無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)應(yīng)用研究

曹厚平+馬曉雷+丁振

【摘要】 無人機的應(yīng)用范圍變得越來越廣泛，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作為無人機系統(tǒng)的重要組成部分，主要負責(zé)飛機與地面站之間的數(shù)據(jù)信息傳輸，本文對數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展情況，尤其是無人機數(shù)據(jù)鏈發(fā)展情況進行了研究探討。

【關(guān)鍵詞】 數(shù)據(jù)鏈 無人機

Research on Application of Data Link Technology of Unmanned Aerial Vehicle

Abstract：The applications of UAV become more and more widely， data link system as an important part of UAV system， mainly responsible for aircraft and ground stations between the data transmission， this paper on the data chain development， in particular， no The development of human-computer data chain has been studied.

Keywords：Data Link； UAV

隨著科技的飛速發(fā)展，現(xiàn)代戰(zhàn)場軍事裝備已呈現(xiàn)出明顯的無人化趨勢。無人機數(shù)據(jù)鏈，主要負責(zé)飛機與地面站之間的數(shù)據(jù)通信，數(shù)據(jù)鏈作為信息化戰(zhàn)爭的一大基石，是C4 ISR 系統(tǒng)框架的組成部分。它在傳感器、指揮控制單元和武器平臺之間實時傳輸戰(zhàn)術(shù)信息，是實現(xiàn)信息鏈式運動的橋梁，是獲得信息優(yōu)勢，提高各作戰(zhàn)平臺快速反應(yīng)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力，實現(xiàn)作戰(zhàn)指揮自動化的關(guān)鍵設(shè)備。

一、無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

民用無人機數(shù)據(jù)鏈主要是基于GCS協(xié)議，該協(xié)議是專門針對點對點鏈路而設(shè)計，并未涉及數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)方面的規(guī)程，在數(shù)據(jù)鏈通用性方面仍然缺乏統(tǒng)一的標準。軍用領(lǐng)域的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈發(fā)展相對比較迅速，其中以美國和北約的Link-4A、Link-4C、Link-11、Link-16、Link-22等戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈使用最為廣泛，各種數(shù)據(jù)鏈比較見表一。

1、Link-4是一種非保密的數(shù)據(jù)鏈，包括Link-4、改進型的Link-4A和Link-4C其工作其工作在UHF頻段（225.000MHZ～399.975MHZ）。

2、Link-11是美國海軍20世紀60年代研制成功的一種低速戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，是目前主要的空地數(shù)據(jù)鏈路，也是使用最廣泛的空空數(shù)據(jù)鏈路。Link-11系統(tǒng)工作在頻段HF或UHF頻段，采用半雙工、輪詢/應(yīng)答的主從工作方式，在主控站的管理下進行組網(wǎng)通信，傳輸速率為2250bps，具有保密功能，但是無抗干擾能力。

3、Link-16是美國及北約國家三軍聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)（JTIDS）的主用數(shù)據(jù)鏈路，又稱為 TADIL J 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，工作在960～1215 MHZ的通信頻段，采用時分多址（TDMA）組網(wǎng)方式，傳輸速率高達238kbps，是保密、大容量、抗干擾和無節(jié)點的數(shù)據(jù)鏈鏈路，采用JTIDS/MIDS傳輸特性和技術(shù)接口設(shè)計規(guī)范所規(guī)定的協(xié)議、約定和固定長度報文格式。它采用 J 序列報文，報文標準由美軍標準 MIL-STD-6016 和北約標準STANAG 5516 和 STANAG 5616 定義。通信標準則遵循 JTIDS 和 MIDS 規(guī)定。

