第二章　坦克通信系統的設計技術

第一節 簡介

一、坦克裝甲車輛通信系統組成與要求

（一）坦克裝甲車輛通信系統組成

坦克裝甲車輛（以下簡稱車輛）裝有通信系統，具有通信能力，這是車輛自身及作戰指揮的需要。車輛通信包括車際通信和車內通信。車際通信是指車與車之間的通信以及車與地面指揮所之間的通信；車內通信是指車內乘員之間，也包括車內乘員與車外搭載兵之間的通信聯絡，還包括停止時車輛之間的有線通信聯絡。車際通信是車輛通信的主體，是戰場戰術通信的一部分。

車輛通信系統包括車載式無線電臺和車內通話器。前者用于車際通信，后者供車內乘員之間通話聯絡。車載電臺由收發信機、天線及調諧器等組成。車輛通信中應用的某些終端設備，如傳真機、漢字終端等設備，是通用終端設備，不屬于車輛通信系統。車內通話器主要由各種控制盒、工作帽（音頻終端）和連接電纜等組成。電臺和車內通話器在車內總是配置成系統使用。圖2-1是車輛通信系統示意圖。

（二）坦克裝甲車輛通信的特點

與其他軍事通信相比較，車輛通信有五個特點。

1.話音通信為主

車輛通信發展是以話音通信開始的，傳統上話音通信一直占主要地位。在戰場上，尤其是在戰斗中，由于直接、方便和快速等特點，話音通信更是車輛通信的主要方式。隨著現代通信技術的發展，目前部分車輛通信系統已經具備了話音、文件、數據和圖像等通信能力，但通信系統的硬件與軟件都保證在任何情況下，話音通信具有優先權，以滿足作戰指揮的需要。

2.運動中通信為主

坦克裝甲車輛是機動性很高的武器裝備。在戰場上，車輛經常處于運動狀態，這就決定了車輛通信經常需要在運動中進行。尤其是在越野行駛時，顛簸、振動十分厲害，只有話音通信能繼續進行，且通信效果受影響，其他通信方式無法正常進行。

3.存在同臺多機問題

坦克裝甲車輛中有一部分車輛負有指揮任務，如指揮坦克、各種裝甲指揮車等，這類車輛中裝有多部電臺，而且這些電臺往往需要同時開機工作。由于車輛頂甲板面積有限，電臺天線之間的距離拉不開，車內幾部電臺同時工作時就可能產生大信號阻塞現象，造成車內幾部電臺之間的互相干擾，這就是車輛通信中特有的“同臺多機”問題。正是這個問題限制了非正交跳頻通信技術在車輛通信中的應用。

4.通信環境惡劣

由于車內空間狹小，通信設備的安裝位置受到限制，乘員操作使用不方便。車輛內噪聲高達120dB，高噪聲環境不僅會傷害乘員的聽力，而且嚴重影響通信效果。車輛內部配備有強電設備，脈沖干擾源多，車內電磁環境十分復雜，車輛通信易受車輛自身干擾。

5.通信效果易受地理環境影響

無線電波的傳播與其波長和地理自然環境有密切關系，地面固定（定點）通信可以通過選擇有利地形、架設高增益定向天線等措施來改善通信條件，車輛通信則不具備這種條件。

（三）坦克裝甲車輛的通信系統要求

對于車輛通信系統，除了滿足一般軍用通信裝備的要求以外，還有以下特殊要求。

1.通信性能

裝甲車輛的通信性能基本上取決于車載通信設備的性能，對裝甲車輛通信性能的要求指標眾多，習慣上僅選其中最重要的“通信距離”這一項來表示車輛的主要通信性能，這是因為通信距離反映的是指揮員在戰場上實施指揮的有效控制范圍。

在裝甲車輛通信中，通信可靠度習慣上用可通率來表示，可通率指通信雙方均可通的信道數與通話試驗的信道總數之比值。把可通率為70%時的通信距離定義為車輛的“通信距離”，可通率為50%時的通信距離定義為“極限通信距離”。

