美軍數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展及應(yīng)用*

張 強(qiáng) 郭克平

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院 洛陽(yáng) 471009)

1 引言

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)是聯(lián)合作戰(zhàn)下的體系對(duì)抗,聯(lián)合作戰(zhàn)的本質(zhì)是戰(zhàn)場(chǎng)資源的有效共享。指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī)、情報(bào)、監(jiān)視與偵察系統(tǒng)(C4ISR)發(fā)展的最終目標(biāo)是使作戰(zhàn)單元之間的信息無(wú)縫交換,高度互操作,為戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)各個(gè)層次的指揮員快速、準(zhǔn)確地決策提供保障。數(shù)據(jù)鏈鏈接了C4ISR系統(tǒng)與武器平臺(tái),是C4ISR系統(tǒng)功能的延伸和決策優(yōu)勢(shì)的體現(xiàn),是將信息優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為戰(zhàn)斗力的關(guān)鍵裝備和有效手段。美國(guó)自上世紀(jì)50年代起就開(kāi)始發(fā)展數(shù)據(jù)鏈,截止目前,美軍先后研制裝備了40余種數(shù)據(jù)鏈體系,其中主要包括:Link-4、Link-11、Link-16、Link-22數(shù)據(jù)鏈和通用寬帶數(shù)據(jù)鏈CDL。通過(guò)對(duì)以上幾種數(shù)據(jù)鏈發(fā)展及應(yīng)用的對(duì)比分析,探討了數(shù)據(jù)鏈在未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的重要性。

2 Link-4和 Link-11數(shù)據(jù)鏈

Link-4是用于向戰(zhàn)斗機(jī)傳送無(wú)線(xiàn)電引導(dǎo)指令的非保密UHF數(shù)據(jù)鏈,始于美國(guó)海軍20世紀(jì)40年代末期開(kāi)始研制的戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈TADIL-C。Link-4經(jīng)過(guò)不斷改進(jìn),由最初的單向 Link-4發(fā)展成為支持雙向傳輸?shù)腖ink-4A和Link-4C,并且功能也擴(kuò)展到可支持海/地面平臺(tái)與機(jī)載平臺(tái)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

Link-4A是用于對(duì)飛機(jī)進(jìn)行自動(dòng)化控制的非保密數(shù)據(jù)鏈。它工作在UHF頻段(225.000MHz～399.975MHz),數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5000bps;信號(hào)采用FSK調(diào)制,信道間隔為 25kHz。Link-4A既可以作為單向鏈路,也可以作為雙向鏈路[1]。目前,美國(guó)海軍(包括航母、導(dǎo)彈巡洋艦等艦船以及E-2C、F-14、F/A-18 等作戰(zhàn)飛機(jī))、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)(包括戰(zhàn)術(shù)空中作戰(zhàn)中心、EA-6B、海上空中交通控制等)和美國(guó)空軍(控制報(bào)告中心/控制報(bào)告單元、E-3預(yù)警與控制飛機(jī))三個(gè)軍種都裝備有Link-4A數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。Link-4C是北約為擴(kuò)充 Link-4A功能而開(kāi)發(fā)的一種戰(zhàn)斗機(jī)-戰(zhàn)斗機(jī)專(zhuān)用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。Link-4C的應(yīng)用并不很廣泛,到目前為止僅有F-14戰(zhàn)斗機(jī)配備有Link-4C。

Link-11(11號(hào)戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈)的研發(fā)始于20世紀(jì)60年代,并于70年代開(kāi)始服役。Link-11數(shù)據(jù)鏈工作在 HF短波頻段(15MHz～30MHz)和UHF超短波頻段(225MHz～400MHz),它有兩種標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率:1200bps或2400bps,實(shí)際使用的是1364bps(每秒45.45幀,每幀時(shí)間為22.0ms)或2250bps(每秒75幀,每幀時(shí)間為 13.33ms)[1]。Link-11數(shù)據(jù)鏈除廣泛應(yīng)用在美國(guó)海軍艦艇及艦載機(jī)上外,美國(guó)空軍、陸軍以及海軍陸戰(zhàn)隊(duì)也配備了Link-11。

3 Link-16數(shù)據(jù)鏈

Link-16又稱(chēng)戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈 J(TADIL-J),1994年美國(guó)國(guó)防部將其確定為C3I系統(tǒng)的主要數(shù)據(jù)鏈,并在可能時(shí)作為武器系統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈。Link-16比Link-11和 Link-4晚出現(xiàn) 20多年,它不但比Link-11和Link-4的能力強(qiáng),而且還具備它們所沒(méi)有的功能。與Link-11和Link-4相比,Link-16的特點(diǎn)如下[1]:

