美國海軍通信計劃概覽

最新 05-31

1 引言

美國海軍通信系統發展受網路中心戰思想引領，裝備體系完善、一體化程度高，進入了以網路為中心的綜合一體化建設新階段。目前已形成完整架構，並反映在其發展戰略和裝備發展規劃中。本文對美國海軍目前正在實施的通信系統裝備計劃做概要介紹。

2 發展脈絡概述

縱觀美海軍各種各樣的通信發展計劃，可以看出其發展脈絡體現在以下幾點：

（1）衛星通信是寬頻遠程通信主要手段和發展重點

美海軍對於通信網路系統和技術方面最首要的能力需求就是通信帶寬，其未來通信計劃明確要求海軍帶寬要與陸地、空間的帶寬達到同步。由於作戰行動的特點及作戰地域的跨度，海軍對於遠程通信能力的需求尤其迫切。而美海軍主要依靠衛星通信系統提供遠程以及到岸基網路的連通，因此，美海軍一方面加緊生產和部署海軍多波段終端（NMT），以兼容應用美軍新一代和既有衛星通信系統，另一方面大量利用商用衛星系統滿足通信帶寬需求，開展商用寬頻衛星計劃（CBSP），作為對艦船軍事衛星通信能力的補充和增強。NMT將取代美海軍原有的軍事衛星通信終端，CBSP終端將取代目前使用的商用衛星終端，CBSP與NMT計劃協同進行。

（2）合併各種遺留網路，實現網路一體化

美海軍網路體系發展思路是多網逐漸融合，從編隊戰術網擴展到海上廣域網，再融合到國防部聯合信息環境中。

聯合信息環境的能力將通過如下項目提供給海上、岸上的所有海軍人員：下一代企業網（NGEN）、統一海上網路與企業服務（CANES）、自動化數字網路系統（ADNS）和多波段終端（NMT）等。

根據美國海軍網路整合計劃，海軍/海軍陸戰隊內聯網（NMCI）和美國大陸外海軍企業網（One-Net）最終合併成NGEN。艦載一體化網路系統（ISNS）、特殊敏感信息（SCI）網路、聯合企業域信息交換系統（CENTRIXS）、視頻信息交換系統/艦載視頻分發系統（VIXS/SVDS）、潛艇區域網（SubLAN）等傳統網路最終合併成一個網路——CANES。

CANES以單一網路囊括艦船網路中各子系統，能夠支撐如海軍全球指揮支持系統、海軍分散式通用陸地系統等約40種C4ISR應用，其能力開發計劃包括從非密至絕密級所有安全等級的網路，大幅減少了艦載網路的種類，提高了作戰效率，並降低了維護成本。

ADNS將岸基節點、艦艇平台、升空平台等綜合在一起構建了海上無線廣域網，通過這一個系統實現了艦船之間以及艦船與岸上的無縫網路連接。

ADNS同CANES項目協同發展，為全球海軍、盟軍和飛地提供通信連接，是美海軍當前及未來網路體系結構的關鍵組成部分。

（3）發展或改進各頻段無線電通信裝備，具備完善、全面的通信手段

美海軍各類通信系統裝備發展計劃還包括：開發、部署網路戰術通用數據鏈（NTCDL）等數據鏈，用以裝備頻海戰鬥艦等小型艦隻到航母、兩棲攻擊艦等大型艦隻以及各種海上巡邏機、艦載直升機，實施聯網作戰；用數字模塊化電台代替現有的各種HF、VHF、UHF視距和UHF衛星通信頻段舊電台，還可連接MUOS衛星通信網路，極大增強美國海軍超視距話音和數據通信能力；不斷升級改進E-6B「水星」飛機搭載的VLF抗毀戰略通信系統和IP網路通信設備，以提供加強的戰略指揮控制與通信能力；通過開發適用於水下環境的多功能桅杆天線系統，為潛艇提供VLF/LF、HF、VHF、UHF視距和UHF頻段衛通等RF通信能力。

