機載數(shù)據(jù)鏈現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢分析

李國梁

(中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

數(shù)據(jù)鏈是一種按照統(tǒng)一消息格式和通信協(xié)議鏈接各作戰(zhàn)平臺，并且交互戰(zhàn)術信息的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈根據(jù)裝備平臺作戰(zhàn)的不同需求，可分為機載數(shù)據(jù)鏈、艦載數(shù)據(jù)鏈及車載數(shù)據(jù)鏈等。其中，機載數(shù)據(jù)鏈的功能是在飛機與飛機之間以及飛機與地面、艦艇之間能夠共享語音和數(shù)據(jù)通信、雷達跟蹤情報以及光電圖像。

1 早期機載數(shù)據(jù)鏈

美軍作為最早研究數(shù)據(jù)鏈的國家，其數(shù)據(jù)鏈型號眾多。而機載數(shù)據(jù)鏈是針對飛機特定的作戰(zhàn)需求所設計的，主要用途包括地面指揮所對飛機的指揮控制，以及飛機完成對地、對海打擊任務。圖1為美軍機載數(shù)據(jù)鏈發(fā)展簡圖。下面具體說明美軍已裝備的4種機載數(shù)據(jù)鏈。

1.1 Link-4

20世紀50年代末，Link-4開始裝備美國海軍，美國海軍通過Link-4進行戰(zhàn)術方面的指揮控制。該數(shù)據(jù)鏈采用單向時分復用技術，其功能包括發(fā)送作戰(zhàn)飛機導航指令，并指揮艦載機對空作戰(zhàn)[1]。Link-4 A是Link-4的改進版本，Link-4 A改進為雙向通信，最多可承載8個用戶。

1.2 Link-11

Link-11主要用于美國海軍，可以收發(fā)雷達情報以及共享戰(zhàn)場態(tài)勢。其中包含2個版本：戰(zhàn)術數(shù)字信息鏈路-A(TADIL-A)與戰(zhàn)術數(shù)字信息鏈路-B(TADIL-B)。TADIL-A主要應用于飛機、艦艇以及陸基平臺，其網絡為半雙工網絡；TADIL-B主要應用于陸基平臺，其網絡為全雙工網絡[2]。

1.3 Link-16

Link-16是北約和美軍目前裝備數(shù)量最多的一種保密、可靠、抗干擾的機載數(shù)據(jù)鏈。該數(shù)據(jù)鏈能夠處理標準消息與語音。Link-16的主要功能包括時間同步、格式化消息收發(fā)、成員入退網等。Link-16適用于聯(lián)合作戰(zhàn)時各軍兵種(陸軍、海軍、空軍)之間的戰(zhàn)場態(tài)勢共享和協(xié)同作戰(zhàn)。

1.4 Link-22

20世紀80年代，美國和北約開始研發(fā)一種新型戰(zhàn)術數(shù)據(jù)鏈，即Link-22[3]。Link-22是一種保密、抗干擾的通信系統(tǒng)，主要裝備在飛機、艦艇、岸基中心。Link-22比Link-11數(shù)據(jù)鏈承載用戶數(shù)量多(Link-11承載用戶數(shù)為61，Link-22承載用戶數(shù)為125)。

圖1 美軍機載數(shù)據(jù)鏈發(fā)展簡圖

2 新一代機載數(shù)據(jù)鏈

隨著科技的發(fā)展，作戰(zhàn)范圍將越來越大，傳輸?shù)男畔⒁苍絹碓蕉?，美軍已裝備的上述4種機載數(shù)據(jù)鏈(Link-4、Link-11、Link-16及Link-22)在傳輸速率、組網方式等方面都已經無法滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)需求。為此，美軍對機載數(shù)據(jù)鏈提出了新的指標要求。為了能在遠距離上迅速鎖定敵方戰(zhàn)術目標的方位，并及時將信息提供給武器單元，實現(xiàn)快速打擊，美軍對數(shù)據(jù)鏈網絡提出了實時性方面的要求。由于機載偵察系統(tǒng)收集的圖像數(shù)量越來越多，并且作戰(zhàn)飛機需要對戰(zhàn)場進行實時管理，接收和發(fā)送情報，新一代機載數(shù)據(jù)鏈面臨著高帶寬、靈活組網等方面的要求，其裝備情況如表1所示。

