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美国未来战斗系统的车辆电子技术(上)

发布时间:2016-01-10   浏览数:72


美国陆军新一代陆战武器—FCS是世界上第一套真正的网络化系统之一,可共享数据和传感器信息,以提供整个战场的态势感知。

      目前,车辆电子包括用于控制导航、通信和武器等系统的车载电子系统。从狭义上讲,车辆电子包括从芯片和电路板到显示器和功率电子元件。多年来,工程技术人员一直在研究轻量化、高功率使用率和可靠性能的最佳匹配。

      我们现在生活在一个瞬息万变的时代,设计人员正在把这些分离的系统集成在一起,以得到一个统一的车辆电子网络系统,从而能够在系统、相邻车辆甚至是相邻士兵和远程指挥官之间共享数据。

      分散布置于战场上的士兵、车辆、飞机、海军舰船和太空飞船等的系列传感器与网络相连,数据将通过无线战场网络传输,从而为每一名作战人员提供相同的态势感知。

      新一代战场上的车辆电子将首次应用于FCS系统的有人地面平台、无人地面平台和无人机,并通过无线分布式网络把这些系统连接在一起。

      装备FCS的部队能够与联合部队协同作战,其机动性强,可部署到C-130运输机能够降落的任何地方,通过间接交战替代直接交战以增强其杀伤力和生存力。

      系统的关键组成部分包括连接到车辆节点的网络传感器,这些传感器使得作战人员能够看到统一的综合战场态势图像。

车辆电子的供电

      据波音公司FCS项目指挥、控制、通讯、计算机与情报、监视和侦察(C4ISR)系统和软件集成方面的负责人称,网络化车辆电子系统的挑战之一是管理车辆电子的电能。波音公司和科学应用国际公司是FCS项目的主系统集成商。

      8种FCS有人地面车辆和几种无人系统将采用混合电驱动结构,用柴油机给驱动车轮的电池充电。电动机产生的转矩要比内燃机大,在柴油机停止运转时,电动机能够驱动车辆在接近静默的状态下行驶。

      据称,这些车辆与现有车辆不同,将是第一个混合电驱动车族。由于C4ISR系统属于车载系统,因而需要复杂的电能管理和计算。在装备FCS的作战系统中的士兵能够使用自动装填机枪摧毁8km之内的装甲目标。

      车辆电子对电能管理系统的依赖是目前面临的挑战。当车长以隐身模式驱动车辆时,将关闭系统的某些子系统以节省电能。根据任务不同,用户将C4ISR系统优先权清单输入计算机,因此计算机明白哪些子系统可以暂停运行。

      依据车辆任务不同,来选择需要暂停运行的部件,未来战斗系统传感器组件包括短波红外、非制冷长波红外、凝视双色红外、多功能Ka波段雷达、核生化探测器、激光成像仪、光学放大器、光电器件、夜视护目镜、全球定位系统、直视光学设备和图像增强充电耦合设备。

      这些传感器分布在4种无人机、6种无人地面车辆和8种有人地面车辆上。据称,未来战斗系统的网络必须与20多个独立的系统相连,其中包括18种运载工具、网络和士兵。

网络的建立

      据波音公司FCS项目有人地面车辆的负责人称,车辆电子是大型系统中的一个独立部分,当每一辆车在运行时,车辆将一直向指挥人员报告一些变量数据,如燃油、水和弹药供给等。

      为确保数据传输到正确的位置,设计人员正在创建一个分布式网络,其中每一辆车和每一个士兵都作为网络中的一个节点,如果任何一个节点失效,则传输数据将绕过此节点传输。设计人员也承认,这将是一个很艰难的挑战。

      据波音公司FCS项目C4ISR系统集成方面的负责人称,FCS将是部队装备的首个完全网络化的系统,它的所有的车辆和士兵都将成为无线网络上的节点,集成网络并建立数据流是下一个新的工作重点。

