彈載數(shù)據(jù)鏈技術(shù)與運(yùn)用

趙國宏 武應(yīng)華 詹平 黃河

1.復(fù)雜飛行器系統(tǒng)仿真重點實驗室北京100094

導(dǎo)彈武器射程遠(yuǎn)、速度快、精度高、威力大的優(yōu)勢,使之成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的“敲門磚”、“保護(hù)傘”和“定音錘”,導(dǎo)彈戰(zhàn)已經(jīng)成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主要作戰(zhàn)樣式,呈現(xiàn)出“無導(dǎo)不成戰(zhàn)”的特征.隨著戰(zhàn)爭形態(tài)向信息化、智能化發(fā)展,導(dǎo)彈武器全程入網(wǎng)、全時可控的作戰(zhàn)需求,使得彈載數(shù)據(jù)鏈成為導(dǎo)彈武器的基本配置,加速了導(dǎo)彈武器裝備發(fā)展呈現(xiàn)出“無鏈不成導(dǎo)” 的趨勢.本文重點對彈載數(shù)據(jù)鏈的概念、體系、技術(shù)和運(yùn)用進(jìn)行分析研究.

1 彈載數(shù)據(jù)鏈的基本概念

1.1 數(shù)據(jù)鏈

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N嵌入傳感器平臺、指揮控制平臺和武器平臺,按照規(guī)定的協(xié)議,實時自動傳輸處理戰(zhàn)場情報、作戰(zhàn)指令、控制信息等格式化信息(稱為消息)的戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng).

與通信系統(tǒng)相比較,數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)恰疤乜鞂＿f”:“特”是指數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)面向特定的作戰(zhàn)應(yīng)用,而通信系統(tǒng)具有通用性;“快”是指數(shù)據(jù)鏈以傳遞實時信息為主;“?！笔侵笖?shù)據(jù)鏈有專門的協(xié)議,如傳輸協(xié)議、消息協(xié)議等;“遞”是指數(shù)據(jù)鏈不僅要快速傳輸信息,還要自動處理信息,完成相應(yīng)的戰(zhàn)術(shù)功能,實現(xiàn)與控制對象的深度鉸鏈.如圖1所示.可見,數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)莻鞲衅髌脚_、指揮控制平臺和武器平臺鉸鏈的紐帶[1].

圖1 數(shù)據(jù)鏈與相關(guān)系統(tǒng)的關(guān)系

1.2 彈載數(shù)據(jù)鏈

彈載數(shù)據(jù)鏈指嵌入導(dǎo)彈武器平臺,將武器平臺與天基信息系統(tǒng)、地面控制與保障系統(tǒng)等聯(lián)為一體,自動接收處理偵察探測、威脅告警、導(dǎo)航定位、目標(biāo)指示、武器測控等實時信息,實現(xiàn)導(dǎo)彈武器探測、識別、制導(dǎo)、打擊、評估一體的專用戰(zhàn)術(shù)信息系統(tǒng).

本文所述彈載數(shù)據(jù)鏈,一是重點指安裝于導(dǎo)彈武器平臺的數(shù)據(jù)鏈,不包含炮彈、炸彈等彈藥;二是重點指用于發(fā)射后飛行中導(dǎo)彈武器控制的數(shù)據(jù)鏈,不包含發(fā)射前指揮系統(tǒng)對地面機(jī)動、測試、待發(fā)狀態(tài)的導(dǎo)彈武器實施指揮監(jiān)控的數(shù)據(jù)鏈.

2 彈載數(shù)據(jù)鏈的功能與特點

2.1 主要功能

彈載數(shù)據(jù)鏈的功能可以概括為“五控一察”等6個主要方面:一是指控,即指控站向飛行中的導(dǎo)彈武器發(fā)送指令;二是發(fā)控,即向飛行中的導(dǎo)彈武器在線裝訂諸元參數(shù);三是測控,即飛行中導(dǎo)彈武器向地面回傳飛行時間、進(jìn)程、狀態(tài)、參數(shù)等遙測信息;四是安控,當(dāng)導(dǎo)彈武器失控或任務(wù)取消時,向?qū)椢淦靼l(fā)送自毀信息;五是飛控,特指對導(dǎo)彈武器實施“人在回路”閉環(huán)制導(dǎo)控制.六是偵察,即將彈上傳感器獲取的信號或圖像等探測信息回傳到指控站.

2.2 技術(shù)特點

同其他平臺數(shù)據(jù)鏈相比較,彈載數(shù)據(jù)鏈具有以下特點:

1)射程遠(yuǎn),衰減大,超視距傳輸難.導(dǎo)彈武器射程最遠(yuǎn)成千上萬公里,視距傳輸時,存在信號強(qiáng)衰減,超視距傳輸時,受地球曲率影響,造成無法通視.為實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信波束覆蓋,需要有天、空、地平臺進(jìn)行中繼.

