數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)方法研究

李云茹，毛億

( 中國電子科技集團(tuán)公司第28 研究所，南京210007)

0 引 言

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N按規(guī)定的消息格式和交換協(xié)議，在傳感器、指控系統(tǒng)與武器平臺之間實(shí)時(shí)傳輸和處理戰(zhàn)術(shù)信息的系統(tǒng)。它可以將信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息控制、預(yù)警探測和電子對抗等單元聯(lián)系起來[1]，為指揮部門到基本作戰(zhàn)單元提供所需要的各種信息，使戰(zhàn)場成為對己方單向透明的戰(zhàn)場。

數(shù)據(jù)鏈最初是由美國軍方提出并發(fā)展起來的，現(xiàn)在數(shù)據(jù)鏈已成為美國空軍、海軍、海軍陸戰(zhàn)隊(duì)、陸軍指控系統(tǒng)和主戰(zhàn)武器平臺的必備裝備。數(shù)據(jù)鏈的產(chǎn)生和發(fā)展動因是：①越南戰(zhàn)爭的教訓(xùn)。20世紀(jì)60年代越南戰(zhàn)爭中，美軍感到，由于各軍兵種之間，甚至同一軍種內(nèi)部沒有互通性，協(xié)同作戰(zhàn)能力差，常常出現(xiàn)火力支援呼喚不上、誤炸等嚴(yán)重情況，有必要在軍兵種之間使用統(tǒng)一的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各作戰(zhàn)單元之間的互通。②信息化武器裝備的推動。隨著高機(jī)動武器的出現(xiàn)，作戰(zhàn)節(jié)奏明顯加快，隨著雷達(dá)等傳感器的迅速發(fā)展，信息規(guī)模不斷擴(kuò)大，迫切需要一種新的手段適應(yīng)作戰(zhàn)形式與作戰(zhàn)環(huán)境的變化。③海灣戰(zhàn)爭是新軍事革命的里程碑。1991年海灣戰(zhàn)爭是美軍第一場以精確打擊為主要作戰(zhàn)手段的信息化戰(zhàn)爭，這時(shí)使用的數(shù)據(jù)鏈裝備還比較少，但是數(shù)據(jù)鏈在信息化戰(zhàn)爭中的作用已經(jīng)初露端倪，極大地推動了數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用進(jìn)程。

從數(shù)據(jù)鏈發(fā)展進(jìn)程和能力特征來看，可以將數(shù)據(jù)鏈發(fā)展劃分為三個(gè)階段，第一代數(shù)據(jù)鏈以Link-1為代表，主要作用是構(gòu)建了情報(bào)傳輸系統(tǒng)；第二代數(shù)據(jù)鏈以Link-4A、Link-11為代表，構(gòu)建了武器系統(tǒng)；第三代數(shù)據(jù)鏈以Link-16、Link-22為代表，構(gòu)建了作戰(zhàn)系統(tǒng)；下一步將向由多層次數(shù)據(jù)鏈構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系發(fā)展[2]。數(shù)據(jù)鏈在構(gòu)建了一定的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，格式化消息決定了系統(tǒng)具備的能力，格式化消息所蘊(yùn)含的戰(zhàn)術(shù)功能是通過數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)的，因此，數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)應(yīng)用能力實(shí)質(zhì)上是通過格式化消息及其處理軟件實(shí)現(xiàn)的。

1 數(shù)據(jù)鏈的層次結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)鏈包括三個(gè)基本要素：傳輸設(shè)備、格式化消息和交換協(xié)議。其設(shè)備的基本組成通常包括戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(TDS)、加密設(shè)備、數(shù)據(jù)鏈終端設(shè)備(DTS)和無線收/發(fā)設(shè)備；其中，戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)接收平臺各種傳感器(如雷達(dá)、導(dǎo)航、偵察)數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和指揮員發(fā)出的指令，將其處理成格式化消息向鏈路分發(fā)，同時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)中其他TDS發(fā)來的各種信息，數(shù)據(jù)鏈終端設(shè)備是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的核心部分和最基本單元，控制著整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的工作。將數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)從應(yīng)用到傳輸進(jìn)行層次化結(jié)構(gòu)抽象，形成數(shù)據(jù)鏈典型結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)鏈結(jié)構(gòu)及層次定位

