数据链及其发展应用

“数据链”及其发展应用 (上 ) 崔 瑞 琴 　　信息化武器的一个重要特点是能在武器平 台之间实现横向组网 ,并融入信息网络系统 ,做 到信息资源共享 ,从而最大限度地提高武器平 台的作战效能。传统的以坦克、战车、火炮和导 弹为代表的陆基作战平台 ,以舰艇、潜艇为代表 的海上作战平台 ,以飞机、直升机为代表的空中 作战平台等 ,都必须在火力优势的基础上兼有 现代信息优势 ,才能成为真正的高技术信息化 武器装备。因此 ,一种链接各作战平台、优化信 息资源、有效调配和使用作战能量的“数据链”, 正日益受到重视并被用于链接整合军队各战斗 单元。“数据链”将成为未来军队作战力量的 “粘合剂”和“倍增器”。针对军事通信领域研究 的这一热点问题 ,我们广泛搜集了国内外有关 数据链方面的情报资料 ,对“数据链”进行了解 析 ,以战术数据链为重点 ,作简要介绍。 1 　数据链的基本概念及其发展概况 111 　数据链的概念 数据链是链接数字化战场上的传感器、指 挥中心、武器平台、作战部队的一种信息处理、 交换和分发系统。它是采用网络通信技术和应 用 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 ,实现机载、陆地和舰载战术数据系统之 间的数据信息交换 ,从而最大限度地发挥战术 系统效能的系统。它由系统设施、通信规程和 应用协议组成。而数据链技术实质上就是一整 套通信协议 (如频率协议、波形协议、链路与网 络协议、保密 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 等)以及被交换信息的定义。 数据链系统通常由战术数据系统、加密设备、数 据终端(或调制解调器) 、通信电台等构成 ,其连 接关系如图 1 所示。 图 1 　数据链系统的组成 　　“数据链”可以形成点对点数据链路和网状 数据链路 ,使作战区域内各种指挥控制系统和 作战平台的计算机系统组成战术数据传输/ 交 换和信息处理网络 ,为作战指挥人员和战斗人 员提供有关的数据和完整的战场战术态势图。 机载平台上的战术“数据链”系统的最大通信距 离可达 800 千米。如果使用卫星 ,则可进行全 球通信。“数据链”技术主要包括 :高效、远距离 光学通信 ;用于抗干扰通信的多波束零控天线 ; 数据融合技术以及自动目标识别等等。目前 , 9 地面防空武器 　　2006 年第 1 期 一些国家和地区军队装备的“标准密码数字 链”、“战术数字信息链”、“高速计算机数字无线 高频/ 超高频通信战术数据系统”、“联合战术信 息分发系统”、“多功能信息分发系统”等 ,都属 于“数据链”的范畴。 112 　信息化战争促使数据链发展 数据链首先用于海军战术数据系统 (NTDS) ,它是第一代舰载或机载自动化通信系 统 ,大概研制于上世纪 60 年代初期 ,当时通过 使作战情报中心 (CIC)计算机化来解决空战难 题。 在 1982 年贝卡谷地空战中 , 叙利亚方面 是米格 - 21、米格 - 23 战斗机 , 以色列方面是 F - 15 和 F - 16 战斗机。尽管双方的飞机档次 相差不大 , 但以色列方面以损失 1 架飞机的代 价 , 取得摧毁叙利亚 19 个地空导弹阵地和 81 架飞机的战果。战后 , 世界各国军事专家对这 次空战不约而同地得出了这样的结论 , 以色列 空军使人望而生畏的能力 , 来自于一架预警和 指挥控制飞机与若干架战斗机的高度协同和配 合。在这种预警机和战斗机之间实现高度协同 与配合的现代化联合作战装备 , 就是由装备在 各种飞机上的数据链终端所组成的“数据链” 系统。 