2)速度快,動態(tài)高,快速建鏈難.巡航導(dǎo)彈最低速度0.6 Ma 左右,彈道導(dǎo)彈最高達(dá)20 Ma;另外存在10 g ～40 g 的大過載,造成最多達(dá)幾十千赫茲的多普勒頻移,使得信號捕獲建鏈和信號穩(wěn)定鎖定難,需進(jìn)行多普勒補(bǔ)償.

3)姿態(tài)多,變化快,穩(wěn)定通信難.巡航導(dǎo)彈飛行中存在拉起俯沖等動作,彈道導(dǎo)彈存在變軌機(jī)動、俯仰偏航、滾動旋轉(zhuǎn)等動作,彈上天線波束對準(zhǔn)控制和穩(wěn)定通信難.

4)空間小,環(huán)境惡,適配防護(hù)難.彈載端機(jī)安裝空間十分有限,需要在不影響導(dǎo)彈動力特性前提下,解決數(shù)據(jù)鏈設(shè)備小型化、電磁兼容和接口適配等問題.另外,導(dǎo)彈在高速飛行中由于反復(fù)燒蝕,依速度不同,可能面臨700°～3 000°的高溫環(huán)境.

5)帶寬窄,速率低,大容量傳輸難.采用衛(wèi)星中繼時,由于帶寬受限,幀頻可能低至每秒2 幀以下,多彈組網(wǎng)和傳輸大容量圖像信息時,傳輸速度和圖像質(zhì)量可能難以滿足作戰(zhàn)需求.

3 彈載數(shù)據(jù)鏈的地位作用

導(dǎo)彈武器加裝彈載數(shù)據(jù)鏈以后,實現(xiàn)了導(dǎo)彈武器“飛多遠(yuǎn),控多遠(yuǎn)”,創(chuàng)新了作戰(zhàn)模式,提升了作戰(zhàn)效能,提高了作戰(zhàn)運(yùn)用的靈活性.

3.1 改變導(dǎo)彈傳統(tǒng)作戰(zhàn)模式的創(chuàng)新裝備

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是體系與體系的對抗,作戰(zhàn)環(huán)境瞬息萬變是重要的特征.傳統(tǒng)的導(dǎo)彈武器基于射前情報、事先規(guī)劃和預(yù)先裝訂的數(shù)據(jù)作戰(zhàn),發(fā)射后不可管不可控,戰(zhàn)場適應(yīng)性差.數(shù)據(jù)鏈構(gòu)建起傳感器、指控站與導(dǎo)彈武器實時信息交換網(wǎng)絡(luò),為武器實時控制提供了現(xiàn)實手段,實現(xiàn)了“因敵而變、因己而變、因環(huán)境而變”,極大豐富了導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)樣式.例如,戰(zhàn)斧I(xiàn)V 巡航導(dǎo)彈裝備衛(wèi)星雙向數(shù)據(jù)鏈后,既可以在飛行中更換打擊目標(biāo),還可以預(yù)裝多個目標(biāo)實施“點菜”式打擊;既可以在戰(zhàn)場上空盤旋聽令實施“巡飛打擊”,還可以通過傳感器平臺或偵察兵實施“引導(dǎo)打擊”、“召喚打擊”;既可以對移動目標(biāo)實施追蹤式打擊,還可以采取“人在回路(Man In The Loop,MITL)”的方式實現(xiàn)“指哪打哪”,實現(xiàn)了打擊目標(biāo)在線變更,真正實現(xiàn)了火力機(jī)動.

3.2 提高導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵裝備

彈載數(shù)據(jù)鏈的應(yīng)用,極大地提高了導(dǎo)彈武器的快速反應(yīng)、精確打擊、有效突防、實時偵察、打擊目標(biāo)的適應(yīng)性以及打擊時間敏感目標(biāo)等能力.

一是提高快速反應(yīng)能力.美軍戰(zhàn)斧I(xiàn) 采用地形匹配制導(dǎo),任務(wù)規(guī)劃時間長達(dá)3 d(1991年海灣戰(zhàn)爭中),戰(zhàn)斧I(xiàn)I 采用景象匹配制導(dǎo),任務(wù)規(guī)劃時間101 min(1999年科索沃戰(zhàn)爭中),戰(zhàn)斧I(xiàn)II 引入衛(wèi)星制導(dǎo),任務(wù)規(guī)劃時間縮短到19 min (2001年阿富汗戰(zhàn)爭中),戰(zhàn)斧I(xiàn)V 采用基于數(shù)據(jù)鏈的制導(dǎo)模式,減少了規(guī)劃約束條件,縮短了規(guī)劃時間,任務(wù)規(guī)劃時間只有6 min(2003年伊拉克戰(zhàn)爭的)[2].另外,由于巡航導(dǎo)彈飛行較慢,1 500 km 航程需要2 h ～3 h,如要實現(xiàn)美軍10 min 內(nèi)摧毀目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)思想,必須運(yùn)用數(shù)據(jù)鏈技術(shù),將導(dǎo)彈提前發(fā)射,在導(dǎo)彈飛行過程中實時接受控制.