2.通信系統在車內的布置與安裝

為保證車輛的通信性能，通信系統在車內布置與安裝應科學合理，如果通信系統在車內的布置位置不妥或安裝不牢，電纜走向，捆扎不合理，接地點選擇不恰當或接地不良等均可能使通信系統應有的功能與性能得不到發揮，造成車輛通信性能下降。例如：某坦克由于電臺安裝位置不當導致50%信道受計算機干擾，接地不良造成車內通話受干擾等。又如，移動組網通信要求電臺的天線在水平面應具有無方向性，現在使用的車載鞭狀天線本身是無方向性的，裝到車上后會出現不同程度的方向性，即在某個方向上通信效果較好，而在別的方向上通信效果變差。這是由于車輛頂甲板不是理想地網，而且天線安裝位置要綜合考慮多種因素，不可能安裝到頂甲板的幾何中心的緣故。

3.車內電磁環境

車載通信系統對車內電磁環境要求比較高。由于車輛中電子設備的應用不斷增多，使得車內電磁兼容性問題日益突出。十分復雜的車內電磁環境不同程度地影響了通信性能。

4.系統抗振性能

要求系統內的主要設備有堅實的機箱和減振防松措施，所有的模件、插件及電路板均須設置有防松脫的緊固裝置，以便能抗高強度的沖擊和振動。

5.系統抗噪性能

要求系統具有抗噪聲通信能力。為此要求系統的音頻輸出電平較高，采用隔音耳罩、靜噪與主動降噪等技術措施，以保證系統在高噪聲環境下仍能進行正常的通信聯絡。

6.系統操作性能

要求系統操作簡便，更換頻道快速準確，不尋找、不微調。

二、坦克裝甲車輛通信技術

（一）調幅通信技術

調幅即幅度調制（AM），它是無線電通信中最早使用的一種調制方式，為早期車載電臺所采用，如前蘇軍的10-PT坦克電臺和美軍的SR-6車載電臺。10-PT電臺采用更換晶體的方法來改變電臺的工作頻率，且晶體體積較大，使用保管不方便。SR-6電臺采用連續調諧的LC振蕩器，頻率穩定性差。

1.調幅原理

無線電通信是把高頻（又稱射頻）正弦信號作為信息載體的一種通信方式。將需要傳輸的信息附加到載體上去的過程稱為調制。所謂調幅就是用信息信號，如話音信號，去控制并改變高頻正弦波（載體）的振幅，使之隨話音信號的變化而變化，調制后的高頻信號已經帶有話音信息，稱為調幅波。不帶信息的高頻正弦波稱為載波，用于調制的信息信號稱為調制信號。

調幅系數m=ΔI_c/I_cm是反映調幅波調制深淺程度的一個重要參數。這里I_cm是載波的振幅，ΔI_c是振幅變化的最大增量。

2.調幅波的特點

（1）調幅系數m不應大于1 雖然調幅系數m大些，有用信號能量隨之增大，通信效果也會好一些，但是當m>1時就會產生調制失真，所以在理論上，任何情況下m值都不應大于1。但實際上m的大小是隨調制信號（如話音）的大小則變化的。為了高保真地傳輸信息，平均調幅系數必須控制在遠小于1的數值上，通常話音通信m平均值取0.3。

（2）調幅波存在上下一對邊帶 從頻譜分析可知，理想載波（高頻正弦波）只有一個頻率成分，即載頻f_o。而一個由正弦信號調制的調幅波含有三個頻率分量：載頻f_o、下邊頻f_o-f_Ω、上邊頻f_o+f_Ω，其中f_Ω為調制信號的頻率。這樣一個調幅波所占據的帶寬B=（f_o+f_Ω）-（f_o-f_Ω）=2f_Ω，即調制信號頻率的2倍。實際上調制信號，如話音信號，一般不是正弦波，它有無限個頻率成分，其有效的部分集中在300～3000Hz范圍，所以話音調制的調幅波存在上下一對邊帶。

（3）效率低 在上述分析的調幅波的三個頻率分量中，只有上、下兩個邊頻分量帶有信息成分，載頻分量不帶有信息，載波所占的無用功率達75%（m=1）以上，而且與調幅系數m有關，當m=0.3時，載波所占無用功率達95%以上。兩邊頻分量所帶的信息是相同的，也分散了功率，因此調幅波的功率利用率很低。

調幅通信效率低的另一個原因是調幅發射機的效率低。為了減小失真和保證放大器件的安全，不得不提高放大管的安全系數，從而降低了效率。

（4）抗干擾性差 由于工業、電氣干擾和雷電等自然干擾都反映到無線電信號的幅度特征上，這種干擾與有用信號混在一起，很難給予區分并消除。與調頻和單邊帶通信比較，調幅通信的抗干擾能力最差。目前調幅只在無線電廣播中仍被應用外，在軍事通信中已被調頻和單邊帶調制所取代。在車輛通信中，由于效率低、抗干擾性差，調幅電臺早已被淘汰。