3 通信計劃概覽

3.1 網路環境

美國海軍原來的網路環境包含了大量遺留的傳統網路，僅美海軍艦載IT網路就包含640多個傳統遺留系統，船員使用的硬體改型版超過17種，操作系統改型版有6種，軟體應用版本達380個。典型的大型水面作戰艦艇（如提康德羅加級巡洋艦或阿利·伯克級驅逐艦）擁有至少13個獨立的區域網。這些網路各有各的獨立硬體和軟體以及安全更新系統，各自獨立管理，耗費巨大。

針對這一問題，美海軍一直在進行網路整合，目標是將大部分海軍與海軍陸戰隊的傳統遺留網路集成到目前的企業服務網路，只允許有限數量的傳統網路作為例外繼續運行。目前形成的網路環境組成（如圖1所示）主要包括:「統一海上網路與企業服務」（CANES）、「下一代企業服務網」（NGEN）、「美國本土外海軍企業網」（ONE-NET）、「海軍陸戰隊企業網」（MCEN）、戰術網關和其它傳統網路。在這個由虛擬化計算、雲計算等商用現貨技術推動實現的網路環境中，用戶可在其中任何地方登錄網路並安全訪問數據。以前煙囪式結構網路正在逐步轉換為公共共享的服務、應用、計算環境，形成涵蓋整個海軍範圍的網路環境、數據和服務，實現真正的信息共享和互操作性，完成網路化到信息化、服務化的轉變。

圖1 美海軍網路環境

更遠的未來，ONE-NET也將合併到NGEN中。美海軍通過在戰艦和海上作戰中心部署CANES，在岸上部署NGEN，將海軍網路與國防部聯合信息環境有效結合，將各種探測系統、指揮設施、武器裝備等組合成有機整體，以獲得協同作戰的最大效能。

CANES是在技術和基礎設施上對現有的5個分立的艦載網路進行合併，建立一個通用計算環境基礎設施，用於指揮和控制、通信、情報等應用，將以提高的效能和降低的運行成本，滿足美海軍未來多年甚至幾十年海上IT和網路需要。

CANES的根本目標是帶來「基礎設施即服務」（IaaS）和「平台即服務」（PaaS）等雲服務模式，使美海軍戰術網路計算和存儲能力的現在和未來迭代有所倚仗。CANES將為大量的海軍潛艇、飛機、海上作戰中心和地區網路作戰和安全中心包括非密、聯合、保密、敏感隔離信息等所有基本網路服務，提供完整的基礎設施，包括硬體、軟體、處理、存儲和端用戶業務。

該系統基於虛擬化、雲實現，最大優勢是能夠大大提高網路防禦能力，提升艦船的信息安全能力，包括防火牆和入侵檢測系統，提供深層防禦方法抵抗網路攻擊。

美海軍於2010年啟動CANES項目，開發和升級更新包括4年的硬體基線和2年的軟體基線。2013年11月在麥坎貝爾號驅逐艦上首次安裝。預計2023年完成CANES在在冊所有艦艇和潛艇上的初始安裝，達到完全運行能力。美海軍所有平台的CANES技術更新和新建造的水面艦艇和潛艇的初始安裝將至少持續到2033年。

實施「下一代企業網路」（NGEN）採辦計劃以取代「海軍/海軍陸戰隊內聯網」（NMCI），是美海軍構建新網路環境的一個關鍵性措施。

NMCI是美國海軍的岸基企業服務網路，是美國防部最大的單一網路，規模僅次於網際網路。這個內部網把海軍部屬下的兩個軍種——海軍和海軍陸戰隊的所有基地、司令部、支援機構連接起來，提供約45萬個席位。NMCI在發展演進中支持向國防部「聯合信息環境」（JIE）的遷移。

NGEN是海軍以政府擁有、合同商操作的模式運行海軍/海軍陸戰隊內聯網的服務合同計劃，它採用通用的硬體實現美海軍和海軍陸戰隊各級實時通信、網路運作、數據安全、技術支持的標準化，是NMCI的後續計劃。該構想將增強網路指揮控制、賽博安全和靈活性。NGEN支持用戶接入美國本土的海軍岸上非密和保密網路的受保護話音、視頻和數據業務。