二是提高精確打擊能力.以巡航導(dǎo)彈為例,采取景象匹配末制導(dǎo)方式,要求在目標(biāo)周圍一定范圍內(nèi)必須具有若干滿足匹配約束條件的景象匹配區(qū),這使得導(dǎo)彈的打擊能力受制于打擊目標(biāo)區(qū)域地形地貌的限制,攻擊方向也受制于景象匹配區(qū)的分布特征,精度提高存在“天花板”.同時,導(dǎo)彈的命中精度還受制于景象匹配定位精度,對匹配圖的要求很高,很多時候難以保障.通過彈載數(shù)據(jù)鏈,采用“人在回路”方式進(jìn)行末制導(dǎo)是解決這一問題的有效途徑.

三是提高打擊目標(biāo)的適應(yīng)性.精確制導(dǎo)武器多采取基于自動目標(biāo)識別(Automatic Target Recognition,ATR)的尋的制導(dǎo)模式,對目標(biāo)實施精確打擊.但是,ATR 技術(shù)在復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下,打擊目標(biāo)種類和時機(jī)可能受限.例如,背景復(fù)雜的目標(biāo)(如建筑物群)、實施了一定的隱蔽偽裝的目標(biāo)(加裝偽裝網(wǎng))、實施電子干擾的目標(biāo)(對特定導(dǎo)引頭實施針對性壓制或欺騙干擾)、受到自然環(huán)境干擾的目標(biāo)(周邊植被樹木環(huán)繞)、受即時戰(zhàn)場影響的目標(biāo)(如前一輪攻擊過后形成煙幕遮蔽,或者外形輪廓殘缺)、不可見目標(biāo)(地下、半地下目標(biāo))、不規(guī)則的復(fù)雜目標(biāo)等等.引入基于數(shù)據(jù)鏈的“人在回路”制導(dǎo)方式后,可以充分利用人類超強(qiáng)的模式識別能力,實現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)“看著打”.另外,人在回路可適應(yīng)爬升、下滑、水平、躍起俯沖等攻擊方式;“人在回路” 可在一定程度上降低目標(biāo)定位精度;“人在回路” 比自動目標(biāo)識別環(huán)境適應(yīng)能力更強(qiáng).

四是提高戰(zhàn)場感知能力.通過彈載數(shù)據(jù)鏈,導(dǎo)彈武器不必增加新的偵察載荷,就可利用導(dǎo)彈自身的傳感器(如導(dǎo)引頭)進(jìn)行全程、連續(xù)、實時的戰(zhàn)場監(jiān)視,為快速決策提供依據(jù);可以實施快速打擊效果偵察,既可防止過殺,還可為后續(xù)任務(wù)規(guī)劃和毀傷效果評估提供精確依據(jù);巡航導(dǎo)彈射程遠(yuǎn),飛行時間長,可在巡航過程中,對敏感區(qū)域?qū)嵤├@飛偵察,實現(xiàn)了察打一體.

五是提高有效突防能力.通過彈載數(shù)據(jù)鏈,可以根據(jù)最新威脅情報,變更飛行航跡,規(guī)避敵方防空區(qū)域;可在飛行過程中及時回傳實時偵獲的敵方反導(dǎo)雷達(dá)參數(shù),快速計算裝訂最新突防裝置參數(shù),提高了突防對抗的針對性和有效性.

六是提高時敏目標(biāo)打擊能力.導(dǎo)彈武器作為速度最快的武器,在打擊遠(yuǎn)距離時敏目標(biāo)時,仍然需要一定的時間,特別是巡航導(dǎo)彈,飛行時間更長,對于一些時間敏感目標(biāo),由于戰(zhàn)機(jī)稍縱即逝,必須做到“發(fā)現(xiàn)即摧毀”;另外,采用景象匹配的末制導(dǎo)方式只能對固定目標(biāo)進(jìn)行坐標(biāo)攻擊,對移動目標(biāo)缺乏打擊能力.提高打擊時間敏感目標(biāo),特別是移動目標(biāo)能力,必須讓導(dǎo)彈飛行和目標(biāo)偵察過程同時進(jìn)行,導(dǎo)彈在目標(biāo)區(qū)域隱蔽飛行,指控站快速更新飛行航跡數(shù)據(jù)或目標(biāo)數(shù)據(jù),并快速發(fā)送到彈上.這樣,一旦發(fā)現(xiàn)目標(biāo),導(dǎo)彈馬上可以實施精確打擊.這一過程需要大量傳輸信息,彈載數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且粋€必不可少的手段.