（二）調頻通信技術

調頻即頻率調制（FM），它是廣泛用于廣播和軍事通信的另一種調制技術，也是當前車輛通信中最主要的一種調制方式。俄羅斯的P-113、美軍的VRC-12、英國的UK-353和中國的CWT-167等電臺都是車載調頻電臺，其主要性能見表2-1。

1.調頻原理

調頻就是用信息信號，如話音信號，去控制并改變高頻振蕩器的振蕩頻率，使之隨調制信號的強弱作相應的變化，由于頻率控制只能在振蕩器才能實現，通常主振器就是頻率調制器。調頻系數mf=Δf/f_Ω，是反映調頻波調制深度的重要參數，其中Δf表示頻偏，即載波中心頻率f_o的最大偏離增量，f_Ω為調制頻率。與調幅波不同，調頻波的調制系數mf可以大于1。當mf≤2時稱窄帶調頻，主要用于軍事通信。車載電臺用的就是這種窄帶調頻技術。當mf>2時稱為寬帶調頻，主要用于高保真調頻廣播。

2.調頻波的特點

①在一定的條件下，mf值大，通信效果好，抗干擾性強。這一點與調幅波相似。

②抗干擾性優于調幅波。由于調頻波在解調之前可用限幅器來消除寄生調幅（干擾），具有一定抗干擾能力，且mf越大，抗干擾能力越強。

③調頻波的帶寬為頻偏的兩倍。理論分析結果表明，任何一個調頻波的頻譜是無限的，即占有無限寬的頻帶。但其有效能量總是集中在載頻附近的有限帶寬之內。而且其有限帶寬與調頻系數mf有關，當mf<1時，調頻波只有一對有效邊頻，這時其有效帶寬為2f_Ω，與調幅波帶寬相同。當mf=1～2時，第二對邊頻分量就相當大了，因此就有兩對有效邊頻，此時其有效帶寬為4f_Ω。當mf>2時，有效邊頻對數恰好等于mf值，這時調頻波帶寬2mf·f_Ω=2（Δf/f_Ω）·f_Ω=2Δf，即頻偏的兩倍。調頻通信中，總是盡可能保持調制信號的穩定，以保持相對穩定的頻偏。

④調頻發射機效率高。由于調頻信號是等幅波，放大管可以得到充分利用，在直流消耗相同的情況下，可以獲得較大的射頻輸出功率。或者說，為了獲得相同的射頻輸出功率，放大調頻波可以用較小功放管，從而可以縮小發射機的體積和減輕重量。這對小型軍用電臺具有重大意義。

（三）單邊帶（SSB）通信技術

單邊帶調制技術是由調幅演變而來的。目前軍用短波電臺幾乎全是采用的單邊帶調制技術。如TRC342、RF280、TCR99、CWT-176等電臺。

1.單邊帶調制原理

在上述對調幅波的分析中已經知道，在調幅波中，載頻是不帶信息的，需要傳輸的信息只隱含在上、下兩個邊帶中，而且上、下邊帶所含的是同一個信息，因此只需要傳送一個邊帶信號就同樣可以實現信息傳輸。這就是單邊帶調制的原理。對調幅信號進行濾波是獲得單邊帶信號的最簡單方法。

2.單邊帶調制的特點

與調幅比較，單邊帶信號的帶寬只有調幅波的一半。射頻功率利用率提高約9dB，這是單邊帶通信具有一定的抗干擾能力的主要原因。

（四）跳頻通信技術

1.定頻與跳頻通信

無線電通信的雙方必須同時使用同一個信道頻率，否則就無法聯絡。在傳統的無線電通信中，電臺的信道頻率總是保持相對穩定，故稱為定頻通信或單頻通信，這種通信方式最大的問題是信道頻率很容易暴露，只要通信任何一方發信，就很容易被敵方截收、測向及干擾，這對軍事通信來說是個致命的缺陷。跳頻技術是20世紀70年代末發展起來的一種有效的通信保護措施，它是一種具備抗測向、抗截收和抗干擾能力的新型通信體制。所謂跳頻通信，就是在通信過程中信道頻率不是固定的，而是快捷跳變的一處通信方式。收、發雙方從這個頻率跳到另外一個頻率是自動、同步地進行，不需人為干預。頻率跳變規律遵循一種十分復雜的偽隨機碼，未掌握編碼規律的敵方截收極難，具有很好的隱蔽性。