NGEN合同將於2018年6月完成。美海軍部正在實施後續的岸基IT企業合同——「NGEN競爭」。在新合同中，海軍在美國本土外的網路要合併到美國本土企業網路中，實現全球岸基企業的標準化。

NGEN是未來海軍網路環境（（NNE）的基礎，這種未來海軍網路環境可以與美國防部提供的其他網路中心企業服務互操作。全面實現NGEN計劃後，NGEN可為美海軍和海軍陸戰隊提供保密的數據和IT業務，如數據存儲、電子郵件和視頻會議，並增加了政府網路監管功能，提高了網路安全性、可靠性，增強了全球信息交換的適應性。新的NGEN能夠實現岸基和海基環境的無縫轉換。

NGEN採用增量式研發方法開發，其增量1延續NMCI的體系結構和任務，提高網路控制能力和信息安全保障能力，已實現全部能力，估計到2024財年的費用大約為380億美元。未來增量目前還未確定。

「美國本土外海軍企業網」（ONE-NET）運營信息基礎設施體系結構的基礎層，提供人力資源、管理和信息服務，包括約2.8萬個席位的e-mail、列印、存儲和互聯網服務以及幫助桌面和企業管理。

ONE-NET通過位於日本橫須賀、義大利那不勒斯和巴林的三個戰區網路運作和安全中心（TNOSC）以及各自區域內的11個本地網路支持中心對企業進行管理。

該計劃將合併到NGEN合同中。合併之後將由於採用集中投資和管理方式而節省資金。

ADNS是美國海軍的艦船戰術廣域網關，它將艦船上的多種無線通信系統網路綜合形成了一個更加有效的通信網路，實現了編隊內艦艇間、艦艇編隊之間以及艦艇與岸基核心網之間的連通,可為美海軍、聯軍、盟軍提供國防信息系統網（DISN）非密、秘密、絕密信息訪問能力。

ADNS可採用多種鏈路進行互聯，艦艇之間、海-岸之間、海-空之間通過視距鏈路構建海上戰術網，艦艇通過衛星通信網連接美國防部信息網路（DoDIN）。ADNS還裝于海軍網路運作中心（NOC），使得NOC能夠向艦船發送並、從艦船接收話音和數據。

ADNS同CANES協同發展，是美海軍當前及未來網路體系結構的關鍵組成部分。

ADNS有三個增量。增量1融合來自不同飛地的數據，通過可用的通信路徑傳送；增量2提高了能力，通過多個傳輸路徑（包括射頻和地面鏈路）同時管理來自多個飛地的數據業務；增量3增加了受保護核心，增強了對賽博戰網路滲透的抵抗能力，是海軍海上安全態勢的關鍵賦能器。ADNS增量3為潛艇和中型艦船提供25Mbps的總吞吐量，為大型艦船提供50Mbps的總吞吐量。

圖2 ADNS增量發展階段及特徵

ADNS項目始於1997年，現處於增量3階段。舊增量將遷移到增量3。增量3將裝備所有艦船和潛艇及其岸上設備。增量3在2010財年達到了初始運行能力，預計2020財年達到完全運行能力，與CANES同步。

3.2 衛星通信

為確保在世界範圍內的任何位置都具有安全、、類似網際網路功能的通信能力，滿足網路中心戰需要，美海軍領頭髮展了專用的戰術移動衛星通信系統——「移動用戶目標系統」（MUOS），提供全球範圍的窄帶動中通能力，並研發、部署新一代衛通終端——能夠接入海軍多數軍用衛星通信系統的海軍多波段終端（NMT），同時開展新的商用寬頻衛星計劃（CBSP）以補充和增強軍事衛星通信能力。

MUOS是美軍新一代窄帶戰術通信系統，既配備了傳統的UHF載荷，提供與傳統UHF衛星類似的通信能力；也配備了新型的寬頻碼分多址（WCDMA）載荷，採用第三代移動通信技術為全球範圍的軍事用戶提供顯著提高的保密動中通能力，可供美軍水面艦艇、飛機、地面車輛、徒步士兵使用。

