercury NTDR (Near Term Data Radio) равна 360 кбит/с, a EPLRS - до 525 кбит/с.

США применяет 574 PC Mercury для поддержки связи в интересах Tactical Operations Center (центр тактических операций). Великобритания выбрала внедрение ее более 3400 HCDR по всему ее тактическому Internet, при этом приблизительно 1 из 6 подвижных средств, оборудованных аппаратами компании Bowman, поставляется с HCDR. Несколько других стран (Канада, Германия, Нидерланды, Швеция и неназванная страна в Азии) приобрели Mercury для апробирования. Канада, которая приобрела приблизительно 40 PC Mercury, также рассматривает модернизацию ее систему тактической связи Iris, на которой General Dynamics основала ее решение -Bowman, и рассматривает возможную модернизацию в сфере пропускной способности. Raytheon поставил 10 000 из 12 900 систем EPLRS (2004 г.), заказанных Army Acquisition Objective общим количеством 33 000. Также вызывает интерес в США и нескольких странах магистральная 19-канальная широкополосная (1300-1500 МГц) PC AN/VRC-99A третьего производителя широкополосных систем BAE Systems North America.

JTRS

Два кластера из программы JTRS направлены на выполнение требований к PC, устанавливаемым на тактических подвижных средствах, и портативным радиостанциям: Cluster 1 обеспечивает 3-х и 4-канальные PC, a Cluster 5 ответственен за обеспечение портативных, ручных и встроенных радиостанций.

Контракт Cluster 1 (до 856 млн .долл.) включает разработку и демонстрацию системы (System Development and Demonstration), а также Lrip (Low Rate Initial Production - маломасштабное первичное производство) радиостанций Cluster 1. Данный контракт был выигран в июне 2002 г. Boeing Integrated Defense Systems. Кооперация Boeing включает TRW Tactical Systems, Rockwell Collins Government Systems, BAE Systems Communications и Harris RF Communications. Полномасштабное производство намечается на 2007 - начало 2008 гг. На это время Министерство обороны США оставило за собой право открытия нового конкурса на производство приемников Cluster 1. Начало экспорта радиостанций по программе продажи вооружений иностранным государствам (FMS - foreign military sales) планируется с 2009 г.

В июне 2003 г. JPO JTRS начало разработку JTRS Cluster 5. Данный кластер будет обеспечивать ручные, портативные и встроенные аппараты SFF (size to fit form -вписать в форму), сконструированные для соответствия ограничениям по размеру, весу и электропитанию в системах в диапазоне от Land Warrior до Joint Direct Attack Munition. Присуждение контракта было назначено на февраль 2004 г. Требуется более 165 000 радиостанций: 73 000 ручных, 44 000 портативных и 47 000 встроенных SFF-аппаратов.

В качестве отдельных, JTRS-кластеры Cluster 3 и 4 были объединены и переименованы в AMF (Airborne Maritime Fixed - направленные на воздушные и флотские средства), показывая принадлежность программы к воздушным силам и флоту.

Специальные операции

Требования сил специального назначения к средствам связи делают особый акцент на автономность, внутрикомандную связь, а также способность Bloc (Beyond Line of Sight - за пределами наблюдения). Специальные силы не имеют преимуществ ретрансляционных сетей или другой инфраструктуры для поддержки операций.

Автономность, вероятно, является определяющей характеристикой сил специального назначения, и были разработаны PC для соответствия этой потребности. В 90-х годах радиостанции MMR (multimode radio - многорежимная радиостанция) начали поставляться в спецназ, предлагая покрытие диапазонов частот HF, VHF и UHF одной PC. Это устраняет необходимость для бойца нести на себе несколько радиостанций.

Socom США (Special Operations Command - Командование специальными операциями) использует номенклатуру PC, главным образом включающую Harris AN/PRC-150, AN/PRC-117F (30...512 МГц), а также Raytheon MBMMR.

Однако следует отметить, что различия в требованиях сил специального назначения и обычных войск к средствам связи становятся расплывчатыми. Опыт операций в Ираке показывает, что переход к действиям с меньшими обычными силами на земле означает большую потребность в способностях Bloc, характерных для специальных операций. Такая потребность имеет тенденцию к применению спутниковой тактической связи в диапазонах HF, а также UHF, для быстро перемещающихся колонн, которые опережают их инфраструктуру.

Миниатюризация

Использование коммерческих готовых технологий в области сотового ТОМА (time-division multiple access - многостанционный доступ с временным разделением каналов) дало толчок к коммерческому направлению в миниатюризации. За исключением современной радиоэлектроники, PC в настоящее время основаны на программном обеспечении с существовавшими ранее Asic и функциональностью, замененной на программируемую логику FPGA (field programmable gate array -программируемая логическая микросхема в условиях эксплуатации). Благодаря миниатюризации, внутри корпуса EPLRS сейчас остается очень много свободного пространства. Несмотря на данный факт, Министерство обороны США не выбрало корпус меньшего размера, так как это потребовало бы расходов на изменение конструкций установочных узлов подвижных средств. Тем не менее, Raytheon самостоятельно последовательно разработал EPLRS Lite (2002) и Micro-Lite, размером с пачку сигарет (2003). Оба варианта имеют возможности стандартного EPLRS, но используют радиочастотный усилитель мощностью 5 Вт, питающийся от батареи. При этом, однако, мощность сигнала меньше, чем у стандартного EPLRS, питающегося от бортового аккумулятора подвижного средства.