2.跳頻跨度與跳頻增益

跳頻通信的抗干擾性是犧牲了頻譜利用率獲得的。定頻通信時一個信道所占的帶寬約15kHz，跳頻通信時工作頻率范圍可以達到幾十兆赫甚至更寬。通常把頻率跳變范圍稱為跳頻跨度，定義跳頻增益或擴頻增益G為跳頻跨度與信道帶寬之比。增益越高抗干擾性越強。信道帶寬取決于收發信機，使用時無法改變，而跳頻跨度是可以改變的。在條件允許的情況下，應盡可能使用大跨度跳頻。這樣跳頻增益高、抗干擾能力強。

3.非正交跳頻與正交跳頻

所謂非正交跳頻，即同一個網群中各個跳頻網之間沒有任何制約關系，各自按自己的規律獨立跳頻。這就有可能兩網跳到同一個頻道上通信，即發生頻率碰撞，這樣兩個網之間就產生相互干擾。如果是三個網同時工作時，則發生頻率碰撞的機會（概率）就更多，干擾也就越嚴重。理論與實踐表明，非正交跳頻網間存在干擾，信道利用率只有30%。相對應的正交跳頻網可以避免網間干擾，這是因為同一網群中的各個網之間互相有制約關系，確保在任何時刻，各網都不會跳到同一個信道上工作，因而不會發生互相干擾。這種網間存在的相互制約關系又稱為同步，所以正交網又稱同步網，非正交網又稱為異步網。通常具有正交跳頻能力的電臺都能組成異步網通信，反之則不能。

4.大信號阻塞對跳頻通信的影響

由于大信號阻塞引起的同臺多機問題是車輛通信中的一個特殊問題。在定頻通信中，同車幾部電臺工作頻率的選擇，只要保證彼此間隔大于電臺的阻塞帶，就可以避免互相干擾。在正交跳頻組網通信時，只要跳頻跨度足夠大，合理選擇同車電臺的網號，也可以避免同車電臺之間的互相干擾。但是對于非正交跳頻通信，由于大信號阻塞帶的存在，網間干擾不僅發生在頻率碰撞時，而且只要落入阻塞帶內就產生干擾，且后者的概率遠大于前者。假如電臺的大信號阻塞帶寬為5MHz，在某個時刻某個跳頻網工作在f頻道，另一個網只要跳到f±5MHz范圍內就會對f頻道產生干擾。這就是非正交跳頻不適用于車輛通信的原因所在。

（五）保密通信技術

保密通信是指信息在發送前進行技術加密處理，傳到對方后再進行解密處理。例如話音保密通信是隨時可以直接講話，在發送出去之前首先把話音信號變成聽不懂的信息，然后才用無線電波發出去，對方收到后首先進行解密處理，將加密信號變成可懂話音信號。對信息進行技術加密處理的方法有很多種，其中保密度高，最不易被破密的是數字加密法。

1.數字加密/解密基本原理

數字加密法首先要求被加密的信息必須是只有“0”和“1”兩種狀態的二進制數字信號，這里“0”可以認為是低電平，而“1”為高電平，反之亦可。假如信息不是數字信號，而是模擬信號，例如話音信號，則首先把模擬話音信號變成數字的話音信號。這種模擬變成數字的過程稱為調制。數字加密的基本原理是利用一種十分復雜的偽隨機碼（也是二進制數字碼），作為密碼對原始數字信息進行處理（實際上是作模二加法），即可獲得加密信息。如下式中a為增量調制所得二進制正弦數字信號；b為偽隨機碼，作為密碼；將a與b進行模二相加得加密的數字正弦信號c。比較a與c，顯然a≠c，如把c直接解調是不可能解得到正弦信號的。

a：信號　　　00001010111101010000；

b：密碼　　　10110011100110100110；

c：加密信號　10111001011011110110；

d：解密信號　00001010111101010000。

收信方收到加密信號c以后，首先要進行解密，即從c解出a來，只有知道密碼b，才能從c解得a。顯然只有通信雙方才知道密碼b，收信方只要將c與b進行模二加法即可得d₀比較a和d，看出a=d。解密完成，將d解調就得到正弦信號了。