美军的 E - 2C 预警机 ,若以人工话音引导 战斗机 ,只能进行 1～3 批目标的拦截作业 ,但 美军现役的 E - 2C预警机利用数据链配合 F - 14战斗机 ,可同时进行 100 个以上目标的拦截 作业。在信息化战争中带有数据链的武器装备 显示了其强大的威力 ,这就加速了数据链的研 究和开发 ;同时相应的数字化技术、数字链路和 图像处理技术的不断进步 ,使武器平台间的横 向组网成为可能。在数字化战场上 ,各种传感 器获取的数据图像 ,由不同的数据链路传给工 作站。工作站把这些图像与侦察卫星的档案图 像进行相关处理 ,确定目标的精确坐标 ,并把它 与各种武器系统的弹着半径相匹配 ,然后把处 理好的最终产品用视频链路传入攻击武器系 统 ,攻击系统立即向目标发起攻击 ,形成“传感 器至射手”的信息流。使发现与攻击过程只需 数分钟甚至数十秒钟 ,识别目标与攻击目标几 乎能同时完成。“数据链成为武器装备的生命 线”。 随着数字化技术的发展 ,数据链被广泛地 应用到实战当中 ,并不断地进行改进和完善 ,在 现代战争中发挥着重要的作用。在 1990 年爆 发的海湾战争中 ,初级的“数据链”就已显威战 场。以美军拦截导弹作战为例 ,就可以看到“数 据链”的作用。伊军的“飞毛腿”导弹一发射 ,12 秒钟之后 ,位于太平洋上空的美国防支援计划 (DSP)的导弹预警卫星就发现了“飞毛腿”,并迅 速测出它的飞行轨道及预定着陆地区 ,报警信 息及有关数据迅速传递到位于澳大利亚的美国 航天司令部的一个数据处理中心 ,数据中心的 巨型计算机紧急处理这些数据之后 ,得到对“飞 毛腿”导弹进行有效拦截的参数 ,然后航天司令 部将这些参数通过卫星传给位于沙特阿拉伯的 “爱国者”防空导弹指挥中心。防空导弹指挥中 心立刻将数据装填到“爱国者”导弹上并发射 , 整个过程只需要 3 分钟左右的时间 ,而“飞毛 腿”至少要飞行 4～5 分钟才能到达预定目标的 上空 ,这就为拦截导弹创造了条件。在这次战 争中 ,伊拉克共发射了 80 余枚“飞毛腿”导弹 , 其中向沙特阿拉伯发射了 42 枚 ,向以色列发射 了 37 枚 ,向巴林发射了 3 枚。但只有一枚命中 目标 ;大部分导弹不是被“爱国者”拦截 ,就是因 技术原因自爆。从某种意义上说 ,“爱国者”拦 截“飞毛腿”的成功之处 ,就是数据链接的成功。 同时 ,以“数据链”支撑的三军联合战术信息分 发系统的使用 ,对于美军发挥信息优势、实施联 合作战起到了至关重要的作用。信息化战争促 进了数据链路技术的发展 ,信息化技术的不断 进步将会进一步推进数据链的发展。 2 　战术数据信息链 北约将战术数据信息链称之为Link ,而美 01 地面防空武器 　　总第 317 期 军则称之为 TADIL 。战术信息链是传递探测器 数据的主要保密通信手段。它可以在飞机、舰 船、潜艇和陆基部队之间传递各种数据 ,比如机 载雷达的探测图像、电子信号。主要的战术数 据信息链有 11 号数据链、4 号数据链和 16 号数 据链 ,现在美国空军正在研制 22 号数据链 ,计 划在 2010 年开始使用。战术数据信息链按功 能和应用对象大体分为三类 :第一类是以情报 的收集和处理、战术数据传输和资源共享等功 能为主的链路 ,如 TADIL A/ Link11。第二类是 以指挥命令下达、战情报告、请示、勤务通信以 及空中战术行动的引导指挥等功能为主的链 路 ,如 TADIL C/ Link4。第三类链路综合了前两 种链路的功能 ,可用于多种对象 ,如 TADIL J/ Link16。现在分别进行介绍。 2. 