MUOS在2004年9月被指定為美國防部主要採購計劃，2008年2月獲准建設，2012年2月發射首顆衛星。2016年6月，第五顆衛星發射成功，整個星座發射完畢。美陸軍2016年開始部署MUOS終端，海軍與海軍陸戰隊2018年在艦艇上部署。整個系統預計將於2019財年達到完全運行能力，持續工作至2028年以後。

NMT是美海軍下一代受保護寬頻衛星通信終端，是傳送各種受保護、寬頻指揮控制和通信應用數據（例如保密話音、圖像和艦隊廣播）的主要途徑，亦支持總統彈道導彈防禦（BMD）行動和海軍戰略計劃。

裝備NMT的單元能夠接入軍事EHF和SHF通信衛星，包括AEHF、Milstar、UFO、過渡和增強極地EHF衛星系統，也能接入WGS衛星系統和國防衛星通信系統（DSCS）。美海軍所有主要艦隻、潛艇和選定的岸上信號站都將裝備NMT。音頻、數據和實時視頻的傳輸速率從75b/s到8Mb/s不等。艦載NMT使用雙天線，可同時使用軍用Q、Ka和X波段，潛艇載NMT使用Q、X波段，岸上信號站則只能使用Q波段。

NMT（WSC-9）將替換美海軍艦隻、潛艇和岸站裝備的WSC-6終端和USC-38終端。WSC-6是SHF衛星通信終端，是海軍艦隊主要的衛通終端，從上世紀90年代就開始服役，為士兵提供話音、視頻、數據和圖像通信能力。截止到2016年8月，128套WSC-6終端中的56部已被NMT替換。相比之下，NMT可靠性提高了22%，全新設計的用戶界面使操作人員的終端操作步驟減少了85%。

三個國際合作夥伴——加拿大、荷蘭和英國採購了NMT的改版。此外美國防部電信港（Teleport）和增強極地衛星通信系統計劃也採購了NMT，為艦隊單元提供岸上回傳能力。

NMT初始安裝始於2012年2月，2012年11月進入全速率生產狀態。到2016年7月，132個艦隻、潛艇和岸站完成了安裝。2016年1月，美海軍授予雷聲公司空間與機載系統分部價值1.03億美元的合同，交付300套NMT。如果履行所有選項，合同價值可能達到4.67億美元。初始合同於2016財年底到期，如果履行所有選項，合同將持續到2022年9月。

美海軍開展了商用衛星通信計劃補充和增強軍事衛星通信能力，包括兩部分：新的商用寬頻衛星計劃（CBSP）和舊的商用寬頻衛星計劃（CWSP）。在被CBSP替代之前，CWSP繼續服務艦隊。CBSP終端是USC-69，有三種版本，分別用於大型艦船（如指揮艦和航空母艦）、中型艦船（如巡洋艦和驅逐艦）和小型艦船。CWSP終端是WSC-8。

CBSP終端可以使海軍艦船的通信量增加10倍。美海軍艦船目前使用海事衛星終端Inmarsat B HSD以及CWSP終端。這些老設備的通信速率為64～128kbps（小型艦船）和4Mbps（大型艦船）。CBSP終端的通信速率為881kbps（小型艦船）和21.4Mpbs（大型艦船）。

CBSP將取代美海軍目前從航空母艦到小型海岸巡邏艇等各類戰艦使用的商用衛星終端。CBSP計劃將與NMT計劃密切合作。NMT將取代海軍原有的軍事衛星通信終端。

雖然NMT和CBSP是兩項相關的工作，但是並非所有艦船都要安裝這兩種終端。一些小型艦船隻安裝了CBSP終端接替老式的海事衛星通信終端；有些艦船則主要依靠NMT而不使用CBSP；也有的艦船兩種終端都使用，以提供全部帶寬。小型艦船終端使用Ku頻段；中型作戰艦船使用Ku頻段進行通信，但也具備X頻段通信能力；大型艦船使用Ku頻段和C頻段與衛星通信。

