本文提出了一项系统性综述，探讨了推动军事通信发展的技术进展，描述了历史上所使用的通信设备和协议的演变。这项工作基于对80篇与军事通信领域相关的文章的综述，从中提取了关于不同技术、设备和通信手段的基本原理。结论是，技术进步提高了数字信号的响应速度，提出了新的信息加密方法和协议，此外还优化了设备的能效，这些设备如今凭借更紧凑、更轻便的设备，拥有足够的自主性来完成长时间任务而无需补充能源。关键词：军事通信，通信协议，信息传输，技术。

I. 引言

军事领域的通信是协调和控制作战、发送信息（语音、数据、视频）的一个至关重要的方面，这些信息对于获得对环境和态势的充分感知是必要的。军事人员在各个层级以及水下、陆地、空中和太空等不同环境中都需要通信。军事通信的特点必须是具有灵活性、适应性，以及对频率、带宽、信息传输速度、响应时间等特性的可控性，并保证在可能出现的各种变化环境中通信的连续性[1]。

面对军事领域现代部署的需求，有必要开发新技术以填补当前的技术空白，同样，我们也参与了移动通信技术的演进，需要更好的覆盖范围、数据传输速度、信息安全、设备自主性、更紧凑的技术等。本工作在“发展”部分描述了世界技术更先进国家陆军、海军和防空部队军事通信系统中实施的标准化技术。“方法”部分描述了在撰写这份综合综述文件时所考虑的要点，最后在“结果”部分，呈现了在信息分析中发现的有关发现和数据。

II. 军事力量的通信系统

军事力量涵盖大陆、海洋和空域，大多数国家都采用这种结构。

A. 军事地面通信

通信的安全性和效率非常重要，在军事领域，必须考虑到灾难性情况、干扰、能源系统故障以及本地通信网络瘫痪。由通用动力公司（美国）创建并于2002年在美国陆军实施的“战术作战人员信息网络”（WIN-T），其结构形式为一个网络，由在车辆或移动站中工作的服务器、路由器和交换机组成（图1）。该技术是对等技术（技术作战中心-TOC）通信无线电和较低层级的连接[2]。

图1. 战术作战人员信息网络（WINT-T）架构

图1所示的WIN-T架构展示了一系列移动和固定站点，它们允许在不依赖固定网络通信站的情况下传输通信，这使得通信能够稳定地覆盖移动作战人员、车辆、增强型站点，并通过使用有线和无线性质的技术实现卫星通信。战术通信系统的架构考虑了用于多地点作战的移动基础设施，并拥有一些基于“通信与网络提升器”（CNR）类型技术的组件，该技术为INTEL品牌所有。

由于通信与网络提升器（CNR）系统的局限性，WIN-T被开发为一种逻辑网络以支持通信，允许在其实体部分灵活部署的情况下传输语音和数据。在较低层级，作战部队携带一个充当网络节点和接入终端的设备。电池供电和对小型全向天线的需求意味着其覆盖范围和能力有限。在较高层级，干线通信系统被设计为具有半移动结构。由于这些系统在偏远地点运行，它们使用发电机供电。大容量天线部署在车辆或固定站点的支撑桅杆上，以提供合理覆盖范围的通信。

为了扩展通信范围，一种方案是提升天线位置，这已通过中继器或基于卫星的交换机解决，从而显著增加了网络节点之间的覆盖距离。基于卫星的解决方案并非在所有情况下都理想，因为它无法满足最低限度建制通信系统的要求，且其传输安全性可能被改变；因此，需要一个机载子系统来支持远程飞行，通过消除高频段对覆盖范围的限制，提高较低层级的战术通信能力，该子系统可以利用小型到全向天线提供额外的容量。战术通信系统可以提供基本级别的服务。它应该能够在可能的情况下，与重叠的通信系统（如公共电话网、基于卫星的通信系统、个人通信系统等）进行扩展。这些重叠系统的可用性无法得到保证，因此不能包含在基本战术系统中，但使用它们可以获得显著优势。为了简化WIN-T系统中使用的多个子系统的用户界面，需要一个交换层级；它们有多种形式，包括一组车辆、移动站和围绕旅部建立的局域网。

在WIN-T战术通信系统的架构内，有少数系统和子系统使其能够运行。在图2中，可以看到四个基本系统：重叠通信、战术通信和支持通信，除此之外，出于安全原因，还增加了战略通信系统。WIN-T所支持的子系统是战斗无线电、战术数据分发、战术干线、战术机载和本地通信，以简化与其他通信子系统和通信系统的用户界面。

图2. 战术通信系统架构

B. 军事性质的海上和航空通信

武装部队的通信，无论是专门用于海上还是空中领域，都具有相似的技术和操作特性，这取决于它们与其他飞机或舰船以及固定通信站的距离。图3展示了用于航空和海上领域的技术概览，由一组卫星支持，这些卫星通过使用全球定位系统（GPS）进行三角定位，获取并传输位置信息。

