基于相控陣體制定向數(shù)據(jù)鏈的研究

摘要：隨著信息科技的快速發(fā)展，未來的航空航天戰(zhàn)斗更多的是依賴于信息平臺的全體系作戰(zhàn)，各平臺之間的數(shù)據(jù)鏈接變得十分重要。本文介紹了美軍發(fā)展現(xiàn)狀，分析了隱身戰(zhàn)機(jī)關(guān)于數(shù)據(jù)鏈的要求，提出了一種基于相控陣體制定向數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：信息戰(zhàn) 數(shù)據(jù)鏈 相控陣

一、概述

未來的航空航天平臺執(zhí)行各類作戰(zhàn)任務(wù)時，將采取的基本作戰(zhàn)方式是依托于信息平臺的全體系作戰(zhàn)，即空、天、地、海各類作戰(zhàn)單位，依托覆蓋全維作戰(zhàn)空間的柵格化信息系統(tǒng)，充分發(fā)揮信息能力在戰(zhàn)斗力中的主導(dǎo)作用，運用體系對抗手段完成戰(zhàn)略預(yù)警、空天對抗、防空反導(dǎo)、遠(yuǎn)距離打擊、戰(zhàn)略投送、信息攻防等作戰(zhàn)任務(wù)。

鑒于信息戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)戰(zhàn)日益依賴數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，戰(zhàn)場態(tài)勢感知、情報偵察和協(xié)同攻擊密不可分，因此國內(nèi)急需一種既能實時快速感知態(tài)勢，又滿足快速反應(yīng)、精確打擊、協(xié)同作戰(zhàn)需求的高速、低時延和抗干擾的寬帶數(shù)據(jù)鏈路。

二、美軍的發(fā)展概況

目前，美空軍發(fā)展了兩種專用的機(jī)間數(shù)據(jù)鏈——IFDL（編隊內(nèi)數(shù)據(jù)鏈）和MADL（多功能先進(jìn)數(shù)據(jù)鏈）。

IFDL裝備于F-22“猛禽”，在引入多波束透鏡天線后，可以合成低旁瓣、高增益、窄波束的數(shù)據(jù)鏈信號，實現(xiàn)戰(zhàn)斗機(jī)之間的點對點通信，其輻射方向性從傳統(tǒng)數(shù)據(jù)鏈的全向模式變?yōu)榱硕ㄏ蚰Ｊ?，解決了數(shù)據(jù)鏈的隱蔽性問題。IFDL頻率范圍36-50GHz，由機(jī)身上方和下方的兩個天線、兩個信號收發(fā)機(jī)以及控制器組成。IFDL有兩種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，最多支?6架F-22組成一個大編隊進(jìn)行超視距空戰(zhàn)。當(dāng)然，IFDL自身存在一些不足，其主要問題是通信速率未大幅提高，與LINK16相當(dāng);點對點數(shù)據(jù)傳輸，制約了更高層次的多機(jī)協(xié)同。

MADL是由洛克希德公司在IFDL基礎(chǔ)上發(fā)展的Ku波段隱蔽協(xié)同數(shù)據(jù)鏈，用于F-35之間的戰(zhàn)場態(tài)勢信息交換。MADL采用有源相控陣天線替換了IFDL多波束透鏡天線，由6副嵌入飛機(jī)蒙皮之中的相控陣天線實現(xiàn)4π空間覆蓋，通過靈活的定向窄波束，實現(xiàn)多機(jī)之間的同時隱蔽通信通信速率得到質(zhì)的提升，實現(xiàn)了與艦船“宙斯盾”系統(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)火控指示。

三、未來鏈路系統(tǒng)要求分析

信息化作戰(zhàn)系統(tǒng)的發(fā)展模式絕不僅僅是"武器+傳感器+數(shù)據(jù)鏈"，它是一個大系統(tǒng)的概念，是一個相互融合共存的綜合體。武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈絕不只是一個為飛行平臺提供數(shù)據(jù)交換的機(jī)器，作為航空武器協(xié)同定位系統(tǒng)的一個子系統(tǒng)，它的基本能力和功能可以歸納為以下幾點。

1.高速通信動態(tài)組網(wǎng)能力

高速數(shù)據(jù)通信技術(shù)的發(fā)展，使得高機(jī)動平臺的低時延數(shù)據(jù)傳輸成為可能，從而可實現(xiàn)大容量實時數(shù)據(jù)共享;基于IP的動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，提高了武器平臺組網(wǎng)的靈活性和抗毀性。移動自組織網(wǎng)絡(luò)化的高速通信支撐能力使得平臺間關(guān)系由松耦合變?yōu)榫o耦合，以便通過平臺優(yōu)勢互補(bǔ)和資源共享，形成體系作戰(zhàn)能力。

2.多元化的情報共享功能

利用高速數(shù)據(jù)傳輸和動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)，較大的作戰(zhàn)空間內(nèi)的各類傳感器平臺快速生成和交互不同方向的多個目標(biāo)探測信息，指揮控制平臺自動、實時處理并生成統(tǒng)一態(tài)勢圖，供戰(zhàn)區(qū)內(nèi)所有作戰(zhàn)平臺共享，解決態(tài)勢評估、任務(wù)規(guī)劃、武器制導(dǎo)對信息的需求問題，從而形成信息優(yōu)勢。