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是分層的，每一層在構(gòu)建信息鏈路過程中都有不同的作用。一是物理層，即數(shù)據(jù)鏈終端設(shè)備與通信設(shè)備，是數(shù)據(jù)鏈最基礎(chǔ)的單元，其功能是將格式化消息轉(zhuǎn)換成符合通信協(xié)議的可傳遞數(shù)據(jù)，或者反向轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)比特流傳輸。二是鏈路層，即戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈設(shè)備構(gòu)成的數(shù)據(jù)鏈路，具備格式化信息交換能力，格式化信息全面涵蓋態(tài)勢共享、指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同和電子對抗等各個(gè)功能域，為各類作戰(zhàn)平臺間的信息交互提供統(tǒng)一的“語言”，這是數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用的核心。三是網(wǎng)絡(luò)層，即用戶系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈路構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)鏈建設(shè)追求的目標(biāo)，交換能夠被指控系統(tǒng)、作戰(zhàn)平臺直接運(yùn)用的戰(zhàn)術(shù)信息。四是應(yīng)用層，即指揮決策、平臺傳感器、平臺武器系統(tǒng)等和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭多兵種和多平臺一體化作戰(zhàn)的需求，是數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用的保證。

2 格式化消息的功能

隨著數(shù)據(jù)鏈的演進(jìn)，數(shù)據(jù)鏈格式化消息也在不斷發(fā)展。Link-1用于雷達(dá)情報(bào)傳輸，采用S系列消息格式，報(bào)文長度為128 bit，消息分為空中監(jiān)視、過濾信息、管理、測試和幀填充等5個(gè)功能組，消息處理方式是指控中心根據(jù)覆蓋需要引接區(qū)域內(nèi)雷達(dá)信息，進(jìn)行集中處理和獨(dú)立使用，不同指控中心可以重復(fù)引接雷達(dá)信息，但不實(shí)現(xiàn)情報(bào)共享。Link-4A用于艦載控制臺與飛機(jī)間的通信，采用V/R系列消息格式(70 bit/56 bit)，共21種消息[3]，Link4-A的TDS功能是向控制范圍內(nèi)的飛機(jī)提供指令及目標(biāo)信息，對具備雙向通信能力的飛機(jī)發(fā)出的位置或跟蹤數(shù)據(jù)進(jìn)行修正和處理，支持艦載機(jī)自動著艦、空中交通管制、空中攔截、突擊控制即控制轟炸等任務(wù)。Link-11在水面艦艇之間、艦艇編隊(duì)與空中預(yù)警機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)之間傳遞敵我雙方實(shí)時(shí)態(tài)勢信息，可支持空防作戰(zhàn)、空中偵察、空中截?fù)?、反潛、對海突擊、海上攔截以及電子戰(zhàn)等任務(wù)，采用M系列消息格式，共42種消息[4]。第二代數(shù)據(jù)鏈總體上仍以平臺為中心，信息處理在TDS實(shí)現(xiàn)。Link-16主要用于多軍兵種聯(lián)合作戰(zhàn)，在敵我交錯、瞬息萬變的戰(zhàn)場環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)各個(gè)作戰(zhàn)單元/作戰(zhàn)群體之間的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)交換，采用J系列消息格式，在MIL-STD-6016D中共定義了111種消息[5]，消息的功能域大大擴(kuò)展，涵蓋信息交換與網(wǎng)絡(luò)管理、參與者精確定位與識別、監(jiān)視、電子戰(zhàn)、情報(bào)、信息管理、反潛戰(zhàn)、威脅警報(bào)、任務(wù)管理、武器協(xié)同與管理、控制、國家聯(lián)盟等各個(gè)功能域，支持空降行動、防空作戰(zhàn)/空戰(zhàn)、地空導(dǎo)彈防空作戰(zhàn)、空中偵察/監(jiān)視任務(wù)、空域控制、空中攻擊、反潛戰(zhàn)、近空支援、火力支援、陸地戰(zhàn)斗、搜索營救和登陸作戰(zhàn)等任務(wù)。