1 　Link4 - 4 号数据链 4号数据链 (link4/ TADIL C)是一种非保密 数据链 ,用来向战斗机提供无线电导引指令 ,是 一种网状的时分链路 ,以 5000bps 的速率工作在 UHF频段上 ,适用于美国海军舰船、美国机载预 警机和一些战斗机、轰炸机和技术支持平台。4 号数据链有两种 :4A 号数据链和 4C 号数据链。 美国计划使用 16 号数据链替代 4A 号数据链在 空中拦截控制和空中交通管制作战中的作用和 4C号数据链在机对机作战中的作用。但 16 号 数据链目前还不能替代 4A 号数据链在自动舰 上降落系统中的功能 ,因而受控飞机继续配备 4A 号数据链 ,以完成舰上降落。 2. 1. 1 　4A 号数据链 ①4A 号数据链是一种半双工或全双工飞 机控制链路 ,供所有航空母舰上的舰载飞机使 用 ,支持自动着陆系统 ,后来发展成为通过交换 状态和目标数据来协调 E - 2C“鹰眼”预警飞机 和 F - 14A“雄猫”战斗机的手段。4A 号数据链 也用于校正航空母舰上的飞机惯性导航系统。 ②4A 号数据链使用特高频 ,在整个频率范 围内 ,射频信道间隔 25 千赫兹。为了连接各种 装置和交换目标信息 ,4A 号数据链采用了单频 时分多址技术。用于作战飞机控制和目标信息 的数据率为 5kbps。典型的 4A 号数据链终端由 特高频无线电台、调制解调器、密码设备、数据 处理器和用户接口设备组成。在 4A 号链路中 有两种类型的终端 :控制站终端和飞机终端 ,它 们以半双工方式工作。但是 ,控制站终端还必 须能够工作在全双工方式。半双工信道则完成 对联机性能的监视功能。 ③4A 号数据链采用“V”和“R”报文 ,支持自 动着舰系统(ACLS) 、空中交通管制 (ATC) 、空中 拦截控制(AIC) 、地面控制轰炸系统 (GCBS)和航 空母舰载机惯性导航系统(CAINS) 。 ④4A 号数据链具有有限的数据吞吐量 ,无 干扰电子对抗能力 ,只能满足有限数量的参战 者(最多达 8 个) 。然而 ,它却是第一条把战斗 机综合起来为数字指挥控制单元提供战斗机通 信路径的链路。 2. 1. 2 　4C号数据链 4C号数据链是一种机对机数据链 ,是对 4A 号数据链的补充 ,但这两种链路互相之间不能 进行通信联络 ,也不能与Link11 连接。4C 号数 据链使用“F”系列报文 ,具有部分抗干扰能力。 它是专门为 F - 14 研制的 F - 14 不能同时使用 4A 号和 4C号数据链进行通信。 2. 2 　Link11 - 11号数据链 2. 2. 1 　11 号数据链 ①11 号数据链 (TADIL A)是一条用于交换 战术数据的数据链 ,它是以 60 年代技术为基础 的低速数据链。在网控站的管理下以主从方式 进行轮流询问、应答 ,完成组网通信。它工作在 UF、UHF 频段 ,数据速率分别为 1364bps (HF)或 2250bps(UHF) ,工作方式为半双工。工作在 HP 11 地面防空武器 　　2006 年第 1 期 频段时 ,11 号数据链提供以发送地点为中心的 半径 300 海里的全向通信范围 ;工作在 UHF 频 段时 ,该链路提供舰对舰 25 海里或舰对空 250 海里的全向通信范围。它支持战斗群各分队之 间海军战术数据系统的数据传输 ,通常用来联 通参加作战的战术部队 ,如海上舰艇、飞机和岸 上节点。 ②11 号数据链采用网络通信技术和标准 报文格式。在以 1364bps (HF/ UHF) 或 2250bps (UHF)速率工作的差分 QPSK调制数据链上采 用 11 号常规链路波形进行数据交换。初期的 11号数据链采用在 15 个副载频上并行数据调 制技术 ,抗干扰能力差。近期的Link11 发展了 一种单音串行调制波形 ,并利用数据交织和卷 积编码分散数据错误 ,提供了一定的纠错能力。 