3.3 最復(fù)雜困難條件下作戰(zhàn)的保底裝備

從機(jī)械化、信息化到智能化,無論戰(zhàn)爭形態(tài)如何演變,核武器的戰(zhàn)略威懾和決定性作用不會改變.戰(zhàn)時,在衛(wèi)星等戰(zhàn)略通信資源被毀,空中、地面應(yīng)急指揮機(jī)構(gòu)失能等極端條件下,可發(fā)揮導(dǎo)彈陣地隱蔽,導(dǎo)彈平臺覆蓋范圍大、飛行速度快的特點,將導(dǎo)彈武器作為最低限度指揮平臺,實施國土全境大范圍快速自動化指揮控制.這種保底指揮控制方式需要事先制定作戰(zhàn)規(guī)則和作戰(zhàn)方案,并建立感知平臺、發(fā)射指控站和導(dǎo)彈武器之間的自動化鏈路,確保在無人干預(yù)或少量干預(yù)的條件下實施可靠反擊,彈載數(shù)據(jù)鏈正是支撐這一功能的基礎(chǔ)手段.冷戰(zhàn)期間,美俄均研發(fā)部署這種應(yīng)急指揮導(dǎo)彈.當(dāng)前,俄羅斯仍然保留了這一手段[5],這也成為俄羅斯戰(zhàn)略威懾的利器之一.

3.4 導(dǎo)彈集群作戰(zhàn)的支撐裝備

導(dǎo)彈集群作戰(zhàn)是未來智能化戰(zhàn)爭的主要樣式.通過多枚導(dǎo)彈組成的彈群協(xié)同探測、協(xié)同制導(dǎo)、協(xié)同突防、協(xié)同攻擊,可有效提高復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境下的目標(biāo)識別、精確制導(dǎo)、有效突防、綜合毀傷等能力.為實現(xiàn)這一模式,群彈之間、彈地之間需要頻繁進(jìn)行信息交互,并按照作戰(zhàn)規(guī)則實施協(xié)同作戰(zhàn),彈載數(shù)據(jù)鏈正是構(gòu)建飛行中導(dǎo)彈戰(zhàn)斗云的基礎(chǔ)和支撐裝備[3].

3.5 構(gòu)建導(dǎo)彈武器信息閉環(huán)的核心裝備

有人認(rèn)為,作戰(zhàn)體系進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)中心時代,數(shù)據(jù)鏈的地位作用將明顯下降,甚至已經(jīng)過時.實際上,一方面,數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)蔷W(wǎng)絡(luò)信息體系的基礎(chǔ)和重要組成部分,另一方面,網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)鏈正是數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展方向.

美軍網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)體系中,將聯(lián)合信息網(wǎng)絡(luò)區(qū)分為3 個層次,即聯(lián)合計劃網(wǎng)(Joint Planning Network,JPN)、聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)(Joint Data Network,JDN)和綜合跟蹤網(wǎng)(Joint Composite Tracking Network,JCTN)[4],分別服務(wù)于指揮決策、行動指揮和武器控制.其中,戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)锹?lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)和綜合跟蹤網(wǎng)的主要裝備,而武器數(shù)據(jù)鏈則是綜合跟蹤網(wǎng)核心的主要裝備.如圖2所示.

圖2 網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)中的聯(lián)合信息網(wǎng)絡(luò)

聯(lián)合計劃網(wǎng)屬于戰(zhàn)略戰(zhàn)役層面,應(yīng)用于聯(lián)合作戰(zhàn)中以作戰(zhàn)籌劃為核心的相關(guān)信息(如戰(zhàn)略情報、方案計劃、戰(zhàn)備狀態(tài)等)交換,主要基于高速寬帶大容量的IP 網(wǎng)絡(luò),允許信息傳輸存在適當(dāng)?shù)难訒r.利用聯(lián)合計劃網(wǎng)可以生成共用作戰(zhàn)圖(Comman Operational Picture,COP).

聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)屬于戰(zhàn)術(shù)層面,應(yīng)用于參戰(zhàn)部隊?wèi)?zhàn)術(shù)情報共享和作戰(zhàn)行動指揮控制,要求信息及時更新.利用聯(lián)合數(shù)據(jù)網(wǎng)可以形成共用戰(zhàn)術(shù)圖(Comman Tactical Picture,CTP),使各參戰(zhàn)部隊共享情報信息資源.主要基于戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈,如聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)信息分發(fā)系統(tǒng)(Joint Tactical Information Distribution System,JTIDS)和戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈(Tactical Digital Information Links,TADIL),包括TADIL A/B(Link-11)、TADIL C(Link-4A)、TADIL J(Link-16)等.

