美軍天基通用數(shù)據(jù)鏈及發(fā)展

魏晨曦

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京 100094)

美軍天基通用數(shù)據(jù)鏈及發(fā)展

魏晨曦

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京 100094)

現(xiàn)代戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)樣式已經(jīng)發(fā)展到由指揮控制系統(tǒng)、偵察監(jiān)視系統(tǒng)、聯(lián)合火力打擊系統(tǒng)等各種系統(tǒng)構(gòu)成的作戰(zhàn)體系的對抗。而這種體系對抗的勝負(fù)是取決于所有參戰(zhàn)武器裝備所構(gòu)成的體系的整體作戰(zhàn)效能。這就在客觀上要求不同的武器系統(tǒng)之間實現(xiàn)互聯(lián)、互通和互操作，各種資源被充分共享。通過數(shù)據(jù)鏈，可以將眾多復(fù)雜的武器平臺以及指揮控制平臺有機(jī)地連為一體，實現(xiàn)戰(zhàn)場態(tài)勢共享，縮短決策時間，提高指揮控制速度及協(xié)同作戰(zhàn)能力，發(fā)揮體系的整體作戰(zhàn)效能。天基通用數(shù)據(jù)鏈(Space CDL)作為美軍“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”(ORS)計劃下重點發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，成功驗證了成像偵察衛(wèi)星的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用能力，并將成為美軍構(gòu)建多源戰(zhàn)場情報體系的重要手段。

通用數(shù)據(jù)鏈；天基通用數(shù)據(jù)鏈；作戰(zhàn)響應(yīng)空間(ORS)；戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星(TacSat)

0 引言

在美軍“軍事轉(zhuǎn)型”戰(zhàn)略和“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”、“空天一體化作戰(zhàn)”、各軍兵種“聯(lián)合作戰(zhàn)”等概念引領(lǐng)下，美軍空間裝備面臨著由戰(zhàn)略支持向戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用拓展，以及與戰(zhàn)場信息化裝備相集成等全新挑戰(zhàn)。與此同時，在美軍最近進(jìn)行的幾次局部戰(zhàn)爭中，以成像偵察衛(wèi)星為代表的天基情報、監(jiān)視與偵察(ISR)平臺卻由于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸方式的限制，難以滿足戰(zhàn)場作戰(zhàn)人員獲取實時的天基ISR數(shù)據(jù)的迫切需求。

為充分挖掘天基ISR平臺的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用潛力，美軍高度借鑒通用數(shù)據(jù)鏈(CDL)在空基平臺的成功應(yīng)用經(jīng)驗，通過“作戰(zhàn)響應(yīng)空間”(ORS)計劃大力發(fā)展天基通用數(shù)據(jù)鏈技術(shù)。ORS計劃下的“戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星”(TacSat)技術(shù)驗證項目首次實現(xiàn)了CDL技術(shù)的天基應(yīng)用，并成功驗證了在戰(zhàn)場條件下直接向低軌道成像偵察衛(wèi)星下達(dá)任務(wù)指令，以及實時接收戰(zhàn)術(shù)圖像數(shù)據(jù)的能力。在此基礎(chǔ)上，美軍通過ORS計劃下的首顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星(ORS-1衛(wèi)星)推動天基CDL的實戰(zhàn)應(yīng)用。未來，美軍還將借助于天基CDL，逐步完成天基ISR平臺與現(xiàn)有ISR戰(zhàn)術(shù)體系的集成。

1 美軍通用數(shù)據(jù)鏈

美軍的數(shù)據(jù)鏈發(fā)展大致劃分為20世紀(jì)50～60年代“煙囪式”階段、70～80年代聯(lián)網(wǎng)階段和90年代至今的一體化建設(shè)階段。美軍數(shù)據(jù)鏈經(jīng)過幾十年的發(fā)展，先后研制了40余種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，形成了適應(yīng)信息化作戰(zhàn)需要的數(shù)據(jù)鏈裝備體系。美軍為了滿足其作戰(zhàn)需求，發(fā)展了一系列專用和通用的數(shù)據(jù)鏈。20世紀(jì)90年代，美軍研制了通用數(shù)據(jù)鏈(CDL)，并指定CDL作為圖像和信號情報采集系統(tǒng)中使用的標(biāo)準(zhǔn)通信鏈路，反映了數(shù)據(jù)鏈將向大容量、通用化方向發(fā)展的趨勢。