1)高的多的數(shù)據(jù)吞吐率;

2)能交換更多種類(lèi)的信息,信息粒度更為精細(xì);

3)更多的成員數(shù)量;

4)能滿(mǎn)足各種功能對(duì)響應(yīng)時(shí)間的要求;

5)更高的抗干擾能力;

6)更好的安全性;

7)具有集成通信、導(dǎo)航和識(shí)別功能;

8)提供保密、抗干擾數(shù)字話(huà)音通信;

9)設(shè)備體積小,適用于裝備戰(zhàn)斗機(jī)和攻擊機(jī)。

圖1 Link-16的能力

聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)/多功能信息分發(fā)系統(tǒng)(JTIDS/MIDS)是Link-16的通道系統(tǒng),是一種采用同步時(shí)分多址(TDMA)接入方式的無(wú)線(xiàn)數(shù)據(jù)廣播網(wǎng)絡(luò)。JTIDS/MIDS以任意指定的一個(gè)成員的時(shí)鐘為基準(zhǔn),其他成員的時(shí)鐘與之同步,形成同一的系統(tǒng)時(shí)間。為使廣播有序進(jìn)行,JTIDS/MIDS把系統(tǒng)時(shí)間劃分為時(shí)元和時(shí)隙。時(shí)元長(zhǎng)12.8min,每個(gè)時(shí)元又劃分為3﹡215=98304個(gè)時(shí)隙,時(shí)隙分為A、B、C 三組,每組時(shí)隙的編號(hào)為0～32767,是交叉安排的。通過(guò)Link-16,各平臺(tái)把自己所產(chǎn)生的信息放入公共信息池,同時(shí)又從公共信息池中取出自己所需的信息。

Link-16數(shù)據(jù)鏈路工作在UHF頻段,系統(tǒng)流量1.0Mbit/s(20個(gè)網(wǎng)絡(luò)),調(diào)制方式采用最小移頻鍵控(MSK),抗干擾措施有調(diào)頻、直接序列擴(kuò)頻和糾錯(cuò)編碼[2]。

美軍現(xiàn)在已裝備 Link-16(JTIDS/MIDS)的平臺(tái)有:航空母艦、核動(dòng)力潛艇、E-2C空中預(yù)警機(jī)、F-14D戰(zhàn)斗機(jī)、空中作戰(zhàn)中心、E-3機(jī)載預(yù)警與控制系統(tǒng)(AWACS)、機(jī)動(dòng)空中作戰(zhàn)中心、“愛(ài)國(guó)者”戰(zhàn)區(qū)高空防御系統(tǒng)、陸軍數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)(ADDS)、陸軍戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心、戰(zhàn)術(shù)空中作戰(zhàn)中心等[3]。

4 Link-22數(shù)據(jù)鏈

美國(guó)海軍和北約國(guó)家在20世紀(jì)80年代發(fā)起“北約改進(jìn)Link-11”(NILE)項(xiàng)目計(jì)劃,研制新型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈,旨在能用較低的費(fèi)用來(lái)更新他們于60年代研發(fā)的Link-11,最終取代Link-11和補(bǔ)充完善 Link-16戰(zhàn)術(shù)功能。Link-22強(qiáng)調(diào)以下戰(zhàn)術(shù)能力[1]:

1)符合北約參謀部要求(1990年3月9日)。

2)在密集的通信對(duì)抗環(huán)境里,增加戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)間和傳輸高優(yōu)先級(jí)的作戰(zhàn)指揮和警報(bào)。

3)改進(jìn)并最終能取代Link-11和補(bǔ)充完善Link-16。

4)改進(jìn)盟軍互操作能力和增強(qiáng)指揮作戰(zhàn)能力。

Link-22是一種抗電子干擾、保密可靠、靈活機(jī)動(dòng)的中速率戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈,它采用時(shí)分多址(TDMA)結(jié)構(gòu),將系統(tǒng)時(shí)間分割成微時(shí)隙(MS),微時(shí)隙長(zhǎng)度與系統(tǒng)通信介質(zhì)有關(guān);Links-22也支持動(dòng)態(tài)時(shí)分多址(DTDMA)模式操作,在不明顯中斷網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況下,動(dòng)態(tài)修改網(wǎng)絡(luò)循環(huán)結(jié)構(gòu)(NCS)。