綜合跟蹤網(wǎng)屬于平臺層面,應(yīng)用于武器控制,它將傳感器、指控站、武器平臺和彈藥鏈接成網(wǎng)絡(luò),實時共享數(shù)據(jù),進(jìn)行火力控制,形成協(xié)同作戰(zhàn)能力.綜合跟蹤網(wǎng)對傳輸控制的實時性要求最高,支持生成戰(zhàn)區(qū)單一綜合態(tài)勢圖像(Single Integrated Awareness Picture,SIAP).綜合跟蹤網(wǎng)主要基于武器數(shù)據(jù)鏈,如協(xié)同交戰(zhàn)能力(Cooperative Engagement Capability,CEC)、戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)定位網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(Tactical Targeting Network Technology,TTNT)等.

可見,數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)蔷W(wǎng)絡(luò)信息體系中必不可少的重要組成部分,是指揮平臺、傳感器平臺、武器平臺融合的紐帶,更是武器平臺入網(wǎng)的基本手段.彈載數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)沟脤?dǎo)彈成為網(wǎng)絡(luò)信息體系中的有機(jī)節(jié)點,真正實現(xiàn)了從“傳感器”到“射手”的有機(jī)交聯(lián),構(gòu)建起“偵察定位指控打擊評估”的實時信息閉環(huán).

4 彈載數(shù)據(jù)鏈技術(shù)參考模型

技術(shù)參考模型(Technical Reference Model,TRM)定義了信息系統(tǒng)中的公共服務(wù)及其接口關(guān)系的集合,目的是實現(xiàn)信息系統(tǒng)之間的互通互聯(lián)互操作,并增強(qiáng)系統(tǒng)的可移植性和可伸縮性,同時,技術(shù)參考模型也為信息系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定提供了基本架構(gòu)和約束[6].

典型信息系統(tǒng)的技術(shù)參考模型包括[7]:一是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(International Standardization Organization,ISO)的開放系統(tǒng)互聯(lián)參考模型(Open System Interconnect,OSI),包括應(yīng)用層、表述層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層等7 層,并規(guī)定各層之間的接口關(guān)系;二是因特網(wǎng)通信系統(tǒng)中的TCP/IP協(xié)議棧,包括應(yīng)用層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、鏈路層、物理層等5 層,并規(guī)定各層之間的接口關(guān)系.但是,上述分層架構(gòu)主要應(yīng)用于以系統(tǒng)集成為主的、面向用戶互聯(lián)組網(wǎng)的信息系統(tǒng)中,為滿足數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)“特快專遞”的要求,特別是彈載數(shù)據(jù)鏈的特點,需要對技術(shù)參考模型進(jìn)行優(yōu)化.

本文提出一種“三層結(jié)構(gòu)三類接口”的彈載數(shù)據(jù)鏈最簡技術(shù)參考模型,描述其最簡的功能層次和接口關(guān)系,如圖3所示.

4.1 三層結(jié)構(gòu)

將OSI 七層協(xié)議壓縮為三層.一是物理層不變,對應(yīng)彈載數(shù)據(jù)鏈傳輸信道,封裝了各種無線信道模型.二是根據(jù)數(shù)據(jù)鏈的原理,跨越了中間的網(wǎng)絡(luò)層和傳輸層,直接從鏈路層構(gòu)建端到端的直達(dá)鏈路,形成建鏈層,對應(yīng)彈載數(shù)據(jù)鏈端機(jī),封裝了調(diào)制解調(diào)模型、地址管理模型、接口控制模型等.其中省略了TCP/UDP、IP 等各種報頭的層層封裝,只需封裝MAC 地址,盡可能一跳到達(dá),從而將消息直接遞交到平臺.三是將應(yīng)用層、表述層、會話層合并為應(yīng)用層,實現(xiàn)從轉(zhuǎn)換處理向嵌入控制拓展,對應(yīng)彈載數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)(Tactical Data System,TDS),封裝了地址映射模型、消息轉(zhuǎn)換模型、數(shù)據(jù)處理模型、消息處理模型等;戰(zhàn)術(shù)平臺則封裝了與彈載數(shù)據(jù)鏈關(guān)聯(lián)的傳感器模型、指揮控制平臺模型和武器平臺模型.這是一種最簡參考模型,為實現(xiàn)層次扁平化、接口嵌入化、處理自動化奠定了基礎(chǔ).