数据传输率达到 1800bps。 ③11 号数据链被英国皇家海军、皇家舰队 和皇家空军用在其舰船、E - 3D 空中预警机、战 术空中控制中心等 ;在北约部队中 ,主要被用作 海上数据链。11 号数据链还可以满足战区导弹 防御信息交换要求 ,因此 ,地基地对空导弹系统 准备配备 11 号数据链。 2. 2. 2 　11B 号数据链(TADIL B) 11B 号数据链采用的是一种专用的点到点 全双工数字数据链 ,这种数据链采用串行传输 帧特性和标准的报文格式。数据在一个全自 动、相位连续、全双工和频移调制的数据链上进 行交换 ,数据链的标准速率为 1200bps。 在英国 ,11B 号数据链可以用于战术空中 控制中心和冰岛空中防御系统的地对地通信。 在北约内部 ,使用 1lB 号数据链把地基地对空 导弹指挥、控制和火力分配中心与空中防御地 面环境通过控制报告中心的地对空导弹接口综 合为一体。在美国和其它北约国家 (例如法国) 11B 号数据链被用作地基战术空中控制中心的 主要数据链。 2. 3 　Link16 - 16号数据链 2. 3. 1 　Link16 的技术特点 ①16 号数据链 (1inkl6/ TADIL J ) 是一种抗 干扰、保密数据链 ,是为满足所有战术作战单元 的信息交换的需要而设计的。它是一种高速视 距UHF 数据链 ,是用于防空作战的新标准 (依 据报文格式) ,它支持 C4I系统的信息交换 ,兼有 导航、敌我识别功能。 ②16 号数据链用于交换联合战术数据 ,它 使用联合战术信息分发系统数据终端 ,在数据 链路通信方面显示出的重要改进超过了 11 号 数据链和 4A 号数据链 ,但不能完全取代这些链 路。16 号数据链支持 11 号数据链和 4A 号数据 链的功能 ,并增加了如话音、相对导航和扩展的 电子战性能等功能。 ③16 号数据链的物理层传输信道是联合 战术信息分发系统 (JTIDS)和多功能信息分发 系统(MIDS) 。由于采用时分多址 (TDMA)方式 工作 ,每一个网络成员在分配的固定时隙发送 本站战术情报信息 ,其它时隙接收其他成员的 战术情报信息 ,不需要网控站支持网络工作 ,有 很强的抗毁性。 ④16 号数据链的主要业务是 :情报、电子战 数据、任务管理/ 武器协调、对空控制、空空通 信、保密话音、导航、敌我识别和网络管理。英 国和美国正在研究超视距 16 号数据链。 2. 3. 2 　Link16 的装备情况 目前许多平台已经装备或即将装备 16 号 数据链 (如机载侦察和情报系统、指挥控制系 统、战斗机和轰炸机、地对空导弹系统等) 。英 国已在 E - 3D 机载报警与控制系统和“狂风”13 舰队装备了 16 号数据链 ,其它英国皇家战舰、 空军平台和飞行器上正在装备 16 号数据链。 另外 ,16 号数据链已被美国和北约作为战区导 弹防御的主要战术数据链。 21 地面防空武器 　　总第 317 期 图 2 　Link16装备示意图 2. 3. 3 　Link16 终端联合战术信息分发系统 (JTIDS)与多功能信息分发系统(MIDS) 美军目前正在逐步升级其作战平台的Link 16战术数据链路能力 ,而且今后十年准备在 4000 个作战平台上实现Link 16。Link 16 将成为 全球打击特遣部队 (GSTF)的关键设备 ,也是当 今数据链发展的热点。Link16/ TADIL J ,J 即 JTIDS是 16 号数据链的终端设备 ,MIDS 是以 JTIDS为基础的小型化的多功能信息分发系统。 JTIDS和MIDS是 16 号数据链的物理层传输信 道 ,是 16 号数据链通信协议的基础。 2. 3. 3. 