图3. 航空与海上通信中通信技术应用概要

C. 航空通信

对于飞行器的定位，无论是战斗机、直升机、轻型飞机甚至商用飞机，这些系统都通过卫星连接，这些卫星对应于GEOSAR技术，通过三个或更多卫星之间的信号三角测量，获取飞机和直升机的位置。飞机与地面站之间进行的操作和通信使用一种航空通信服务（S.A.），而为支持飞机内的移动电话，则有如Onair和AeroMobile等公司，它们提供航空移动服务。最常使用的频段是高频（HF）和甚高频（VHF）中的两个。HF频率，称为短波，用于频率范围从2.8到22兆赫的国际无线电通信，并对应于上边带，其中包含J3E（航空领域用户使用的语音通信）、A3E（用于中低频调幅广播）等发射类型。

航空中使用的音频频率在300到2700赫兹的音频频率范围内，这可以实现大范围的覆盖，并且传播可能根据一年中的季节和电离层活动而变化；通过使用HF，即使在长距离情况下，也可以在飞机和地面站之间进行直接通信。VHF频率对于飞行持续时间和短距离通信很有用，适用于起飞或着陆等操作，并在117.9至136兆赫的频率上运行，这就是为什么它们在机场附近使用。对于军事领域，使用的频段为136至143兆赫，调制大于85%。在紧急情况或灾难情况下，通信在2182千赫和121.5兆赫以上的频率广播。对于起飞和着陆情况，飞机依赖航空终端服务，以及如气象辅助站、固定起飞站和固定着陆站等支持站，每个站都有其自己的技术和通信协议。

D. 海上通信

海上移动服务（SMM）允许海岸站与船舶之间的通信，允许检测救援设备和无线电信标。除此之外，还有海上电台服务（SRM），根据国际公约施加的法规和规章来管理海上交通。图3说明了船舶与在地球大气层低层和高层运行的地面站、飞机和卫星的通信。过去的海洋通信考虑的是半双工通信，即通信一次只能在一个方向上进行，然而，新技术已经允许双工通信，并且对应于飞机使用的相同HF和VHF技术，但使用不同的频段并遵守每个国家的法律。

海上通信的频率分为两个主要组别：在4至30兆赫频段运行、具有全球覆盖范围的长距离通信（HF），第二个频率对应于在156至174兆赫VHF频段运行的短距离通信。船舶和移动通信也因其船舶大小而有其分类，这是用于船舶和海岸站之间的通信。有两种通信频段类型：近海频段，包括高达1600吨的船舶，以及大型跨洋频段；对于后两种情况，使用4千赫到25097千赫的频率范围。

在船舶失事或危险情况下，信标（频率为406兆赫）可以与SARSAT-COSPAS系统通信，该系统对应于一组搜救卫星（SAR），通过该系统并借助三角测量，可以定位信号发射，从而找到信号源，并同时传输给飞机和地面站。一些与海上防务和民用航空相关的国际组织建议船舶和飞机分别配备应急无线电示位标（EPIRB）和紧急定位发射器（ELT）。EPIRB允许在发生事故时定位，而ELT则有助于在紧急情况下定位。对于水上和陆上的人员定位，则使用个人定位信标（PLB）。与SARSAT-COSPAS技术一起运行并允许船舶通信的卫星有两种类型，在低轨道运行的称为近地轨道（LEO）卫星，在更高轨道运行的称为地球同步轨道（GEOSAR）卫星。

E. 军事力量通信系统的进展

尽管前面几节提到的军事性质（无论是陆地、空中还是海上）的通信涉及语音、文件和静态图像的传输技术；目前，已经在处理团队之间视频和数据的实时应用、提供信息以识别风险区域的动态地图等概念。当今的通信寻求作为一个统一的实体来生成解决方案，从而为更多的军事人员提供更大的信息可用性和可访问性。

地面军事通信的进展

软件定义无线电（SDR）因其鲁棒性、可扩展性和快速部署的条件而被提议作为一种替代方案。这项技术可以创建一个高效、自动的通信网络，而无需任何预先的基础设施或频率规划。这类解决方案的一个例子是由跨国企业拉斐尔先进防御系统公司的BNET系列无线电设备构成，它作为通信网络的骨干，并通过提供宽带、低延迟和可靠的连接性提供关键优势。SDR无线电通信选项具有不同的专利特性，使得部署在野外、搭载在车辆上或空中的部队即使在极其复杂的地理和作战场景下也能运行。