2.1 戰(zhàn)術瞄準網絡技術

戰(zhàn)術瞄準網絡技術(TTNT)是一種機載無線通信系統(tǒng)。TTNT采用互聯(lián)網絡協(xié)議(IP)與Ad hoc技術，組網靈活，可快速入退網。TTNT網絡數(shù)據(jù)傳送速率最高可達10 Mb/s，最低延遲僅為2 ms。同時，TTNT能夠為飛機提供戰(zhàn)術定位、復合跟蹤、瞄準打擊等技術，適用于未來的空中作戰(zhàn)平臺。

2.2 機間飛行數(shù)據(jù)鏈

機間飛行數(shù)據(jù)鏈(IFDL)僅裝備于F-22戰(zhàn)機，其目標是為F-22編隊成員提供高可靠及靈活機動的通信手段[4]。IFDL通過定向通信的方式，保證了F-22飛機的隱身性能，同時也保證了IFDL的低截獲性，但IFDL定向通信的特點也導致了其它數(shù)據(jù)鏈無法發(fā)現(xiàn)該平臺。為了改變這個問題，美軍正在尋求該數(shù)據(jù)鏈的改進方法。

2.3 多用途先進數(shù)據(jù)鏈

在IFDL基礎上，美軍研發(fā)了多用途先進數(shù)據(jù)鏈(MADL)。MADL主要用于各編隊成員之間共享戰(zhàn)場態(tài)勢等信息，該數(shù)據(jù)鏈是專門為F-35設計，其特點是高寬帶、高速率、低截獲。MADL通過極窄波束和極低發(fā)射功率的通信方式，確保了F-35的隱身能力。近期，美軍希望改進MADL，以實現(xiàn)F-35戰(zhàn)機與其他作戰(zhàn)飛機的協(xié)同作戰(zhàn)。

表1 機載數(shù)據(jù)鏈裝備組成表

3 發(fā)展趨勢分析

從美軍與北約的數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷程來看，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的未來發(fā)展方向是高速率、大容量、低時延。而民用移動通信技術(如5G)很好地解決了上述3個難點，5G的許多新技術值得數(shù)據(jù)鏈借鑒與學習。

通過美軍已裝備和正在裝備的數(shù)據(jù)鏈，可以看出美軍的數(shù)據(jù)鏈型號眾多，而且各軍兵種獨立開發(fā)的系統(tǒng)互不兼容，并逐步向多種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)并存發(fā)展。在多數(shù)據(jù)鏈共存的情況下，如何實現(xiàn)各數(shù)據(jù)鏈之間的信息融合是美軍未來需要解決的問題。而物聯(lián)網技術對于多數(shù)據(jù)鏈融合具有一定的啟發(fā)作用。

3.1 5G技術

近年來，由于移動通信方式的迅猛發(fā)展，移動網絡對人們的生活、工作等各方面的影響越來越大。5G技術結合了移動互聯(lián)網和物聯(lián)網技術，其關鍵技術主要包括高速率用戶體驗、高密度連接數(shù)以及低數(shù)據(jù)時延等，三大特點如圖2所示。5G滿足高速率、高密度、低時延的用戶需求，可為用戶提供更為優(yōu)質的體驗。其具體內容如下所述：