1 　联合战术信息分发系统JTIDS JTIDS是集通信、导航、识别功能于一体的 综合战术通信系统。它能提供保密、抗干扰和 实时数字通信 ,在单一军种内 ,JTIDS 系统可使 指挥官近乎实时地了解其部队在干什么 ,并且 位于何处 ;在联合应用中 ,JTIDS 系统则可使某 一军种随时了解其它军种的具体行动 ,从而使 各军种完成过去不可能实现的许多工作 ,大大 促进各军种间的协作。因此 JTIDS 这种系统尤 其适用于指挥和控制 ,包括空中交通管制和协 同电子战 ,并能完全满足美军三军大规模联合 作战的需求。 ①JTIDS的终端 JTIDS是一个无中心的时分多址系统 ,它有 四种终端 : ·Ⅰ类终端为指挥和控制终端 ,它用于大型 的空中、地面和水面指挥平台 ,如 E - 3A 空中预 警机、地面对空战术控制中心和海军指挥舰战 术数据系统等。 ·Ⅱ类终端为战术终端。它用于各种战术飞 机、小型舰艇、地面部队司令部及 PJ H(PLRS 和 JTIDS混合系统)的综合通信、导航、识别终端。 2H和 2M类终端均是Ⅱ类终端的变型。其中 2H 类终端用于取代已安装在 E - 3A 预警机上的Ⅱ 类终端 ,这种 2H 类终端的功率较高 ,主要用于 飞机及舰船指挥控制。2M 类终端则是一种陆 军系统终端 ,它与前沿防空系统配套使用 ,可在 机载源和地面数据源之间交换信息 ;也可在地 面和空中飞机之间建立网络 ,以支持地面作战。 ·Ⅲ类终端为小型终端 ,它用于导航、遥控 飞机、地面车辆及单兵背负及小型船只等。 ·Ⅳ类终端为自适应地面和海上接口终端。 用于地面和海上中心和指挥所。这种终端将 JTIDS的信息转化为指挥和控制中心使用的通 信信息格式。Ⅰ类终端是这种终端的组成部分。 ②JTIDS的功能及技术特点 JTIDS系统是一种具有多个网络和相关导 航能力、保密、抗干扰的数字信息分发系统 ,系 统的数据容量大 ,足以满足广为分散的战术指 挥控制分队、飞机、水面舰艇、潜水艇以及其它 信息源与信息用户的通信需要。系统具有的保 密、抗干扰数字话音传输能力 ,可提供一定容量 的数据信道。 JTIDS采用时分多址工作方式 ,采用跳频、 直接序列扩频和跳频时三种扩频方式。联合战 31 地面防空武器 　　2006 年第 1 期 术信息分发系统中 ,规定两种基本报文格式 :固 定式信息和自由格式信息。 ③JTIDS的应用部署 目前 ,美国空军的 E - 3 和 F - 15 ,E - 8 等 , 海军的 F/ A - 18A ,F - 14 和 E - 2C等飞机已配 备联合战术信息分发系统。空军的地面战斗报 告中心和信息处理中心、海军的航母、巡洋舰和 驱逐舰 ,陆军的地面指挥中心也已配备。此外 , 美国还准备将该系统出口到英、德、法、西、加、 意和挪威等国家 ,美国也已向台湾提供 50 套联 合战术信息分发系统 (JTIDS)终端设备。JTIDS 的部署情况见下表。 美国陆军 美国海军 陆战队 美国空军 北约各国 前方区域防空 , 高空与中空防空 : —“爱国者”导弹 —“霍克”导弹 战区高空区域防空 , 特种部队地对空导弹 航空母舰 , 巡洋舰 , 驱逐舰 , F - 14战斗机 , E - 2预警机 , 战术空战模块 E - 3预警机 , E - 8指挥机 , RC - 135 战略侦察机 , F - 15战斗机 , EC - 130 , 机载战场指挥控制中心 , 模块化制设备 , 空战中心 英国、法国和北约的 E - 3 预警机 , 英国空军地面防空设施系 统 , “飓风”ADV 2. 3. 3. 2 　多功能信息分发系统MIDS 多功能信息分发系统是美国联合战术信息 分发系统的延伸 ,是包括美国、英国、原西德、法 国、意大利、西班牙、加拿大和挪威八个国家的 联合项目。