Снимаемые PC

Может создаться ситуация, когда радиостанцию необходимо снять с поврежденного подвижного средства и работать с ней как с переносной. В JTRS Cluster 5 учтена необходимость интерфейса Vehicular Interface Unit, который позволял бы устанавливать PC на подвижное средство и в то же время поддерживал возможность автономного функционирования на батареях. При таком подходе производители также заинтересованы в возможностях установки ручных PC на подвижные средства, включая их в системы этих средств. Это позволит сохранить мобильность PC, и в то же время позволяет использовать возможности радиоусилителя, питаемого от системы электроснабжения подвижного средства, для повышения эффективной мощности радиосигнала. Thales Communications сочетает ручную 5-Вт AN/PRC-148 Mbitr (Multi-Band Inter/intra-Team Radio -многодиапазонная PC для связи между подразделениями и в их пределах) с 20-Вт усилителем мощности со скачкообразной перестройкой частоты. Данная PC может быть вставлена в усилитель и удалена из него по желанию пользователя. С добавлением усилителя мощности радиостанция также может функционировать как ретрансляционная станция для увеличения дальности других PC.

Новые технологии

Технология программного обеспечения не повлияла на радиоэлектронную составляющую PC, но новые разработки продвигают ее технологию вперед. В рамках программы Challenge Programme Министерства обороны компания Hypres (США) разрабатывает ADR (All Digital Receiver - полностью цифровой приемник) для применения в JTRS, потенциально включая внедрение технологии для Cluster 1. ADR заменит ADC (analogue to digital converter - аналого-цифровой конвертер) на базе кремния, с использованием технологии Rapid Single Flux Quantum, основанной на криогенно глубоко охлаждаемых, программируемых и цифровых сверхпроводниковых ADC. Это позволит более чем удвоить количество одновременных каналов при том же значении форм-фактора, что и для кремниевых схем, при одновременном снижении рассеяния тепла и цены, и приведет к дальнейшему снижению потребности в индивидуальных радиостанциях.

Распределение частот в рамках программы DARPA XG также является предметом совершенствования. DARPA выяснила, что только 15% частот, распределенных между пользователями в самой плотной части района Вашингтона, использовались в данный момент времени. Среднее использование в районах крупных городов, которые были протестированы, составило 6%. Сотрудники программы XG полагают, что в будущем динамически управляемое локализированное распределение спектра могло бы обеспечить 10-кратное увеличение эффективности, как в военной области, так и в гражданской.

На локальном уровне, PC CNR (Combat Net Radios - радиостанции военной сети) запрограммированы так, чтобы давать преимущество голосовой связи по отношению к передаче данных, временно прерывающей потоки данных. Сейчас рост количества данных при ведении боевых действий превысил уровень требований голосовой связи, и в настоящее время военными ведутся исследования путей гарантированной доступности голосовой связи при поддержке средств передачи данных. US Army Cecom (Communications Electronics Command, Армия США) в настоящее время финансирует разработку компанией ITT режима SIVD (Simultaneous Independent Voice Data - одновременная независимая передача голосовых сообщений и данных), который позволяет пользователю продолжать разговор одновременно с передачей данных по радио. Новый вокодер обеспечивает голосовую связь при скорости передачи 4 кбит/с в сравнении с 16 кбит/с предыдущих моделей, что оставляет 12 кбит/с доступными для передачи данных. Работа, начатая в 2002 г., близка к завершению, и новый тип передачи сигналов ожидается в самом скором будущем. Отражая современные архитектуры, управляемые программным обеспечением, вокодер может быть представлен как дополнительный пакет программ для всех радиостанций SDR, находящихся в эксплуатации. Подобные возможности также включены в PC Thales PR4G F@stnet.

Выводы

SDR являются неоспоримым будущим для средств радиосвязи: носимых, устанавливаемых на подвижных средствах или каких-либо других. Гибкость в применении форм сигналов, многоканальное функционирование, а также улучшенная полоса пропускания существенно повышают эффективность коммуникационных сетей военного применения. Они также обеспечат базу для объединенного, но не международного взаимодействия сетей. Владение той же формой сигнала не то же самое, что и владение той же системой криптографии, которая является тем типом взаимодействия, который требуется данным уровнем.

Armada International.- 2004.-№ 2. - 3.28.


Для комментирования необходимо зарегистрироваться на сайте

  • <a href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX" data-mce-href="http://www.instaforex.com/ru/?x=NKX">InstaForex</a>
  • share4you сервис для новичков и профессионалов
  • Animation
  • На развитие сайта

    нам необходимо оплачивать отдельные сервера для хранения такого объема информации