2.數字加密的特點

數字加密最大的特點是保密度高。這是由于用現代技術產生的偽隨機碼的周期長達2¹²⁵位，且隨機性特別好。在戰場上只要密鑰不丟，硬件（如已清除了密鑰的電臺）丟失并不可怕。

（六）主動降噪技術

現代裝甲車輛內部噪聲高達120dB。這對車輛通信是個很大的威脅，而且極易損壞乘員聽力。傳統上采用帶隔音耳罩的工作帽（或頭盔），這種無源隔音耳罩的隔音能力有限，尤其對低頻的隔音能力更差。即使戴上工作帽，乘員聽到的噪聲仍然超過安全門限值85dB。乘員為了聽清通信話音，被迫加大通信設備的音量輸出，其結果又加大了聽力負擔，這是惡性循環，嚴重影響通信效果。

主動降噪又稱有源降噪。其基本原理是在耳罩中設置一個傳聲器（功能與話筒相似），用來采集初始噪聲，然后對此作復雜處理，產生一個相位相反的所謂反噪聲信號并通過耳機發出來，用以抵消初始噪聲，其結果是進入人耳的噪聲降低了。根據傳聲器在耳罩中的位置不同，有源降噪可分為兩類：一是采集環境噪聲的前饋式有源降噪；二是采集剩余噪聲的回輸式有源降噪。有資料說前者性能穩定且效果好，但從原理分析看，后者更有吸引力。目前由于高速運算和處理能力的可編程數字信號處理器（DSP）和自適應技術在有源降噪中的應用，降噪效果可達35dB。在車輛運行中使用有源降噪頭盔通信，話音可懂度提高35%。

（七）車輛通信技術發展展望

隨著科學技術與兵器技術的發展，未來戰爭對軍事通信的要求越來越高，加上計算機技術的應用，已經或即將應用到車輛通信中的新技術就有衛星通信、擴頻通信、網絡通信、時分碼分多路通信，以及自適應技術、閑置信道掃描、零位天線、模擬/數據信號自動識別與控制等，舉不勝舉。縱觀國內外通信技術的現狀與發展趨勢，可以看出，多功能化、網絡化和數字化是車輛通信技術發展的大方向。

三、車際通信指揮系統

車際通信指揮系統依托于坦克的通信設備，而通信設備則是坦克綜合電子系統的重要組成部分，是車際通信指揮系統的基礎硬件環節。從目前情況來看，車際通信指揮系統還是自成體系，沒有與坦克綜合電子系統很好地融合，因此，車際通信指揮系統的設計思想受到了很大的局限。車際通信是坦克自身多種關鍵信息的重要溝通渠道，只有將車際通信與車內通信有機地融合或者是建立密切的連接，坦克綜合電子系統的潛在優勢才會隨著車際通信的發展而不斷被發掘出來，車際通信系統才能擴展出各種各樣的功能、手段。用人群的組織指揮來做個比喻，坦克電子綜合化的建設就像是人體自身的神經系統的健全和發展，車際通信系統就像是人與人之間的語言交流功能，只有語言交流功能融合到神經系統中，正確表達集體與個體的意愿，人群的組織指揮才會煥發出無窮的戰斗力。因此，在坦克綜合電子系統設計中應包含車際通信指揮系統，同時，車際通信指揮系統的設計應融合到坦克綜合電子系統設計中來。

借鑒國外裝甲兵的通信指揮系統，如圖2-2所示，車際通信指揮系統主要是以不同的頻率來組成不同的指控網，實施團到營連排單車的指揮，其中單兵的指揮網也被考慮進來。

在構想中，未來的車際通信系統將以一個排或連為一個網絡單元，不同的單元之間再組成網絡，從而可以實現不同網絡之間的通信，模式如圖2-3所示。

由于采用超短波通信機制，數據傳輸率在理論上可達到16Kbit/s，但在實際應用中最高也就是9.6Kbit/s，而即使是在16Kbit/s的條件下也無法進行實時圖像的傳輸，因此，如何發展寬帶高速的數據傳輸系統應予以重點研究和探討。

從通信組網的角度設想，以一個團為基本作戰單元，其內部各要素節點諸如作戰指揮、情報偵察、后勤保障等都涵蓋在內，那么，一個簡化的信息化指揮網絡體系可以是如圖2-4所示的結構。