航空数据链建设及展望󰀁徐󰀁丹󰀁刘作良(空军工程大学电讯工程学院󰀁西安󰀁710077)摘󰀁要󰀁分析了现代战争中的发展动态及现状,在此基础上提出了未来数据链的发展方向及主要技术特点,并结合综合性飞行任务的功能要求提出了系统的功能原理框图。关键词󰀁战术数据链;抗干扰;通信网络中图分类号󰀁TN919ConstructionandProspectforAeroTacticalDataLinkXuDan󰀁LiuZuoliang(TheTelecommunicationEngineeringInstitute,AirForceEngineeringUniversity,Xi󰀂an󰀁710077)Abstract󰀁Thedevelopmentstationinmodernwarisoutlinedinthispaper,andthedevelopmentdirectionandmaintechnicalfeaturesareanalyzedonthisbasis,alsoproposestheprinciplefigurecombinedwithmultiple-missionofourtroop.Keywords󰀁tacticaldatalink,anti-interference,communicationnetworkClassnumber󰀁TN9191󰀁引言当今蓬勃兴起的世界新军事变革,以信息和信息技术为重要基础,以系统集成为基本方式,以有效控制为主要目标,正在并将继续推动战争形态、战争力量和战略格局等诸多方面的变革。享有 数字化战场中枢系统!之称的数据链,是实现信息资源共享,从而最大程度地提高武器平台作战效能的有效手段。它能够实现机载、陆基和舰载战术数据系统之间的数据信息交换,可以形成点对点数据链路和网状数据链路,实现作战区域内各种指挥控制系统和作战平台系统的数据传输、交换和信息处理,为作战指挥人员和战斗人员提供作战数据和完整的战场战术态势图。2󰀁数据链的发展动态和现状到目前为止,美国已经研制出了LinkI、LinkII、LinkIII、Link4、Link11、Link16等多种战术数据链并装备了部队,现在美国又在着手研制和完善Link16A和Link22。下面主要分析目前应用较多的几种典型战术数据链[1]。目前美国军方使用较多的是Link4A。由于它符合战术数字信息链路(TADIL)C规范,因此在美国国内,Link4A等同于TADILC。它可提供数字化的舰对空、空对舰以及空对空战术通信,其中包括:航空母舰自动舰上降落系统、空中交通管制、空中拦截控制、攻击控制、地面控制轰炸系统、航空母舰惯性导航系统。通过Link4A数据链能够实现以下的主要功能:(1)一个控制员控制多架飞机,能够对在两个控制台间进行转换的飞机进行信息传输,同时能够引导攻击机;(2)接收和显示由战斗机下行传送的超出舰船雷达视距的目标数据;(3)接收水面舰船向飞机提供机载雷达盲区的威胁目标信息;(4)对在航空母舰和海岸之间执行作战空中巡逻任务的飞机进行控制;(5)Link4A可靠性较高、易于维护和操作、链接时间短。但它也存在一些问题,如保密性不够好,抗干扰能力也不强。27总第153期2006年第3期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁舰船电子工程ShipElectronicEngineering󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁Vol.26No.3󰀁󰀁󰀁󰀁收稿日期:2005年9月12日,修回日期:2005年10月17日Link11又称为战术数字信息链A(TADIL-A),于1964年开始在美国海军服役,它是采用网络通信技术和一种标准的报文格式在飞机、陆基和舰艇战术数据系统之间交换数字信息。其功能基本同于Link4A,完成不同作战单元之间的信息交换,其特点是采用模拟音频信号传输数据和话音信号。Link11工作在HF和UHF波段。战术数据系统接收来自雷达、导航系统和操纵员的传感器数据,这些战术信息是有明确定义的报文结构,数字式报文输入到一个缓冲器,用于输入或输出而存储在计算机内存区域,然后,经过加密的数据被传送到数字终端机上,数字终端机把这种数据从数据格式转换成相应的模拟音频信号,发射时用音频信号作为调制信号调制载频。Link11在美国海军和空军得到了广泛的使用。装备有Link11的飞机平台有E-2C预警机、S-3A反潜机、P-3C反潜巡逻机及E-3预警机等,海军采用Link11的有 鲟鱼!级和 洛杉矶级!核动力潜艇。此外,陆军的控制中心也装备了Link11设备。Link16又称战术数字信息链路J(TADIL-J),是被美国海军、联合部队和北约部队广泛采用的一种新型战术数据链路,并于1994年开始在美国海军舰艇和飞机上投入使用。