彈載數(shù)據(jù)鏈在多數(shù)據(jù)鏈互聯(lián)應(yīng)用場景下,則需要進(jìn)行鏈間轉(zhuǎn)換,即利用網(wǎng)關(guān)方式而不是網(wǎng)絡(luò)層互聯(lián)方式來完成.為保證實時性,中繼節(jié)點一般僅進(jìn)行簡單的消息過濾和按規(guī)則進(jìn)行消息直接轉(zhuǎn)發(fā).

圖3 彈載數(shù)據(jù)鏈技術(shù)參考模型

彈載數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)堑湫偷膯巫泳W(wǎng)結(jié)構(gòu),從衛(wèi)星一跳到達(dá)各個導(dǎo)彈的MAC 地址,即頻點地址碼或平臺標(biāo)識號.在多子網(wǎng)的情況下,則需要進(jìn)行鏈間消息轉(zhuǎn)換并自動送達(dá)武器平臺.

4.2 3 類接口

圍繞消息傳輸、處理和控制,基于上述三層結(jié)構(gòu),將接口區(qū)分為從物理層到建鏈層的信號接口、從建鏈層到應(yīng)用層的消息接口、從應(yīng)用層到平臺層的控制接口3 類;

1)控制接口.控制接口是數(shù)據(jù)鏈與應(yīng)用系統(tǒng)之間的界面.通過此接口明確數(shù)據(jù)鏈的邊界條件及信息類型.接口形式取決于具體的應(yīng)用系統(tǒng),例如LAN接口、1553B 接口等.

2)消息接口.消息接口是應(yīng)用層與建鏈層之間的界面.邏輯接口要求遵從消息格式交換標(biāo)準(zhǔn),物理接口有串行及并行等形式,如RS-232 接口、RS-422接口、LAN 接口、1553B 接口等.

3)信號接口.信號接口是建鏈層與物理層之間的界面.此類接口一般傳送基帶調(diào)制模擬信號.如果調(diào)制/解調(diào)器功能在物理層實現(xiàn),則信號接口可透明傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)流.接口的物理形式包括模擬接口或同步數(shù)字接口等.

5 彈載數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷程

本文提出一種彈載數(shù)據(jù)鏈劃代方法.彈載數(shù)據(jù)鏈的研制始于20世紀(jì)五六十年代,經(jīng)過60 多年的發(fā)展,經(jīng)歷了從視距向超視距、從單彈引導(dǎo)向多彈協(xié)同、從專用向通用的發(fā)展歷程.

第1 代:視距彈載數(shù)據(jù)鏈.始于20世紀(jì)80年代,典型代表是AN/AXQ-14 數(shù)據(jù)鏈,由休斯公司研制,主要用于F-15、F-16、F-111 等作戰(zhàn)飛機(jī)引導(dǎo)控制機(jī)載精確制導(dǎo)武器或航空炸彈如GBU-15[8].這是一種雙向L 波段數(shù)據(jù)鏈,武器控制人員可以通過其向武器發(fā)送指令,接收武器傳感器獲取的偵察情報.該數(shù)據(jù)鏈作用距離為視距.

第2 代:超視距彈載數(shù)據(jù)鏈.始于21世紀(jì)初,典型代表是戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈衛(wèi)星數(shù)據(jù)鏈,由雷神公司研制,裝備在戰(zhàn)斧I(xiàn)V(也稱戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)斧)巡航導(dǎo)彈.是一種雙向UHF 數(shù)據(jù)鏈,實現(xiàn)了對飛行中導(dǎo)彈武器的“人在回路”控制,利用中繼衛(wèi)星進(jìn)行傳輸,該數(shù)據(jù)鏈作用距離達(dá)上千公里以上[9].

第3 代:彈間協(xié)同數(shù)據(jù)鏈.雖然在報道中該數(shù)據(jù)鏈出現(xiàn)在20世紀(jì)80年代初,但前蘇聯(lián)研制的反艦導(dǎo)彈協(xié)同數(shù)據(jù)鏈無疑是這類數(shù)據(jù)鏈的典型代表[10],而且目前仍在俄羅斯海軍水面、水下艦艇裝備的反艦導(dǎo)彈中廣泛使用,其最早裝備在“花崗巖”(P-700)反艦導(dǎo)彈上,通過彈間數(shù)據(jù)鏈可在空中構(gòu)成一個飛行中反艦導(dǎo)彈攻擊網(wǎng)絡(luò)群,開創(chuàng)了導(dǎo)彈協(xié)同攻擊作戰(zhàn)的新模式[11].