美軍為了實現(xiàn)全球范圍內(nèi)的態(tài)勢共享，提出了借助于衛(wèi)星通信及其它遠(yuǎn)距離傳輸信道，形成一體化數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的方案。一體化數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在體系結(jié)構(gòu)上分為3個層次，如圖1所示，底層是陸、海、空和海軍陸戰(zhàn)隊各軍種本身的為某個局域服務(wù)的數(shù)據(jù)鏈；中層為Link16數(shù)據(jù)鏈，它把局域數(shù)據(jù)鏈聯(lián)成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)鏈，將三軍數(shù)據(jù)鏈聯(lián)系在一起；上層為遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)鏈，把各個Link16數(shù)據(jù)鏈聯(lián)成國家甚至全球范圍的數(shù)據(jù)鏈體系，在統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理下工作，從而達(dá)到整個作戰(zhàn)空間范圍內(nèi)的態(tài)勢共享，為三軍聯(lián)合作戰(zhàn)和盟軍協(xié)同作戰(zhàn)提供更好的支持。

圖1 一體化數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)疽鈭D

2 美軍天基通用數(shù)據(jù)鏈

2001年美軍首次提出天基CDL概念。CDL作為美軍充分定義并取得高度成功的數(shù)據(jù)鏈系列，長期應(yīng)用于空基ISR平臺，其功能貼近天基ISR平臺的需要。將CDL向天基拓展不僅可以節(jié)省重新研制天基ISR數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的成本和時間，還可以直接利用美軍現(xiàn)役的CDL地面系統(tǒng)，有效配合空基ISR平臺，形成多來源的戰(zhàn)術(shù)ISR能力。

因此，美軍于2004年再次推薦使用天基CDL作為ORS計劃的標(biāo)準(zhǔn)通信結(jié)構(gòu)。ORS是美軍在2001年為確保軍事航天技術(shù)優(yōu)勢、推動空間系統(tǒng)重大轉(zhuǎn)型而提出的全新概念，其主要目標(biāo)是：確?？臻g力量聚集于及時滿足聯(lián)合部隊指揮官需求，并最終達(dá)到通過及時地增加、鞏固和利用空間力量增強(qiáng)空間控制和空間支持能力，天基CDL正是ORS計劃提供“為美國中央司令部服務(wù)的天基ISR能力”的基礎(chǔ)。ORS計劃在發(fā)展天基CDL的過程中，采用“兩步走”的方式：首先通過TacSat項目驗證天基CDL的可行性和應(yīng)用潛力；隨后再通過ORS-1衛(wèi)星引導(dǎo)天基CDL向?qū)崙?zhàn)應(yīng)用階段過渡。

2.1 技術(shù)驗證階段

2003年，美國國防部轉(zhuǎn)型辦公室(OFT)提出了TacSat項目，通過一系列成本低廉的小型衛(wèi)星，驗證可實現(xiàn)戰(zhàn)場快速響應(yīng)的衛(wèi)星平臺和有效載荷技術(shù)，分別于2006年12月和2009年5月發(fā)射的TacSat-2、TacSat-3均將天基CDL作為重點驗證的有效載荷技術(shù)之一。

基于TacSat項目對系統(tǒng)成本和研制周期的嚴(yán)格限制，以及技術(shù)驗證項目相對較低的可靠性要求，TacSat-2和3均采用了基于“商用成品”(COTS)的空基CDL系統(tǒng)。

2．1．1 TacSat-2

TacSat-2天基CDL試驗采用位于美國海軍中國湖試驗基地的“模塊化互操作地面終端”(MIST)作為戰(zhàn)場地面終端。MIST是美國陸軍裝備的移動式CDL地面終端，使用直徑為1.83m的拋物面天線，支持U-2偵察機(jī)、“全球鷹”無人機(jī)等空基ISR平臺的戰(zhàn)場操作。TacSat-2任務(wù)中對MIST的軟件進(jìn)行了修改，使MIST天線能夠根據(jù)內(nèi)置的衛(wèi)星星歷表對TacSat-2進(jìn)行跟蹤。