      当联合战术无线电系统(JTRS)项目在其结构调整以后进入研发阶段时,工程技术人员将采用初期的JTRS来完成此项任务,目前该项目处于暂停状态。 FCS的一种主干网将是JTRS“簇”(Cluster)1电台和其相关的宽带网络波形。对于更多的局域网,设计人员将采用JTRS “簇”5为士兵、小型无人地面车辆和无人机传输数据。

      反过来,数据将通过战术作战人员信息网(WIN-T)建立卫星通信连接,并通过全球信息栅格(GIG)把数据传输给美国本土指挥官。

      陆军负责人迫切希望把FCS的相关子系统应用于战场。2004年7月,陆军负责人宣布加速把某些FCS系统交付现役部队的计划。从2008年开始,他们将 采用以两年时间为间隔的四次螺旋发展计划。到2014年,陆军将拥有一个由18种核心系统和具有部分功能的其他模块化单元组成的行动单元(包括网络)。

      每一个行动单元将由三个装备FCS的合成兵种营(CAB)、一个非瞄准线火炮营、一个侦察、监视和目标捕获(RSTA)中队、一个前方支援营(FSB)、一个旅级情报通信连(BICC)和一个直属连组成。

      陆军将采用模块化旅级作战部队,所以通用性至关重要。研发人员将在有人地面车辆和无人车辆中采用集成计算机系统(ICS)。

      ICS是一个基于商用现货供应(COTS)的系统,主要用于控制传感器、地面车辆、无人机和处理器、网络和数据存储。ICS的样品将最早于2007年装备 现役“布雷德利”战车、M1坦克、“斯特赖克”车和“悍马”车。为生产ICS,波音公司正与美国通用动力先进信息系统公司和罗克威尔-克林斯公司 (Rockwell Collins)联合研发。

      对于不同车型,车辆电子和传感器的计算要求是不同的。与空间宽敞的步兵输送车相比,布满电线的指挥控制车有特殊的计算要求,如内存和信息安全。

      为了充分利用商用现货供应硬件,工程技术人员将把ICS设计为混合主板,包括Intel和PowerPC微处理器。多样性至关重要,这是因为ICS必须执行各种任务,从车辆电子到作战规划,再到单兵的电子邮件,以及从硬实时应用到核心任务的执行。

软件平台

      把所有这些分散的软件集成为一个软件平台将是一项巨大工程。解决方案是采用多系统之系统通用操作环境(SOSCOE)。SOSCOE是允许多种应用软件同 时运行的中间层,这些软件之间以及与操作系统本身是独立的,所以设计人员能够在不改变整个系统结构的条件下增加新程序。

      SOSCOE体系结构将采用商业现货供应硬件、陆军联合技术体系结构(JTA)适应操作环境来为实时、接近实时和非实时操作建立通用结构。

      早期系统,如21世纪旅及旅以下部队作战指挥(FBCB2)系统,非常冗长,如果需要重新编码,则需废掉整个模块。但是SOSCOE中具有操作系统抽象层,所以易于改变操作系统。

      FBCB2系统是21世纪部队旅及旅以下部队作战指挥系统,是一个指挥控制和传感器融合的网络,该网络可确保小型战术单元以水平和垂直的方式集成于数字化战场共享数据。

士兵将采用FCS非瞄准线火炮来抵御网络远程精确攻击。

      设计人员将设计一个具有分布式软件和处理技术的新型网络,以缓解计算工作量。为管理大量的共享数据,他们将采用一个已发布的授权模型,该模型的每一个节点向网络传输信息,但是接收人员仅接收与作战任务相匹配的数据。

另一种减轻计算工作量的方法是采用局部处理。

      从网络的传感器末端开始进行压缩和处理。如果发送所有原始数据,则会造成网络阻塞。为此,必须采用各种工具管理分配的频段,如流动视频等,依靠服务质量,准确传输数据。


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