CBSP於2007年作為一個快速部署能力而建設，2010年6月達到初始運行能力，2011年9月開始全速率生產。CBSP計劃優先裝備通信能力匱乏的用戶—主要依靠海事衛星通信、沒有軍事衛星通信能力的小型艦船，然後裝備航空母艦、兩棲戰艦和指揮艦。CWSP WSC-8終端將繼續服務於艦隊，直到2019財年時間框架下被CBSP替換。美海軍希望CBSP在2020年達到完全運行能力。

另外，美海軍在水面戰緊急通信中採用了銥星系統，共有超過15000個銥星設備用於岸上和海上指控站點等各種用途，以滿足話音和視頻通信需求。

3.3 網路戰術通用數據鏈（NTCDL）

美海軍在不斷努力發展數據鏈，實現與網路化通信系統的互補。網路戰術通用數據鏈（NTCDL）是其中計劃之一。

美海軍在部隊級艦船（如航空母艦、兩棲攻擊艦）上部署通用數據鏈系統（包括網路戰術通用數據鏈及其前任——通信數據鏈系統（CDLS）），在單元級艦船（如巡洋艦和驅逐艦）上部署鷹鏈Hawklink，在頻海戰鬥艦上是其他配置。

NTCDL提供模塊化、規模可變、多鏈路組網通信能力，在不同的聯合、軍種和商用網路上，向/從多種資源（空中、水面、水下和單兵）發送/接收實時ISR信息（話音、數據、圖像和全動態視頻），可利用現已裝備的CDL 設備納入先進網路作戰波形。

除了下一代有人和無人平台（如F-35聯合攻擊機、MQ-4「海神」、MQ-25A「刺鰩」小型戰術無人機和MQ-8「火力偵察兵」無人機），NTCDL還可通過裝備通用數據鏈（CDL）的現役飛機（如P-3獵戶座反潛巡邏機、P-8「海神」反潛巡邏機和MH-60R「海鷹」艦載直升機）為作戰人員提供支持多場同時聯網作戰的能力。

NTCDL為艦隊提供視距感測器系統的距離擴展，用於時敏打擊任務，通過中繼能力支持海上優勢，並憑藉其ISR組網加強任務分配、收集、處理、分發能力。NTCDL支持多個同時的CDL任務，提供艦-艦、艦-空和空-空通信能力，便於將ISR信息下傳到艦/岸等個指揮部，並支持無人機。NTCDL還可使不同的軍種、聯軍和民間組織共享ISR數據，為人道主義救援/救災行動提供支持。

2013年NTCDL項目啟動資金到位，美海軍確立了NTCDL成為在案計劃，意欲解決未來幾年國防計劃中多個同時CDL任務的支持問題，用多點組網系統代替現有的單一的點對點艦載CDLS。重點將解決航母裝備NTCDL的需求，計劃2019年達到初始運行能力。未來的投資將解決大型兩棲攻擊艦的需求，並開發多鏈路NTCDL以滿足飛機（如P-8，「海神」和MH-60R）、艦船（如巡洋艦、驅逐艦和頻海戰鬥艦）、潛艇和岸基手持用戶及移動平台的使用需求。

3.4 數字模塊化電台（DMR）

數字模塊化電台USC-61（C）是海軍首部軟體定義無線電台，有4個獨立全雙工通道，為艦艇、潛艇和岸基司令部提供多種波形並為話音及數據通信提供相關的內部多級信息安全措施。該型電台可以代替海軍和海岸警衛隊現有的各種HF、VHF、UHF視距和UHF衛星通信頻段舊電台。它是美海軍承載UHF衛星通信集成波形（IW）和移動用戶目標系統（MUOS）波形的主要途徑。通過連接新的MUOS衛星通信網路，該電台極大增強了美國海軍超視距話音和數據通信能力。

2016年8月，美國海軍向通用動力公司任務系統部授出一份合同修正項，旨在改善美海軍數字模塊化電台（DMR）的HF通信能力，使船員與指揮官具備高可靠性和高數據率的通信優勢。特別是在衛星鏈接能力或容量受限或不可用的地方，DMR能夠提供更高效的衛星通信備份方案。