作為首顆攜帶天基CDL載荷的技術(shù)驗證衛(wèi)星，TacSat-2在90min內(nèi)成功完成了從接收戰(zhàn)場用戶成像要求并對目標(biāo)進(jìn)行成像，再通過CDL下行鏈路將圖像下傳給戰(zhàn)場用戶的完整任務(wù)流程。TacSat-2的驗證結(jié)果表明，CDL/MIST是適用于戰(zhàn)術(shù)成像衛(wèi)星的可用星地鏈路。通過簡單的軟件修改，具有天基CDL載荷的戰(zhàn)術(shù)偵察衛(wèi)星能夠支持美軍在全球范圍內(nèi)的任意MIST終端。另外，TacSat-2還驗證了MIST終端在偵察衛(wèi)星與空基偵察平臺間的快速切換能力。TacSat-2天基CDL系統(tǒng)演示示意圖如圖2所示。

圖2 TacSat-2天基CDL系統(tǒng)演示示意圖

2.1.2 TacSat-3

作為TacSat-2的后續(xù)驗證項目，TacSat-3天基CDL系統(tǒng)除支持274Mbit/s高速下行鏈路外，還可以通過較低的數(shù)據(jù)率支持手持式的“遠(yuǎn)程操作視頻增強(qiáng)接收機(jī)”(ROVER)，并且增加了網(wǎng)絡(luò)能力。其傳輸示意圖如圖3所示。

圖3 TacSat-3天基CDL系統(tǒng)傳輸示意圖

TacSat-3技術(shù)驗證項目使用位于美國科羅拉多州陸軍空間與導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)實驗室的戰(zhàn)術(shù)地面站(TGS)作為CDL地面終端。TGS是美國陸軍為作戰(zhàn)部隊使用作戰(zhàn)響應(yīng)衛(wèi)星系統(tǒng)/高空長航時系統(tǒng)而開發(fā)的地面站，作戰(zhàn)用戶可通過TGS進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃、調(diào)度、數(shù)據(jù)下傳和分發(fā)。TacSat-3項目使用的TGS采用拖車式的3.05m直徑的S頻段自動跟蹤天線和lm直徑的Ku頻段衛(wèi)星通信天線。

在驗證過程中，首先由戰(zhàn)場用戶向TGS提出成像任務(wù)需求，TGS生成格式化的任務(wù)指令數(shù)據(jù)并上傳給TacSat-3。接收到任務(wù)指令后，TacSat-3可自主完成目標(biāo)成像和數(shù)據(jù)處理工作，并通過天基CDL直接將戰(zhàn)術(shù)圖像產(chǎn)品下傳給戰(zhàn)場用戶。TacSat-3任務(wù)中，從戰(zhàn)術(shù)用戶提出成像要求，到衛(wèi)星進(jìn)行成像、處理并將高光譜數(shù)據(jù)傳輸?shù)綉?zhàn)術(shù)用戶終端，整個過程可在l0min內(nèi)完成。

對于實時性要求不高的常規(guī)任務(wù)，用戶也可通過“保密互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議路由網(wǎng)絡(luò)”(SIPRNET)，利用任務(wù)操作中心和空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)(AFSCN)向TacSat-3下達(dá)任務(wù)指令和接收圖像產(chǎn)品。

2.2 實戰(zhàn)應(yīng)用階段

2011年6月，ORS-1衛(wèi)星成功發(fā)射。在TacSat驗證項目的基礎(chǔ)上，這顆ORS計劃下的首顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星配備了重新設(shè)計的天基CDL系統(tǒng)。ORS-1衛(wèi)星的發(fā)射，標(biāo)志著美軍天基CDL已成功完成前期技術(shù)驗證階段，并初步進(jìn)入實戰(zhàn)應(yīng)用階段。

與TacSat以試驗驗證為主要目標(biāo)不同，ORS-1衛(wèi)星直接面向作戰(zhàn)用戶使用，為美國中央司令部(USGENTCOM)提供實戰(zhàn)ISR能力支持。作為ORS計劃下的首顆業(yè)務(wù)衛(wèi)星，ORS-1衛(wèi)星在任務(wù)周期安排和可靠性方面，均提出了高于TacSat驗證任務(wù)的要求。同時，ORS-1衛(wèi)星的研制資金也相對寬裕。因此，ORS-1衛(wèi)星不再采用修改空基CDL載荷的方式，而是重新設(shè)計了適用于成像偵察衛(wèi)星的具備“空間等級”(space qualified)的CDL系統(tǒng)。ORS-1天基CDL系統(tǒng)才是真正意義上的首個“天基CDL”系統(tǒng)。