Link-16 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈發(fā)展史上占有重要地位：它標志著戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈從單一軍種到三軍通用的一次躍升。盡管 Link-16 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈在 20 世紀 80 年代就已經(jīng)用在美軍 E-3A 預(yù)警機上，可以說是投入使用多年，但關(guān)于其的改進和升級從未停止，其中就包括衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Satellite Tactical Data Link， STDL）、可變報文格式（Variable Message Format， VMF）計劃以及聯(lián)合距離延伸（JRE）計劃等。Link-16 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈是隨著武器系統(tǒng)的發(fā)展、作戰(zhàn)樣式的改變，為支持現(xiàn)代戰(zhàn)爭而研制的。現(xiàn)代戰(zhàn)爭的特點是信息化的聯(lián)合作戰(zhàn)和精確作戰(zhàn)，參戰(zhàn)單元眾多，分布在陸?？仗斓膹V大區(qū)域，戰(zhàn)爭節(jié)奏快，敵我雙方交錯在一起，交戰(zhàn)雙方激烈爭奪制信息權(quán)。Link-16 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的主要功能是在參戰(zhàn)單元之間實時交換戰(zhàn)術(shù)信息，使各參戰(zhàn)單元掌握實時戰(zhàn)場態(tài)勢和傳送指揮控制命令。

4 Link-22數(shù)據(jù)鏈是美國和北約為提高對抗能力、通信傳輸能力、與Link-16數(shù)據(jù)鏈兼容能力以及數(shù)據(jù)鏈的互操作能力，而設(shè)計和改進的數(shù)據(jù)鏈Link-11系統(tǒng)。

20世紀90年代末，為適應(yīng)現(xiàn)代戰(zhàn)爭要求，實現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)防空、導(dǎo)彈防御，美國海軍開始研制“協(xié)同作戰(zhàn)能力”（CEC）系統(tǒng)，這是一種革命性的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，主要有復(fù)合追蹤，識別和捕獲提示，以及協(xié)同作戰(zhàn)三大功能，它的意義在于通過戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈第一次實現(xiàn)多平臺武器系統(tǒng)的協(xié)同作戰(zhàn)，提高了武器的打擊威力。

二、無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述

數(shù)據(jù)鏈路當需要在一條線路上傳輸數(shù)據(jù)信息時，除了必須有一條物理線路外，還必須有一些必要的通信協(xié)議來控制這些數(shù)據(jù)的傳輸。如果把實現(xiàn)這些協(xié)議的軟件和硬件加到鏈路上，就構(gòu)成了數(shù)據(jù)鏈路，無人機數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)是連接飛機和地面控制站的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，實現(xiàn)無人機系統(tǒng)中的傳感器平臺、控制平臺、任務(wù)平臺和監(jiān)測平臺之間各種數(shù)據(jù)信息的處理與傳輸，通過數(shù)據(jù)鏈路系統(tǒng)，各平臺之間形成數(shù)據(jù)連接關(guān)系。

三、無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的基本組成

無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)包括三個基本組成要素：傳輸通道、消息標準和通信協(xié)議。

3.1傳輸通道

傳輸通道都具有一定的的性能指標，如通信頻段、發(fā)射功率、接收靈敏度等；處在傳輸通道中的各設(shè)備之間均有標準的數(shù)據(jù)接口，通過選擇合適的信道、功率、調(diào)制解調(diào)器、編解碼及加密算法，滿足數(shù)據(jù)鏈信息的傳輸要求，如通信距離、數(shù)據(jù)帶寬、傳輸速率、時延、通信方式、抗干擾及可靠性等。傳輸通道的基本組成通常包括有戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（Tactical Data System， TDS）、接口控制處理器（Interface Control Processor， ICP）、數(shù)據(jù)鏈終端設(shè)備（Data Terminal Set， DTS）和無線收發(fā)設(shè)備等如圖1所示。endprint

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要完成格式化消息的處理，通常有多種實現(xiàn)方式。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)接受各種傳感器數(shù)據(jù)（如數(shù)據(jù)、電子羅盤數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)、高度氣壓計數(shù)據(jù)等）和遙控指令數(shù)據(jù)（如遙控器信號、參數(shù)、軌跡規(guī)劃指令）等，并將其封裝成標準的信息格式，用于進一步的存儲與分發(fā)。接口控制單元主要是用來完成不同數(shù)據(jù)鏈的協(xié)議和接口轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)無人機系統(tǒng)數(shù)據(jù)信息的共享和狀態(tài)信息、控制指令的準確傳遞，保證對鏈路數(shù)據(jù)信息的一致性理解。