(1) 高速率用戶體驗

5G技術通過使用低頻率資源，并提升頻譜效率，可滿足用戶高速率的需求；同時，采用大規(guī)模天線陣列和新型多址技術，提升整個系統(tǒng)的頻譜效率。5G技術涵蓋從低速到高速(0.1～1 Gbps)用戶體驗速率。在移動場景下，如果大部分用戶觀看高清視頻，則用戶速率需要達到100 Mbps。在某些特殊場景下，5G網絡最高峰值速率可達10 Gbps。

圖2 5G關鍵技術場景圖

(2) 高密度連接數(shù)

5G采用超密集組網技術，可提高局部地區(qū)的高密度通信需求(如大型會議、節(jié)日慶典等)。通過增加基站部署的密度，并且提高頻率復用的效率，可以滿足5G網絡局部地區(qū)的高密度通信要求。隨著移動通信的發(fā)展，移動通信網絡的對象范圍擴大，除了人與人之間通信，還增加了人與物(如傳感器、儀器等)、物與物之間的互聯(lián)互通。其中，5G網絡的高密度連接數(shù)可達100萬/km2。

(3) 低數(shù)據(jù)時延

5G技術采用較短的幀結構和經過優(yōu)化后的信令流程，以及引入新型多址和終端直接通信(D2D)等技術，縮短了數(shù)據(jù)中轉的時間延遲。這一系列措施都降低了傳輸時延，滿足了5G網絡的低時延要求。其中，5G網絡的端到端時延可達毫秒級。

通過以上3點可以看出，5G采用大規(guī)模天線陣列、新型多址、超密集組網以及D2D等技術，可滿足高速率、高密度及低時延的用戶需求。而機載數(shù)據(jù)鏈可以借鑒5G技術，采用最新的天線陣列技術，增加收發(fā)信道，選取效率更高的編碼方式以及更加靈活的組網方式等手段，提高數(shù)據(jù)鏈性能，以滿足瞬息萬變的戰(zhàn)場需要。

3.2 物聯(lián)網

物聯(lián)網是指信息化傳感設備按照約定協(xié)議，將物品與互聯(lián)網連接起來，并進行數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)了識別、定位、跟蹤和管理的網絡，這是互聯(lián)網絡的擴展，其可延伸至物與物之間進行信息交換和通信。

物聯(lián)網系統(tǒng)通過傳感器獲取信息，其信息由于傳感器的性質、類型的不同，導致信息的形式和內容具有差異；由于傳感器感知區(qū)域的局限性，導致信息的不全面[5]。通過異構數(shù)據(jù)融合技術可消除信息中的差異性和不全面性。異構數(shù)據(jù)融合是將異構數(shù)據(jù)進行綜合處理，最終得到準確全面的信息。數(shù)據(jù)融合首先在原始數(shù)據(jù)基礎上進行數(shù)值融合，進行特征提取；然后對提取出的特征信息(如目標方向、速度等)進行綜合分析和處理；最后根據(jù)處理后的信息，進行綜合推斷，得出融合結果。通過數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)可增強抗干擾能力，減少數(shù)據(jù)冗余，增加數(shù)據(jù)精確性等。

機載數(shù)據(jù)鏈的型號眾多，各鏈之間相互隔離，無法充分發(fā)揮多種數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)性能。在一個作戰(zhàn)平臺裝備多種機載數(shù)據(jù)鏈的情況下，多種數(shù)據(jù)鏈接收到作戰(zhàn)信息，然后采用物聯(lián)網的異構數(shù)據(jù)融合技術，將各鏈的作戰(zhàn)信息融合處理后，上報至作戰(zhàn)人員。這樣，作戰(zhàn)人員將得到更加準確全面的戰(zhàn)場態(tài)勢，利于奪取戰(zhàn)場的主動權。

4 結束語

隨著數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展，奪取制信息權成為了未來戰(zhàn)爭的關鍵，準確全面的戰(zhàn)場信息就顯得尤為重要。民用無線通信(如5G和物聯(lián)網)中的許多技術將會為數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展提供有益的借鑒和啟發(fā)。