美國空軍航天司令部第14航空隊第50航天聯(lián)隊的第1空間操作中隊負(fù)責(zé)通過空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)(AFSCN)對ORS-1衛(wèi)星進(jìn)行運行控制，該控制中心是位于美國洛杉磯空軍基地的多任務(wù)空間操作中心(MMSOC)。作為實戰(zhàn)應(yīng)用系統(tǒng)，ORS-1衛(wèi)星通過“虛擬任務(wù)控制中心”(VMOC)和“分布式通用地面系統(tǒng)”(DCGS)完全融入了美軍的ISR網(wǎng)絡(luò)體系。

VMOC是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃和數(shù)據(jù)接收處理的綜合系統(tǒng)，可通過標(biāo)準(zhǔn)的可視化界面，協(xié)助作戰(zhàn)用戶及時獲取衛(wèi)星任務(wù)狀態(tài)、規(guī)劃調(diào)度資源，協(xié)調(diào)不同用戶需求，實現(xiàn)最大作戰(zhàn)效能。DCGS是美軍各軍兵種通用的多源ISR信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)，可對來自衛(wèi)星、飛機(jī)以及地面和海上ISR平臺的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行近實時接收、分布式處理和分發(fā)。

經(jīng)歷過TacSat項目的成功驗證之后，ORS-1天基CDL系統(tǒng)的運行效率進(jìn)一步提高。在執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)過程中，從戰(zhàn)場指令下達(dá)到完成數(shù)據(jù)下傳的時間能縮減到6.5min。

根據(jù)ORS計劃的未來規(guī)劃，美軍將大力推進(jìn)以MMSOC、VMOC和DCGS等系統(tǒng)為代表的ORS地面系統(tǒng)建設(shè)，力求使ORS戰(zhàn)術(shù)偵察衛(wèi)星通過AFSCN和“全球信息柵格”(GIG)完全融入美軍ISR戰(zhàn)術(shù)體系，成為空基ISR系統(tǒng)的有效備份和重要補(bǔ)充，形成“空天一體化”的ISR作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，全面滿足美軍各軍兵種的戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)需求。此外，未來的ORS星座還將通過中繼衛(wèi)星支持遙測、指令數(shù)據(jù)的超視距傳輸。

3 美軍天基通用數(shù)據(jù)鏈的下一步發(fā)展

美軍天基CDL系統(tǒng)的發(fā)展充分借鑒了空基CDL系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)驗，走出了一條“空轉(zhuǎn)天”的新型技術(shù)發(fā)展道路。實踐表明，天基CDL在天基ISR數(shù)據(jù)戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。未來，天基CDL技術(shù)將以O(shè)RS計劃為契機(jī)，逐步將其影響輻射到整個美軍空間偵察體系，甚至擴(kuò)展到民用和商用衛(wèi)星遙感領(lǐng)域。

1)借助ORS計劃，快速轉(zhuǎn)入全面應(yīng)用階段。

經(jīng)過TacSat-2、TacSat-3的驗證，以及ORS-1衛(wèi)星的成功發(fā)射，美軍天基CDL作為一項新興技術(shù)，在短短幾年的時間里就完成了從概念到驗證，再到初步應(yīng)用的轉(zhuǎn)化過程。天基CDL技術(shù)得以快速研發(fā)成功，一方面在于空基CDL技術(shù)的高度成熟，為天基CDL提供了較高的起點；另一方面，航天技術(shù)快速研發(fā)也是ORS概念的內(nèi)在要求。

未來，隨著ORS計劃階段性目標(biāo)的逐步實現(xiàn)，天基CDL也將轉(zhuǎn)入全面應(yīng)用階段，這一目標(biāo)最快將在2015年實現(xiàn)。