數(shù)據(jù)終端設(shè)備一般由調(diào)制解調(diào)器、網(wǎng)絡(luò)控制器及加解密設(shè)備構(gòu)成，并且?guī)в杏糜阪溌房刂频逆溌诽幚砥?，是?shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的核心部分和最基本單元，在通信協(xié)議的控制下進行數(shù)據(jù)收發(fā)和處理。

3.2消息標準

消息標準是對鏈路中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息的傾結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)接收發(fā)送規(guī)則等方面的詳細規(guī)定。制定標準的數(shù)據(jù)傳輸格式，有利于處理器生成、解析及處理，這需要設(shè)計具體的格式處理和數(shù)值轉(zhuǎn)換程序。

3.3通信協(xié)議

通信協(xié)議就是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在通信的過程中，有關(guān)數(shù)據(jù)信息的傳輸時序、傳輸條件、傳輸流程及傳輸控制方式等方面的規(guī)約，主要解決各種應(yīng)用系統(tǒng)的格式化消息如何通過信息網(wǎng)絡(luò)可靠且有效地建立鏈路，從而達成數(shù)據(jù)交換的目的。通信協(xié)議主要包括有網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、頻率協(xié)議、鏈路協(xié)議、接口標準和操作規(guī)程等內(nèi)容。

四、無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的主要特征

無人機數(shù)據(jù)鏈 通過無線傳輸信道，在規(guī)定的周期內(nèi)，按照規(guī)定的消息格式和通信協(xié)議，向特定的鏈接對象傳輸必要的數(shù)據(jù)信息，其主要特征體現(xiàn)在以下幾方面：

4.1實時性、可靠性和高精度

無人機的飛行狀態(tài)受地面站控制命令的直接控制，因此不允許控制命令有太長的延遲，并且對控制命令的產(chǎn)生、發(fā)送、傳輸和接收的可靠性、精度等方面也有非常高的要求。

4.2通用性和標準化

數(shù)據(jù)鏈信息傳輸采用標準化的信息格式，包括幀格式、接口標準和傳輸速率等，對無人機系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)信息進行規(guī)范化處理后，通過統(tǒng)一的信道傳輸，這樣不僅提高了信息傳輸?shù)男?，同時也提高了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的互操作性。

4.3抗干擾和安全性

數(shù)據(jù)鏈性能關(guān)系到無人機系統(tǒng)的信息交換在實際飛行過程中，飛機往往處在極其復(fù)雜的電磁環(huán)境中，當受到來自其他同頻或相近頻段的無線射頻設(shè)備的信號干擾時，要求整個系統(tǒng)仍能正常運行。若在開放的環(huán)境條件下，傳輸通道中的數(shù)據(jù)被其他設(shè)備截獲后，要求數(shù)據(jù)鏈必須具備較強的保密能力。

4.4傳輸方式的多樣化

為適應(yīng)各種應(yīng)用平臺的不同數(shù)據(jù)交換需求，保證信息可靠、實時地傳輸，數(shù)據(jù)鏈可以采用多種傳輸介質(zhì)和方式。

4.5小型化、模塊化設(shè)計

機載設(shè)備要求體積小、重量輕，模塊化設(shè)計便于維護和升級。

五、結(jié)束語

無人機數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的應(yīng)用要求越來越高，它隨著新裝備、新技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。我軍無人機數(shù)據(jù)鏈建設(shè)起步較晚，要實現(xiàn)信息化的目標，就必須關(guān)注外軍數(shù)據(jù)鏈進展，充分借鑒合理經(jīng)驗，利用新技術(shù)，走一條適合我軍建設(shè)實際的跨越式發(fā)展道路。

參 考 文 獻

[1]駱光明，楊斌，邱致和，等數(shù)據(jù)鏈一信息系統(tǒng)連接武器系統(tǒng)的捷徑北京：國防工業(yè)出版社，2008

[2]梅文華，蔡善法數(shù)據(jù)鏈北京：國防工業(yè)出版社，2007

[3]易牧，胡延霜，李保林，等無人機數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)介紹科技信息，2009endprint