海軍2016財年全年採購了645部DMR。DMR安裝於各種平台，包括尼米茲（CVN 68）級航母、阿利·伯克（DDG 51）級導彈驅逐艦、馬金島號（LHD 8）和美利堅號（LHA 6）兩棲攻擊艦、劉易斯·克拉克（T-AKE）級彈藥乾貨船以及潛艇（作為通用潛艇無線電室的一部分）和選定的岸基通信站。

擁有IW、MUOS和HF通信能力的DMR是海軍2MHz～2GHz頻譜上完全的戰術通信解決方案。具有IW/MUOS能力的DMR於2017財年開始部署。

圖3 數字模塊化電台

3.5 潛艇通信

潛艇通信設備計劃的目標是為所有潛艇構建通用、自動的開放式系統體系無線電室，引入網路中心戰的先進技術，使得潛艇部隊能作為打擊群的一部分進行通信。它解決了潛艇通信的特殊需求、老化問題和較高的數據率需求。潛艇通信設備包括兩部分：通用潛艇無線電室（CSRR）和潛艇天線。

CSRR是網路中心通信網關，支持艦載子系統、外部平台和岸基通信設施間的通信，並可與國防部基礎設施互操作。CSRR的組成包括開放架構硬體和軟體，集成了政府現貨系統、商用現貨系統和專用應用軟體，形成一個通用、集中管理的體系結構。

潛艇天線計劃支持開發能夠適用於水下環境的天線。天線覆蓋頻率範圍從VHF到光。正在進行中的項目包括OE-538增量2多功能桅杆和潛艇高數據率（SubHDR）天線。多功能桅杆天線OE-538是潛艇專用的、裝在桅杆上的多功能天線系統，提供VLF/LF、MF/HF、VHF、UHF視距和UHF後繼星（UFO）頻段衛通等RF通信能力。OE-538多功能桅杆經過改進之後可以支持MUOS、Link 16、GPS抗干擾、GPS軍碼和銥星。SubHDR天線將升級天線罩和抗衝擊加固措施。

美海軍2011財年開始部署CSRR增量1版本3，計劃2019財年完成。OE-538增量2於2015年7月達到里程碑C。SubHDR天線罩更換已於2014財年開始。

3.6 E-6B飛機戰略應急通信

E-6B「水星」飛機被用作美國戰略司令部的空中指揮所，也是美海軍「塔卡木」抗毀戰略通信系統的空中單元。其主要任務是在美國總統、國防部長和美國戰略與非戰略性部隊之間建立抗毀、可靠的空中指揮控制與通信。

E-6B由波音707改造而成，用以支持直到21世紀後的強健、靈活的核威懾態勢，執行VLF應急通信、美國戰略司令部機載指揮所和陸基洲際彈道導彈的機載發射控制等任務。它是美海軍唯一的抗毀核指控途徑。

美海軍對該機機載通信系統進行了多次改進，2004年3月，與羅克韋爾·柯林斯公司簽訂了第一批次改進計劃，2013年達到作戰能力，最終將於2019年全部完成。2012年3月，與諾斯羅普·格魯曼公司簽訂了第二批次改進計劃合同，將「多任務戰術通用數據鏈」（MR-TCDL）集成裝入E-6B並進行集成試驗，使飛機在飛行中能與美國防部網路建立高速連接，使機上人員能近實時獲取全球任何位置的對作戰任務至關重要的信息。

E-6B機載的「IP和帶寬擴展」（IP/BE）、MR-TCDL和「先進超視距終端/總統國家語音會議」（FAB-T/PNVC）系統將支持美國戰略司令部核指揮控制遷移至分散式的、基於IP網路的全球指控系統。MR-TCDL和FAB-T/PNVC將分別於2018年和2019年達到初始運行能力。

4 結語

美軍網路中心戰的理論及實踐印證了未來戰爭「信息化」和「網路化」的強烈需求。美國海軍由平台中心戰向網路中心戰的成功轉型伴隨著軍事通信向高度網路化、一體化方向快速發展。在美軍正走向多域戰的今天，如此這般的網路化海軍將更具威懾力和戰鬥力。

（劉海英編譯）

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