第4 代:通用多用途智能化彈載數(shù)據(jù)鏈.2003年開始,美國空軍委托羅克韋爾·斯克林公司開始實施“女妖(Banshee)” 計劃,即開展“武器數(shù)據(jù)鏈體系結(jié)構(gòu)(Weapon Datalink Architecture,WDLA)” 計劃[12],采用符合美軍“聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)(Joint Tactical Radio System,JTRS)” 規(guī)范的“軟件通信結(jié)構(gòu)(Software Communication Architecture,SCA)”,開發(fā)用于精確制導(dǎo)武器的網(wǎng)絡(luò)化飛行中通信系統(tǒng),其可變的體系架構(gòu)能夠滿足美軍現(xiàn)有和未來各種導(dǎo)彈武器協(xié)同組網(wǎng)以及智能化作戰(zhàn)要求,支持打擊時間敏感目標(biāo)和移動目標(biāo)時所需的機(jī)器到機(jī)器的目標(biāo)識別、瞄準(zhǔn)定位、任務(wù)分配和毀傷評估.洛克希德·馬丁公司最新研制的(Long Range Anti-Ship Missile,LRASM)智能遠(yuǎn)程反艦導(dǎo)彈安裝了美國衛(wèi)訊公司(ViaSat)研制的L 波段彈載數(shù)據(jù)鏈[13],正是基于這種技術(shù)框架,實現(xiàn)了LRASM 導(dǎo)彈彈群之間戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)交換和信息共享,提高了編隊目標(biāo)探測能力和覆蓋范圍,為精確打擊時間敏感目標(biāo)起到了關(guān)鍵性的作用.

6 彈載數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)

彈載數(shù)據(jù)鏈的關(guān)鍵技術(shù)可以按照可靠性、可信性、交鏈性的視角分為3 類,如圖4所示.

6.1 可靠性類技術(shù)

重點解決在高動態(tài)、高過載、多姿態(tài)的導(dǎo)彈平臺上如何實現(xiàn)可靠信息傳輸與處理,在大地域范圍內(nèi)如何利用多種類中繼平臺建立暢通的無線通信鏈路,以及超視距情況下的大容量數(shù)據(jù)可靠傳輸問題.主要關(guān)鍵技術(shù)包括高動態(tài)條件下調(diào)制解調(diào)、糾錯編碼、多普勒頻偏校正等信息傳輸技術(shù);彈載傳感器信息處理、數(shù)據(jù)鏈目標(biāo)時空信息配準(zhǔn)等信息處理技術(shù);彈載相控陣天線技術(shù)、電掃描微帶彈載天線等.

6.2 可信性類技術(shù)

重點解決在復(fù)雜電磁環(huán)境下,如何能夠保證導(dǎo)彈進(jìn)入目標(biāo)區(qū)域仍能實現(xiàn)與指揮控制中心或其他協(xié)同平臺的可信通信,這就要求通信鏈路必需具備很強(qiáng)的抗干擾與抗截獲能力.針對彈載數(shù)據(jù)鏈通信特點和技術(shù)體制,主要研究擴(kuò)頻、跳頻、時域和頻域及空域自適應(yīng)調(diào)零濾波等抗干擾技術(shù)、安全保密抗截獲技術(shù)等.

6.3 交鏈性類技術(shù)

圖4 彈載數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)

重點解決如何根據(jù)導(dǎo)彈空間約束與外形特點,解決數(shù)據(jù)鏈端機(jī)輕型小型、低功耗,如何在小空間約束下完成高密度功能集成、如何解決并利用共形天線,如何實現(xiàn)導(dǎo)彈平臺與指揮控制系統(tǒng)的緊密交鏈.主要關(guān)鍵技術(shù)包括小型化彈載數(shù)據(jù)鏈端機(jī)技術(shù)、多頻段彈載共形天線技術(shù)、統(tǒng)一消息格式設(shè)計技術(shù)、專用通信協(xié)議設(shè)計與實現(xiàn)技術(shù)、彈間協(xié)同組網(wǎng)技術(shù)等.

7 彈載數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運(yùn)用

導(dǎo)彈飛行狀態(tài)監(jiān)控、打擊目標(biāo)變更、打擊效果偵察、巡飛打擊、“人在回路”控制、打擊時間敏感目標(biāo)等作戰(zhàn)模式已在前文進(jìn)行了描述,本節(jié)重點描述群彈協(xié)同作戰(zhàn)模式.

7.1 協(xié)同光學(xué)探測模式

這種模式是指多個導(dǎo)彈利用各自的光學(xué)傳感器,基于彈載數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行目標(biāo)協(xié)同探測.主要特點一是可以利用多彈分布的位置優(yōu)勢擴(kuò)大目標(biāo)搜索區(qū)域,提高目標(biāo)發(fā)現(xiàn)概率;二是多彈協(xié)同可以形成運(yùn)動目標(biāo)的等效凝視功能;三是更好適應(yīng)地理、氣象、對抗等復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境.協(xié)同策略和流程如圖5所示.