BNET技术允许多波段通信、基于互联网协议（IP）的网络链路、多信道接收以及移动自组织网络（MANET）管理；这些可能性加上低延迟、可扩展到一千多个终端及其高度集成性，为用户配置其通信提供了便利，且安全无虞。高数据速度和可靠性为战场参与者提供了竞争优势。这项技术已为徒步士兵（BNET-HH）、战术控制中实用的背包（BNET-MPS）以及固定设施和车辆（BNET-V）进行了适配。

战术通信技术的演进。

甚小孔径终端（VSAT）网络能够通过卫星在商业或政府频率或两者结合上实现移动、安全和实时的信息中继。卫星天线、调制解调器和其他相关设备已变得更小、更轻、更移动，满足军事用户对尺寸、重量和功率（SWaP）的理想要求。国际海事卫星组织全球政府部、ViaSat、休斯政府解决方案公司、哈里斯CapRock公司和Newtec公司是VSAT服务解决方案领域的主要参与者，在这个竞争激烈且快速发展的市场中提供规格越来越高的产品。

以太网和VoIP网络在战术场景中不断演进，增加了对集成基于IP的数字语音（VoIP）、文件传输、图像和视频传输以及基于网络的现场应用的需求。ICC-201基于IP的数字内部通信系统和PRC-525战术作战网络无线电满足了上述需求，同时提高了连接性、互操作性、灵活性和移动性。EID战术网络提供了C4I技术客户所需的无缝增加指挥、控制和通信能力的设备，为部署最先进的基于IP的战术网络提供了解决方案，从简单的电缆到光纤到光纤的以太网转换器和车载电源，到复杂的坚固型服务器、坚固型路由器/交换机、无线电接入点和无线电-VoIP网关。ICC-201数字内部通信系统是一种基于IP的概念，能够集成和部署一个健壮、紧凑且无缝的系统。

一项革命性的技术是3D打印和合成心灵感应，该技术采用了“脑-计算机”接口，或“合成心灵感应”，这是科学家们多年来研究合成心灵感应后出现的新兴技术。美国研究人员在2014年成功演示了使用一个人的脑信号来控制另一个人的手。通过脑电图（EEG）获取并经颅磁刺激（TMS）增强的信号，这些信号被传递给第二个受试者的大脑。如果后续发展实现了其适用性，并在军事应用内提供了其优势的坚实证据，合成心灵感应可能会提出新的通信替代方案。

根据物理学和当前一代量子计算机的最新进展，量子通信可以在合理的地面距离上传输，并且根据理论，在太空中可以实现更远的距离。信息在每一时刻都处于不同状态，并且在获取信息时它可以改变的事实，使得量子通信成为最安全的反黑客手段之一。观察光子的唯一方式是让其与电子或电磁场相互作用，这将导致光子退相干或以某种方式受到干扰，这种方式只有拥有加密密钥的预期接收者才能察觉。量子通信在军事领域的优势将允许快速向战场上的士兵下达命令，而不用担心有人会黑客攻击信息，并能够安全地将信息传输到总部进行分析，而敌人无法干扰。

航空和海上通信的进展

BNET技术也通过BNET-AR版本集成到飞机中，为航空领域提供了解决方案。然而，存在新的替代方案，可以实现对空、海、地系统的广泛通信；以下是一些最新的发展中和开发中的项目。

无线通信技术

航空通信的未来正围绕一种名为自由空间光技术（FSO）的新替代方案发展，它对应于光学无线通信（OCW）类型。上述两个相似术语指的是在可见光波段、红外线（IR）和紫外线（UV）中使用光学介质；为此，使用激光或发光二极管。这项正在发展的技术可以为声音通信和电磁频谱提供更好的响应时间。然而，由于大气条件的变化和可能影响光模式的畸变，其使用仍然存在争议。

OCW技术有五种替代方案：超短程、短程、长程和超长程OCW。这些替代方案不仅支持飞机，还包括徒步人员、车辆、飞机、潜艇甚至卫星[O1]；OCW技术的交互示意图可以在图4中看到。

图4. 用于陆地、航空与海上通用通信的光学无线通信（OCW）技术

对流层散射通信

尽管这种通信已被军事组织使用多年，用于多种频率和偏远地区的长距离通信，但目前正考虑利用对流层的不均匀性来发送信号，传输给使用高增益天线并同时允许以100瓦量级的高功率进行传输的接收器，这些接收器通常是移动的。对利用对流层散射的兴趣在于创建更精确的信道和采用多输入多输出（MIMO）传输技术，这将提高可靠性。预计将使用双天线以避免中断，允许传输数十兆比特每秒的数据。

为了在航空领域应用这项技术，已经尝试解决许多因素，例如高度的影响会降低对流层的密度，在热带和近极地区域呈现高度变化。因此，这些技术将仅在有限情况下使用，但尽管如此，其信息传输速度将防止这项技术在相当长的时间内被废弃。