3.高效實時指揮控制功能

利用高速數(shù)據(jù)傳輸和動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)，解決傳統(tǒng)通信體制下對指揮控制信息處理、生成和傳輸?shù)臅r效性約束問題，通過自動生成指令和人工干預(yù)相結(jié)合的措施。實現(xiàn)高效、實時的戰(zhàn)場指揮控制，從而形成指揮優(yōu)勢。

4.實時精確武器協(xié)同功能

利用高速數(shù)據(jù)傳輸和動態(tài)組網(wǎng)技術(shù)，在武器平臺間實時交互協(xié)同信息，實現(xiàn)信息協(xié)同、干擾協(xié)同;通過戰(zhàn)術(shù)路徑、時間的配合實現(xiàn)軌跡協(xié)同;通過目標(biāo)分配、協(xié)同制導(dǎo)實現(xiàn)火力協(xié)同等戰(zhàn)術(shù)任務(wù)協(xié)同，提高任務(wù)完成率和整體攻擊效率從而形成打擊優(yōu)勢。

5.綜合化的隱身抗毀頑存能力

天線采用有緣相控陣體制，實現(xiàn)4π空間定向發(fā)射;通信方面采用跳擴(kuò)頻方式、自適應(yīng)調(diào)零天線抵抗系統(tǒng)外干擾，并通過基于業(yè)務(wù)優(yōu)先級的接入控制措施降低系統(tǒng)內(nèi)干擾;通過動態(tài)功率控制等射頻隱身措施實現(xiàn)低截獲通信;采用移動自組織組網(wǎng)方式實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，并維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，不會因為部分成員失效而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)失效，從而形成綜合化的抗毀頑存能力。

6.鏈路兼容能力

JIDS、全向武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈和定向武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈通過消息格式兼容、核心網(wǎng)關(guān)等方式實現(xiàn)互聯(lián)、互通、互操作，并實現(xiàn)根據(jù)應(yīng)用方式的發(fā)展。

四、鏈路系統(tǒng)設(shè)計

（一）系統(tǒng)功能

航空武器協(xié)同鏈路的系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示：

基于相控陣天線的隱蔽通信系統(tǒng)主要用于近距編隊內(nèi)和遠(yuǎn)距編隊間的隱蔽通信，最多支持24架飛機(jī)編隊協(xié)同作戰(zhàn)。其系統(tǒng)功能主要概括如下：實現(xiàn)機(jī)群編隊內(nèi)部和編隊間的定向通信;具有明/密話音、數(shù)據(jù)通信功能;具有大容量圖像數(shù)據(jù)傳輸功能;具有抗干擾能力;具有動態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接和抗毀組網(wǎng)功能;具有自檢測、毀鑰功能。

（二）系統(tǒng)架構(gòu)

隱蔽通信系統(tǒng)由6個功能相同的天線陣列單元（Array Antenna Assembly，AAA）和3個天線接口單元（Antenna Interface Unit，AIU）組成，AAA分布在機(jī)身前上、前下、左上、左下、右上和右下以便實現(xiàn)4π全空間覆蓋，AIU置于機(jī)身內(nèi)部，各與兩個AAA進(jìn)行通信?？刂栖浖v留在天線陣列單元和天線接口單元內(nèi)部，實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的控制及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸。

基于相控陣天線的隱蔽協(xié)同通信系統(tǒng)組成架構(gòu)如下圖4所示：

AIU和AAA為隱蔽通信系統(tǒng)系統(tǒng)的兩個重要組成部分，AIU接收發(fā)送來的信息，并為AAA提供射頻輸入、功率輸入以及TR組件的控制指令;AAA完成射頻信號的定向發(fā)射、定向接收和功率放大等功能。隱蔽通信系統(tǒng)按功能模塊可分為以下部分：輻射陣、收發(fā)網(wǎng)絡(luò)、波控接口板、DC-DC電源模塊、上下變頻模塊、結(jié)構(gòu)件、網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)與信號處理模塊等。

五、總結(jié)

本文主要介紹了定向數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)请[身作戰(zhàn)平臺寬帶通信系統(tǒng)，這也是未來發(fā)展的必然趨勢，并提出了一種基于相控陣體制的定向數(shù)據(jù)鏈設(shè)計，對工程實現(xiàn)具有指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)

[1]孔令俊.科索沃戰(zhàn)爭的啟示.政工學(xué)刊.2000年11期

[2]潘志輝.數(shù)據(jù)鏈仿真中多平臺聯(lián)合仿真技術(shù)研究.碩士論文

[3]楊曉東等.SAW信號處理技術(shù)在航空數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域中的應(yīng)用.2006年6期

[4]姚宇.數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計論文.碩士論文

[5]王劍祥.航空兵CGF任務(wù)決策及行為組合方法研究.碩士論文

[6]趙長輝等.新型地面監(jiān)視系統(tǒng)：ASTOR飛機(jī).航空知識.2009年10期

[7]顧幫余等.時間敏感目標(biāo)及打擊決策.指揮信息系統(tǒng)及技術(shù).2011年3期

[8] 張沖等.影響機(jī)間數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)協(xié)議設(shè)計的主要因素分析.電訊技術(shù).2010年10期

[9]李洪烈等.未來機(jī)載數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研究.飛機(jī)設(shè)計.2013年3期

作者簡介：胡國光（1977-7），漢族，福建省長汀縣，學(xué)歷：碩士研究生，高級工程師，研究方向：雷達(dá)，航空電子，質(zhì)量管理。