針對各種格式化消息，研究提取并最終建立數(shù)據(jù)鏈消息體系結(jié)構(gòu)模型，從而發(fā)展我軍數(shù)據(jù)鏈標(biāo)準(zhǔn)體系，對種類繁多的系統(tǒng)/平臺建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)模型，“統(tǒng)一語言”、支持多平臺協(xié)作處理、形成體系作戰(zhàn)能力至關(guān)重要。因?yàn)閬碜杂诟鬈姳N的各級各類系統(tǒng)和平臺，其原本的使命任務(wù)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、技術(shù)狀態(tài)各不相同，如果沒有統(tǒng)一的模型和信息處理規(guī)則作支撐，而是按照傳統(tǒng)的方法，以單平臺各自的需要和理解出發(fā)，開發(fā)數(shù)據(jù)鏈消息應(yīng)用功能，要想實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)絡(luò)為中心的系統(tǒng)功能幾乎是不可能的。為此，以J系列消息為例，導(dǎo)出消息的體系結(jié)構(gòu)如圖2所示，可見，J系列消息采用層次化結(jié)構(gòu)，最頂層是作戰(zhàn)任務(wù)，低層是數(shù)據(jù)元素，既支持計(jì)算機(jī)自動識別與處理，又滿足對現(xiàn)代戰(zhàn)爭各種作戰(zhàn)任務(wù)的支持需要。

圖2 J系列消息體系結(jié)構(gòu)

與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信相比，數(shù)據(jù)鏈主要以“機(jī)器-機(jī)器”方式工作，這就需要研究與消息格式相應(yīng)的消息交換協(xié)議，才能確保以網(wǎng)絡(luò)為中心的多平臺協(xié)作處理所需的信息交換程序化、實(shí)時(shí)性和可靠性。為此，建立J系列消息交換協(xié)議體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示。其中，通用協(xié)議是其它協(xié)議的基礎(chǔ)，用于建立平臺處理數(shù)據(jù)所采用的消息發(fā)送規(guī)則、接收規(guī)則和互操作性要求等；網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是實(shí)現(xiàn)消息實(shí)時(shí)可靠傳輸，保持網(wǎng)絡(luò)連通性和健壯性的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)其他協(xié)議的前提；態(tài)勢共享、狀態(tài)監(jiān)視、電子對抗協(xié)議是實(shí)時(shí)態(tài)勢統(tǒng)一與共享，以及體系對抗能力的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)斗協(xié)同、指揮控制的前提；戰(zhàn)斗協(xié)同協(xié)議是根據(jù)戰(zhàn)場狀況實(shí)時(shí)分配、調(diào)整各作戰(zhàn)集團(tuán)的作戰(zhàn)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)聯(lián)合作戰(zhàn)及各兵種協(xié)同作戰(zhàn)的基礎(chǔ)，也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化指揮的必要手段；指揮控制協(xié)議是滿足武器平臺實(shí)時(shí)任務(wù)分配，對敵實(shí)施快速、精確、連續(xù)的打擊的保障。

圖3 消息交換協(xié)議體系結(jié)構(gòu)

3 戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)方法

數(shù)據(jù)鏈消息對應(yīng)的功能有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與管理、態(tài)勢共享、狀態(tài)監(jiān)視、電子對抗、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同和指揮控制等幾大類，除網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視與管理功能外，統(tǒng)稱為數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能。根據(jù)上述數(shù)據(jù)鏈層次結(jié)構(gòu)和格式化消息結(jié)構(gòu)，可建立與之匹配的數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)模型，如圖4所示。圖中基本功能實(shí)現(xiàn)集作為共性軟件構(gòu)件，應(yīng)集成在所有系統(tǒng)/平臺的通用鏈路集成處理設(shè)備中，并具有可插拔性和支持按需集成的特點(diǎn)，它采用相同的算法、相同的規(guī)則和相同的輸入，按消息交換協(xié)議完成多平臺協(xié)作處理，為各類指控系統(tǒng)和平臺任務(wù)系統(tǒng)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用服務(wù)，確保系統(tǒng)和平臺的上層應(yīng)用處理只關(guān)注戰(zhàn)場態(tài)勢，以及基于態(tài)勢的作戰(zhàn)指揮，而不是關(guān)注具體的鏈路、消息和協(xié)議。

圖4 數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)模型

數(shù)據(jù)鏈基本功能實(shí)現(xiàn)模型按照業(yè)務(wù)、功能、模塊三維結(jié)構(gòu)劃分方法構(gòu)建，如圖5所示。業(yè)務(wù)維包括戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)預(yù)處理、消息交換協(xié)議處理、多鏈分發(fā)處理三部分，協(xié)議處理按消息功能域分為多個(gè)功能，功能按消息切分為多個(gè)模塊；接口中間件支持功能的松耦合集成，消息參數(shù)數(shù)據(jù)庫為命令短語向格式化消息轉(zhuǎn)換提供資源信息；多鏈信息分發(fā)構(gòu)件完成多鏈信息自動分發(fā)、接收處理和鏈間轉(zhuǎn)發(fā)。