近垂直入射天波通信（NVIS）

这种通信方式的工作原理是发射高频（HF）频谱（0.5至10兆赫）的波，信号以相对于水平方向大于80°的角度发送，并根据一天中的时间和电离层折射的变化，利用其折射提供数百公里的覆盖范围。图5说明了当以大于80°的角度（NVIS）发送时电磁波在电离层中的反射效应，以及以较小角度发送时的情况，后者可以实现更长距离的传输，但对于NVIS使用的频率，其保真度较低。

图5. 近垂直入射天波（NVIS）通信技术

近乎垂直的反射角为通信系统提供了一种适用于区域航空的合适替代方案，特别是用于接收，该技术也可以通过适应电离层折射变化条件的HF型调制解调器用于无人机。如果是短消息和区域性覆盖，NVIS为一些空中系统提供了一个有用的替代方案。

轨道角动量（OAM）传输

类似于电场极化的使用，角动量传输在十多年前就引起了科学界的关注，当时科学界证明了光波传播的可行性。OAM特性的波被认为是螺旋形的，可以在垂直于传播方向的平面上形成不同的模式以及能量密度分布形式。这些波的高阶模式大多会随距离衰减，这项技术是最有用的技术之一。目前，其测试范围尚不充分。尽管如此，这项技术有潜力更好地发展其覆盖范围，并且享有高速数据传输率的可能性，因此稍加发展，它可能成为未来航空领域的领先替代方案。

正交时频空间调制（OTFS）

这是一种由Chere Technologies提出的新型二维调制技术，它基于多普勒效应，使用坐标系而非传统的时频域系统。根据[O2]，上述系统已成功运行于多种多址通信方案（正交频分复用（OFDM(A)）、码分多址（CDMA）、时分多址（TDMA）和频分多址（FDMA））中，此外，它对于5G技术的实施也有效。

传输以脉冲形式进行，类似于雷达，具有脉冲串的重复间隔。根据脉冲串的增加，可以实现更好的多普勒效应分辨率。通过使用均衡技术来改善其性能；除此之外，还采用非线性均衡技术来实现多频率分集，不仅是在时延域（如TDMA和CDMA所知），而且还在多普勒域。

用于未来航空通信的机器学习（ML）。

机器学习作为人工智能应用工具，其应用于航空通信系统已被研究和提出。ML在通信中应用的潜力在于创建稳固的认知无线电网络（CRN）。这是一种自适应网络，能够自我调节以自动检测无线网络频谱中可用的多个信道，从而允许多个用户同时使用。通过这项技术，可以更有效、更可靠地利用可用资源。有强有力的证据表明CRN在地面通信和无线区域网（WRAN）以及大多数IEEE 802.22标准（适用于54至862兆赫的UHF/VHF及其电视频段）中的应用[45]。

III. 方法

本文进行的系统性综述，在初步检索中考虑了IEEE Xplore（168篇）和SCOPUS（58篇）科学数据库中的226篇文章，使用的搜索关键词是：军事通信、通信协议、信息传输、技术。删除了两个数据库中重复的50篇文档，随后在176篇文档中，根据标题和摘要排除了125篇。在考虑的51篇文章中，排除了14篇，最终得到15篇严格涉及与本研究工作相关主题的文章，该过程如图6所示。

图6. 参考文献综述工作流程图

IV. 结果

发现了基于现有和先前使用技术的开发或改进的多种技术，以及通过实施人工智能和机器学习的新技术。在所涉及的大多数通信技术中，最常用的通信频率对应于用于长距离的HF和相对于固定站用于短距离的VHF，这既适用于航空领域也适用于海上领域。存在一些与之前几代使用的技术截然不同的方法，它们基于量子进展和基于大脑感知的超感官进展。这些技术仍在开发中；然而，与数据传输能力和脑信号方面的传统技术相比，它们允许通过非标准化但实验成功的方法实现非常高的容量。

电磁效应、雷达波和声音的发射正在被光学性质的技术所取代，原因是其传输速度和覆盖范围。此外，还提出了利用电离层散射的技术，允许波反射实现短距离但高保真度的通信。

结论

战场上的战术通信在通信协议、设备和开发中的技术方面有多种替代方案，并且由于结果考虑了一组卫星的参与，它们通过使用卫星优化了通信选项，从而提高了军事人员的可访问性。认知无线电、合成心灵感应和量子通信是当前的热门词汇。印度带来了巨大的发展。

航空领域的技术进步突出体现在电磁波、光和无线电波的使用上；这些技术通常使用先前技术中常用的频率。用户在传输图像、视频和语音方面的能力已得到显著改善。

许多在军事战略领域及其陆地行动中使用的技术，迄今在多个国家运行。鉴于设备、来源和频率的多样性，已开发出能够与多种频段通信并提供灵活性的设备，并且是同一套设备。

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