Link-22系統(tǒng)配置如圖2,一個(gè)NU單元的功能配置包括戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(TDS)、數(shù)據(jù)鏈處理器(DLP)、人機(jī)接口(HMI)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制器(SNC)、鏈路層控制(LLC)、4個(gè)信號(hào)處理控制器(SPC)和無(wú)線(xiàn)收發(fā)設(shè)備以及日時(shí)間(TOD)基準(zhǔn)。Link-22在UHF(225MHz～400MHz)和 HF(3MHz～30MHz)頻段工作。Link-22選擇發(fā)射功率控制以降低截獲概率,選擇跳頻和自適應(yīng)天線(xiàn)以抑制電磁干擾和射頻干擾;它能使用消息確認(rèn)技術(shù),以犧牲高數(shù)據(jù)傳輸速率為代價(jià),以增強(qiáng)可靠性(多次重復(fù))傳輸消息;它使用現(xiàn)代檢錯(cuò)和糾錯(cuò)技術(shù)冗余誤碼檢測(cè),同時(shí)還提供更加靈活的自主網(wǎng)絡(luò)管理能力,支持動(dòng)態(tài)TDMA重新分配時(shí)隙和優(yōu)化時(shí)隙分配。

圖2 Link-22系統(tǒng)配置

美國(guó)海軍是美國(guó)當(dāng)前唯一的有意向使用Link-22的軍兵種。在初始部署階段,估計(jì)不會(huì)多于5%的美國(guó)平臺(tái)裝備Link-22。美國(guó)海軍計(jì)劃在水面艦艇的指控平臺(tái)部署 Link-22,以補(bǔ)充完善 Link-16的超視距戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)交換。美國(guó)其他軍兵種將來(lái)可能使用Link-22,以替代過(guò)時(shí)的Link-11B。

5 通用寬帶數(shù)據(jù)鏈CDL

通用寬帶數(shù)據(jù)鏈于20世紀(jì)70年代誕生,至今已有30多年的發(fā)展歷程,在此期間,通用寬帶數(shù)據(jù)鏈逐漸得到了認(rèn)可,由美軍高空偵察平臺(tái)專(zhuān)用的數(shù)據(jù)鏈發(fā)展成為北約偵察情報(bào)傳輸?shù)闹饕獢?shù)據(jù)鏈之一。

按定義,CDL是一種全雙工、抗干擾、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的寬帶數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)鏈,工作在X或Ku波段(通常地/海面終端會(huì)配備雙波段工作能力,而機(jī)載終端則只能工作在X波段或Ku波段)。

CDL主要用于實(shí)現(xiàn)ISR(情報(bào)、監(jiān)視、偵察)平臺(tái)與地面站及其他作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間情報(bào)數(shù)據(jù)交換。CDL可提供“標(biāo)準(zhǔn)”的前向鏈路和返向鏈路業(yè)務(wù):前向鏈路數(shù)據(jù)傳輸速率為200kbit/s(BPSK擴(kuò)頻調(diào)制),提供向空中平臺(tái)輸出數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)(平臺(tái)和傳感器的指令、保密話(huà)音、測(cè)距和導(dǎo)航修正數(shù)據(jù)等);返向鏈路數(shù)據(jù)傳輸速率為10.7Mbit/s、137Mbit/s、274Mbit/s,還支持更高速率(OQPSK調(diào)制),提供傳送空中平臺(tái)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)(傳感器數(shù)據(jù)、平臺(tái)導(dǎo)航數(shù)據(jù)及保密話(huà)音等)。為了滿(mǎn)足不同用戶(hù)和任務(wù)的需求,美軍發(fā)布的CDL規(guī)范中定義了一系列波形,以支持其定義的5類(lèi)應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈如表1。CDL的主要功能包括[1]:

1)飛行平臺(tái)高速數(shù)據(jù)偵察信息的實(shí)時(shí)回傳;

2)飛行參數(shù)和飛行平臺(tái)上的設(shè)備工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)回傳;

3)具有保密、抗干擾的前向指令傳輸;

4)飛行參數(shù)、定位參數(shù)的重要參數(shù)的注入;

5)具有對(duì)飛行平臺(tái)的跟蹤定位功能;

6)空中平臺(tái)的數(shù)據(jù)交互和協(xié)同組網(wǎng);

7)戰(zhàn)場(chǎng)偵察信息的分發(fā);