圖5 基本功能實(shí)現(xiàn)模型

這種戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用功能實(shí)現(xiàn)方法，以CLIP集成數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用共性軟件方式，連接應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)鏈端機(jī)，可為數(shù)據(jù)鏈和應(yīng)用層提供雙向透明服務(wù)。從應(yīng)用層來看，作戰(zhàn)應(yīng)用軟件的開發(fā)面向戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)報(bào)文，不同數(shù)據(jù)鏈消息的傳輸對作戰(zhàn)應(yīng)用完全透明；從數(shù)據(jù)鏈來看，數(shù)據(jù)鏈向上層提供滿足一定Qos的消息服務(wù)，數(shù)據(jù)鏈集成時(shí)不必考慮具體的上層應(yīng)用，作戰(zhàn)應(yīng)用對數(shù)據(jù)鏈也是透明的。數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用服務(wù)向應(yīng)用層屏蔽了消息與傳輸之間的密切聯(lián)系，將數(shù)據(jù)鏈消息作為戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)、命令和狀態(tài)報(bào)文的格式化無線承載，因此，本質(zhì)上各個(gè)平臺的作戰(zhàn)應(yīng)用仍然以數(shù)據(jù)鏈消息為中心。這種方法一方面使得數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用功能在各種不同應(yīng)用系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)深度融合并保持協(xié)調(diào)一致，另一方面數(shù)據(jù)鏈和各種平臺能力可按照各自的規(guī)律發(fā)展而不會造成相互影響。

4 影響數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用效能的其它因素

依據(jù)數(shù)據(jù)鏈基本功能實(shí)現(xiàn)模型，結(jié)合數(shù)據(jù)鏈格式化消息和消息交換協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)成員信息共享、目標(biāo)態(tài)勢一致性、指揮協(xié)同、交戰(zhàn)協(xié)同、平臺控制和遠(yuǎn)程目標(biāo)指示等一系列數(shù)據(jù)鏈基本功能，這些基本功能是構(gòu)成數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用能力的基本構(gòu)件。為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用，指控系統(tǒng)和平臺任務(wù)系統(tǒng)還應(yīng)作相應(yīng)的改進(jìn)[6]，才能輔助指揮員對數(shù)據(jù)鏈態(tài)勢進(jìn)行分析，識別威脅，運(yùn)籌決策，靈活運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈消息蘊(yùn)含的各種指令，在不同的作戰(zhàn)時(shí)節(jié)啟動不同的基本功能流程，形成數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)應(yīng)用能力。因此，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)構(gòu)建完成并具備基本功能后，系統(tǒng)/平臺數(shù)據(jù)鏈功能融合程度直接影響數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用效能的發(fā)揮。

數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)從點(diǎn)到點(diǎn)數(shù)傳通信演變到了網(wǎng)絡(luò)中心化體系，發(fā)生了巨大的變化，聯(lián)合作戰(zhàn)從戰(zhàn)略運(yùn)籌精細(xì)化到了戰(zhàn)術(shù)級甚至火控級指揮，因此，要真正發(fā)揮數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用效能，人員結(jié)構(gòu)、組織結(jié)構(gòu)等組織體系也應(yīng)發(fā)生的變化；另外，數(shù)據(jù)鏈的平臺管理、情報(bào)保障、指揮關(guān)系、協(xié)同關(guān)系、武器控制等都在一個(gè)體系運(yùn)轉(zhuǎn)，要規(guī)定眾多要素的行為，必須制定相應(yīng)的運(yùn)行概則、作戰(zhàn)條例、操作規(guī)程等系統(tǒng)運(yùn)行文件，才能使數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用有據(jù)可依。因此，數(shù)據(jù)鏈組織體系、運(yùn)行管理機(jī)制，與數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展相輔相成，也是影響數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用效能的重要因素。

[1] 童志鵬，劉興.綜合電子信息系統(tǒng)[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2] 駱光明，邱致和,等.數(shù)據(jù)鏈[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[3] 《美國海軍通信數(shù)據(jù)鏈路》系列資料之一，4A號數(shù)據(jù)鏈路使用手冊[Z].2000.

[4] 《美國海軍通信數(shù)據(jù)鏈路》系列資料之五，11號數(shù)據(jù)鏈路使用手冊[Z].2002.

[5] TACTICAL DATA LINK(TDL)16 MESSAGE STANDARD.MIL-STD-6016D[S].2008.

[6] 李云茹.戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈及其應(yīng)用技術(shù)[J].中國電子科學(xué)研究院學(xué)報(bào)，2007.