圖5 協(xié)同光學(xué)探測策略

7.2 協(xié)同電子探測策略

這種模式是指多個導(dǎo)彈利用各自的電子傳感器,基于彈載數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行目標(biāo)協(xié)同探測跟蹤.主要特點一是可提高信號截獲概率;二是可等效多次測量同一信號,提高測頻精度;三是可形成等效多點定位,提高目標(biāo)定位精度.協(xié)同策略和流程如圖6所示.

7.3 協(xié)同誘騙突防策略

傳統(tǒng)導(dǎo)彈武器主要是按預(yù)先設(shè)定的突防程序釋放誘餌.通過彈載數(shù)據(jù)鏈,可以根據(jù)即時戰(zhàn)場環(huán)境,在線確定釋放誘餌時機(jī)和方式,提高導(dǎo)彈突防的針對性和有效性.協(xié)同策略和流程如圖7所示.

7.4 協(xié)同規(guī)避突防協(xié)同策略

這種模式是指在獲知敵方反導(dǎo)系統(tǒng)的部署和性能時,可以通過彈載數(shù)據(jù)鏈通知各導(dǎo)彈實施規(guī)避行動,主要方式一是通過協(xié)同避開敵反導(dǎo)雷達(dá)探測范圍;二是保持靜默增大敵反導(dǎo)系統(tǒng)探測難度.協(xié)同策略和流程如圖8所示.

7.5 多發(fā)導(dǎo)彈不同體制制導(dǎo)協(xié)同策略

這種模式是指彈群中各導(dǎo)彈采用不同體制的探測設(shè)備(如可見光、紅外、雷達(dá)等),基于彈載數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行協(xié)同制導(dǎo).主要特點可以共享不同體制導(dǎo)引頭的探測信息,提高導(dǎo)彈武器制導(dǎo)系統(tǒng)可靠性.協(xié)同策略和流程如圖9所示.

7.6 多發(fā)導(dǎo)彈相同體制制導(dǎo)協(xié)同策略

這種模式是指彈群中各導(dǎo)彈采用相同體制的探測設(shè)備,基于彈載數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行協(xié)同制導(dǎo).主要方式是通過數(shù)據(jù)鏈,共享相同體制導(dǎo)引頭的探測信息,導(dǎo)彈編隊可實施間歇照射,以提高戰(zhàn)場環(huán)境適應(yīng)能力.協(xié)同策略和流程如圖10所示.

圖6 協(xié)同電子探測策略

圖7 協(xié)同誘騙突防策略

圖8 協(xié)同歸避突防協(xié)同策略

圖9 多發(fā)導(dǎo)彈不同體制制導(dǎo)協(xié)同策略

圖10 多發(fā)導(dǎo)彈相同體制制導(dǎo)協(xié)同策略

圖11 單目標(biāo)打擊協(xié)同策略

7.7 單目標(biāo)打擊協(xié)同策略

這種模式是指多枚導(dǎo)彈協(xié)同完成單一目標(biāo)的打擊任務(wù).主要方式是不同分工的導(dǎo)彈武器,基于數(shù)據(jù)鏈,共享目標(biāo)探測信息,分別完成定位、識別、干擾、打擊等作戰(zhàn)任務(wù).協(xié)同策略和流程如圖11所示.

7.8 多目標(biāo)打擊協(xié)同策略

這種模式是指多個導(dǎo)彈協(xié)同完成多個目標(biāo)的打擊任務(wù).主要方式是完成第一目標(biāo)打擊后,基于數(shù)據(jù)鏈,完成后續(xù)目標(biāo)的定位、識別、干擾、打擊等作戰(zhàn)任務(wù).協(xié)同策略和流程如圖12所示.

8 結(jié)論

隨著導(dǎo)彈技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展,導(dǎo)彈武器從打擊地面目標(biāo)向打擊陸海空天電網(wǎng)全域目標(biāo)拓展,飛行空間由空天向跨多介質(zhì)拓展,彈道航跡由末段機(jī)動向全程機(jī)動拓展,飛行速度由亞音速向高超聲速拓展,對彈載數(shù)據(jù)鏈提出了新的更高的要求.與此同時,隨著云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的不斷成熟落地[14]以及區(qū)塊鏈[15]等新技術(shù)的涌現(xiàn),為彈載數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展注入了新的活力,網(wǎng)絡(luò)化、智能化、通用化成為其技術(shù)發(fā)展趨勢.需求牽引與技術(shù)推動的“雙引擎”在不斷提升彈載數(shù)據(jù)鏈對導(dǎo)彈武器作戰(zhàn)的體系貢獻(xiàn)率的同時,還將不斷催生出新的作戰(zhàn)樣式,使其成為新軍事革命必不可少的“助推器”.

圖12 多目標(biāo)打擊協(xié)同策略