8)空中數(shù)據(jù)中繼。

美空軍U-2偵察機(jī)最早配備通用寬帶數(shù)據(jù)鏈,除U-2偵察機(jī)外,RC-135“聯(lián)合鉚釘”信號(hào)情報(bào)偵察飛機(jī)、E-3預(yù)警機(jī)、E-8偵察機(jī)、F-16戰(zhàn)斗機(jī)“戰(zhàn)區(qū)機(jī)載偵察系統(tǒng)”吊艙等也都配備了通用寬帶數(shù)據(jù)鏈。美海軍艦船、部分無(wú)人機(jī)、直升機(jī)(SH-60R“海鷹”反潛直升機(jī))以及P-3C偵察機(jī)也都配備了通用寬帶數(shù)據(jù)鏈,它極大地促進(jìn)了這些海軍作戰(zhàn)平臺(tái)與其他平臺(tái)的溝通。

表1 CDL定義的5類(lèi)數(shù)據(jù)鏈

6 美軍數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展方向

雖然Link-4數(shù)據(jù)鏈存在可靠性差、數(shù)據(jù)吞吐率不高、抗干擾能力差等問(wèn)題,但Link-16暫時(shí)還無(wú)法取代 Link-4A的航母自動(dòng)著艦功能。預(yù)計(jì)Link-4數(shù)據(jù)鏈將于2015年左右完全退役。

Link-16在實(shí)際作戰(zhàn)中取得了良好的效果,但隨著作戰(zhàn)樣式的向前推移,尤其是全球信息柵格和遠(yuǎn)程精確打擊的需要,Link-16逐漸表現(xiàn)出傳輸距離有限;輸出速率不足;動(dòng)態(tài)性能較差。針對(duì)以上不足,國(guó)外采取了發(fā)展衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈和研發(fā)新型數(shù)據(jù)鏈,如在Link-16的技術(shù)體制和J系列消息標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,美國(guó)提出了戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TTNT)數(shù)據(jù)鏈,T TNT可以完全兼容 Link-16,單個(gè)平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)(收/發(fā))(9.6Mbit/s)/(2Mbit/s),并且具有良好的動(dòng)態(tài)性能。

美國(guó)和北約國(guó)家正在開(kāi)發(fā)和試驗(yàn)的 Link-22數(shù)據(jù)鏈由單系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)展到多系統(tǒng)結(jié)構(gòu),由于此結(jié)構(gòu)中,每1個(gè)終端含有4個(gè)通道的數(shù)據(jù)鏈設(shè)備,又增加了數(shù)據(jù)鏈處理器,使得數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)體系可以由單網(wǎng)發(fā)展到多網(wǎng)工作。這樣網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)更加堅(jiān)固,具有更強(qiáng)的容錯(cuò)能力[4]。

未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)的信息化和網(wǎng)絡(luò)化,呼喚著美軍通用寬帶數(shù)據(jù)鏈新技術(shù)的出現(xiàn),其主要表現(xiàn)在擴(kuò)大CDL數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用范圍;提高其戰(zhàn)術(shù)性能;擴(kuò)大傳輸距離;提高全天時(shí)工作能力和抗干擾能力等;采用無(wú)中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù);發(fā)展軟件化通用寬帶數(shù)據(jù)鏈[5]。

7 結(jié)語(yǔ)

美軍正在不斷完善現(xiàn)有單一的數(shù)據(jù)鏈,另一方面向多種傳輸信道、多種傳輸體制、多個(gè)數(shù)據(jù)鏈綜合互操作方面發(fā)展,以滿(mǎn)足作戰(zhàn)需要。單一數(shù)據(jù)鏈體制朝著高速率、大容量、抗干擾的方向發(fā)展。由于數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)侨蛐畔鸥?GIG)的重要組成部分,也是實(shí)施網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的重要信息手段,美軍正在研制、部署適于未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)應(yīng)用的各種數(shù)據(jù)鏈并改進(jìn)現(xiàn)有的一些數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)蛊涓玫胤?wù)于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)。

[1]駱光明,楊斌,邱致和.數(shù)據(jù)鏈-信息系統(tǒng)連接武器系統(tǒng)的捷徑[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2008:40～56,88～94,174～192

[2]吳德偉,高曉光.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的建設(shè)與發(fā)展[J].火力與指揮控制,2004,29(1):12

[3]蘭漢平,丁峰.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展研究[J].艦船電子工程,2004,24(5):38

[4]張友愛(ài).戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[J].艦船科學(xué)技術(shù),2008,30(增刊):4

[5]羅敏.數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J].電子工程師,2008,34(9):51