它是为北约部队和法国研制的一个 保密抗干扰战术数据链。 ①MIDS的功能及技术特点 该系统将采用快速跳频、无线电电子频谱 分析、误差探测与纠正码和链路 16 信息格式 , 可以提供速率高达 238kbps 多种服务的话音与 数据传输。 通过采用时分多址技术 ,该系统可以连续 收集本系统所有终端的不同类型的数据 ,然后 将这些数据有选择地传送给其他网络用户。每 个用户都可以发送和接收抄短的预置时隙的信 息。该系统的信息可以被地面或空中的所有接 收机终端接收并储存 ,而且 ,需要时用户还可以 访问这些信息。北约的多功能信息分发系统 , 将符合北约标准协议 4175 和 5516 的标准。 ②MIDS的应用部署 多功能信息分发系统将为下一代战斗机等 使用的联合战术信息分发系统提供各种设备。 MIDS是北约一种标准的互操作数据通信系统 , 比JTIDS 的造价低得多 ,大小为 JTIDS 的 1/ 2。 它将与北约的 16 号链路直径接口 ,并保留了所 有的 JTIDS 功能 ,能提供保密抗干扰的数据和 话音通信 ,并具有识别和导航等功能。目前主 要部署情况见下表。 41 地面防空武器 　　总第 317 期 美国空军 美国海军 海军陆战队 北约各国 机载战场指挥/ 控制中心(ABCCC) , 机载预警与控制系统(AWACS ) , B - 1B 战略轰炸机 , F - 15 制空战斗机 , F - 16 轻型战斗机 , 联合监视与目标攻击雷达系统 (JSTARS) , 加油机 , 运输机 F - 14D“雄猫”战斗机 , F/ A - 18“大黄蜂”战斗机 , E - 2C预警机 , EA - 6B 电子干扰机 , AV - 8B 攻击机 机载预警与控制系统 (AWACS) , 欧洲“台风”战斗机 , “阵风式”战斗机 , “海鹞”式战斗机 , “海王”Mk7AEW空中预警直升机 , F - 3“飓风”战斗机 214 　Link22 - 22 号数据链 22号数据链是北约在 11 号数据链改造 中研制的一种具有超视距和抗干扰能力的数 据链。可在 HF (3 - 30MHz) 或 UHF (225 - 400MHz) 频段定频或跳频工作。由于采用了 时分多址或动态时分多址工作方式 ,增加了网 络灵活性。此外在 HP 频段使用时 ,它用串行 单音调制解调器取代了并行多音调制解调器 , 在调制信号带宽不变的情况下 ,数据传输效率 得到很大提高 ;采用 72bit 的 F 序列报文 ,可传 输Link16 的 70bit 的 J 序列报文 ,使链路具有 很强的兼容能力。起初 ,22 号数据链是作为 北约改进型 11 号数据链开发的 ,在某种程度 上 ,是 16 号数据链和 11 号数据链的混合链 路。尽管 22 号数据链运转需要北约改进型 11 号数据链的通信设备 ,但应尽可能地使用现有 的无线电设备。 22 号数据链可以使四个网同时工作 ,组 成超级网络 ,使任一参与者在任何网络都能 与其它参与者通信。在 22 号数据链的设计 中 ,简化了网络及超级网络管理 ,因而 ,具有 很好的发展前景。 215 　几种战术数据链的效能比较 比较项目 Link4A Link4C Link11 Link16 空中控制 有 无 无 有 战斗机对战斗机 无 有 无 有 保密数据 无 无 有 有 延长的视距 无 无 无 有 保密话音 无 无 无 有 抗干扰 无 无 无 有 有源识别 受限 受限 受限 有 导航 无 无 无 有 数据转发 无 无 无 有 灵活的网路 无 无 无 有 崔瑞琴 ,空军装备研究院通信所高级工程师 51 地面防空武器 　　2006 年第 1 期