2)加速網(wǎng)絡(luò)體系更新?lián)Q代，促進(jìn)指控系統(tǒng)完成轉(zhuǎn)型。

天基CDL載荷需要相應(yīng)的地面基礎(chǔ)設(shè)施，美軍雖然已經(jīng)充分利用了現(xiàn)有的空基CDL地面基礎(chǔ)設(shè)施，但仍需要對傳統(tǒng)的衛(wèi)星控制網(wǎng)絡(luò)和軍事航天系統(tǒng)指控管理體系進(jìn)行升級、改造。同時，面向戰(zhàn)場作戰(zhàn)的應(yīng)用模式也對美軍空間系統(tǒng)的指控體系提出了新的要求。

未來結(jié)合ORS計劃的現(xiàn)階段目標(biāo)，美軍將繼續(xù)推進(jìn)與天基CDL技術(shù)相適應(yīng)的地面設(shè)施建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)體系集成和相關(guān)技術(shù)研發(fā)，并在此基礎(chǔ)上開展方便戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)應(yīng)用的空間系統(tǒng)指控系統(tǒng)轉(zhuǎn)型。

3)引發(fā)應(yīng)用模式空前變革，發(fā)揮民用領(lǐng)域應(yīng)用潛力。

天基CDL技術(shù)具有提供實時戰(zhàn)術(shù)圖像的能力，為空間成像系統(tǒng)的應(yīng)用模式帶來了一次巨大的變革。地面用戶可以根據(jù)緊急任務(wù)需求，現(xiàn)場提出成像要求，并通過手持終端等設(shè)備直接接收處理后的衛(wèi)星圖像，這種應(yīng)用模式不僅能夠用于支持美軍作戰(zhàn)，而且在民用領(lǐng)域也有著巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

4)形成貨架式標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，可能應(yīng)用于商用系統(tǒng)。

目前，以L3通信公司為代表的設(shè)備制造商已經(jīng)能夠提供模塊化的天基CDL載荷產(chǎn)品，以及相應(yīng)的地面系統(tǒng)解決方案。商用衛(wèi)星遙感運營商可以通過標(biāo)準(zhǔn)的衛(wèi)星接口，在其下一代成像衛(wèi)星上直接應(yīng)用天基CDL技術(shù)，以達(dá)到擴(kuò)大軍方市場和縮短圖像產(chǎn)品交付周期的目的。未來，隨著美軍ORS計劃的成功，天基CDL載荷很可能率先用于美國運營商的商用成像衛(wèi)星系統(tǒng)，為美軍提供商用衛(wèi)星偵察能力支持。

4 結(jié)束語

美軍近年來的幾次局部戰(zhàn)爭經(jīng)驗表明，戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用已經(jīng)成為空間偵察系統(tǒng)的必然發(fā)展方向，在此基礎(chǔ)上提出的天基CDL系統(tǒng)已經(jīng)展現(xiàn)出巨大的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用潛力。為積極應(yīng)對美軍天基CDL系統(tǒng)所代表的空間偵察系統(tǒng)轉(zhuǎn)型，在全球作戰(zhàn)環(huán)境下爭取主動，應(yīng)大力推進(jìn)供成像偵察衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用使用的星地數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，并盡早進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的演示驗證?！?/p>

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US military space common data link and its development

Wei Chenxi

(Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology,Beijing 100094,China)

The battle mode has developed into the combat system countermeasures, based on the composition of command and control system，reconnaissance and surveillance system，joint fire attack system，etc. The victory or defeat lies on the whole operational effectiveness composed of all joining battle weapon equipments. This is required to achieve interconnecting, interworking, interoperating among different kinds of weapon systems, and all kinds of resources can be fully shared. By way of data link, numerous complex weapon platforms and command control platforms can be connected organically, realizing battlefield situation sharing, shortening decision-making time, increasing command and control speed, and enhancing cooperative combat capability, exerting the system′s integrated operational effectiveness. Space common data link(CDL) as one of the key technologies developed by the US military forces under the operationally responsive space(ORS) program validated the tactical application ability of the imaging reconnaissance satellites successfully, and will be turned into the important method of the US military forces constructing multi-source battlefield information system.

common data link(CDL)；space CDL；operationally responsive space(ORS)；TacSat

2014-11-30；2015-02-02修回。

魏晨曦(1968-)，女，高工，從事導(dǎo)彈、航天領(lǐng)域科技情報研究工作。

TN919.6

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