Link16在战术数据链路的信息交换方面,很大程度上依然沿用了Link11和Link4A多年来形成的基本原理,但它在一些技术和操作上有了较大改进,提高了现有战术数据链的能力。Link16的功能和特点是:(1)增强了抗干扰能力;(2)增强了信息安全;(3)增加了数据速率;(4)增加了信息交换的数量和量化率;(5)减小了数据终端的尺寸,允许安装于战斗机和攻击机;(6)数字化、抗干扰、加密语音;(7)相对导航功能;(8)精确入网单元定位与识别;(9)无节点组网,增加了网络的灵活性和可靠性。目前,美国海军已装备了Link16系统的舰船有航空母舰、巡洋舰、驱逐舰和两栖攻击舰,飞机有E-2 鹰眼!预警机、F-14 熊猫!战斗机和F/A-18 大黄蜂!战斗机。美国空军中E-3A预警机、E-8联合监视目标攻击雷达系统飞机、空中C3飞机和F-15战斗机使用了Link16终端。美国陆军包括 爱国者!战区高空防御系统、地面联合战术系统、陆军战区导弹防御战术作战中心都使用的是改进型JTIDS级终端。美国海军计划到2015年,美国海军装备的JTIDS平台数量将接近5000个。Link22是北约组织共同开发的下一代数据链系统,也称为北约组织改进型11号链。Link22有两大设计目标,一是取代Link11;二是在信息格式上与Link16兼容。因此,Link22采用了由Link16衍生出来的信息标准,以及Link16的结构和协议。在Link11改造中研制的一种的数据链。其主要战技特点是:可在HF或UHF频段定频或跳频工作,具有超视距和抗干扰能力,其通信距离为300英里,主要用于海军舰艇的数据传输;采用时分多址或动态时分多址工作方式,增加了网络的灵活性,最大可以支持不同的传输媒介的40个网络同时运行,支持F系列和F/J系列报文的传输与转换;在数据传输方面,Link22同时支持JTIDS和单音Link11的数据传输方式,在UHF波段采用JTIDS体制,传输速率为12.6kbps,在HF波段采用单音Link11的传输体制,传输速率为500至2600bps。3󰀁未来数据链的发展方向3.1未来数据链发展的特点从数据链的发展动态可以看出,战术数据链将朝着接口更加灵活、联接更加广泛、成本更加降低、功能更加强大等一些方向发展。更高的传输速率、更大的传输容量、更好的实时性、更高的保密性、更强的抗干扰能力和抗摧毁能力将是数据链在技术发展上的进一步目标。从系统的角度看,数据链的发展特点如下:一是由点对点通信向网络发展;二是由单一通信功能向通信、导航、识别综合功能发展;三是作为网络中心战的基础子网,赋予数据链系统更强的功能和更广泛的用途,在网络信息的传输和交换中,数据链作为其中的一个关键性环节,立体化地联结着不同方位和不同地域的作战平台,对这种现代化网络中心战的作战形态、指挥方式、思维模式、管理手段等的发展产生着重要的影响。3.2未来数据链装备应具有的基本技术特点∀先进的抗干扰技术体制在战术抗干扰通信中,应用最多、抗干扰能力最强的技术是跳频、直接序列扩频以及直接序列扩频+跳频技术。DS+FH具有直扩和跳频两者的优点,是一种灵活性高,更具扩展潜力的技术体制。FH的瞬时功率谱密度较容易被侦收、发现,不具有低截获特性,而DS+FH具有抗侦收、低截获的能力。DS+FH可改变的参数更多,具有更多可选择的抗干扰和组网方式。DS+FH是未来抗干扰通信技术发展的方向,美军新型的抗干扰通信系统JTIDS以及商用CDMA蜂窝移动通信系统都采用这一技术体制。采用DS+FH体制,可实现系统28󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁徐󰀁丹等:航空数据链建设及展望󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁总第153期快速可靠同步,满足战术通信随时入网,快速同步的要求。随着技术的进步,DS+FH发展潜力较大,可针对不同的干扰和应用环境,选用不同的直扩码长度、速率、跳频点数,跳频带宽等。∀多种技术功能在用途上,应该具有抗干扰和常规数据通信、话音通信、救生、中继等功能。在调制方式上,应该具有调幅、调频、频移键控、相移键控。在根据实际应用环境选择信道带宽时,应该有多种信道带宽可供选择,也即信息传输速率可供选择。工作方式上,应该有定频、扩频、扩频+跳频等多种方式,以满足不同情况下的实际需要。另外,数据链装备作为整个系统中的一部分,也应该有多种接口控制方式供灵活方便地使用。∀可维修性好数据链装备应具有设备自检功能,故障可定位到模块,模块具有良好的互换性,可实现快速现场维修。配合适当的检测仪,可对电台进行全面测试和维护。4󰀁航空数据链基本结构及原理框图数据链系统的基本结构主要分为机载部分和地面部分,依据整个指挥系统的功能和要求,空中飞机可能是多架次、多种类,而地面部分可能是一个指挥中心,也可能是多个指挥中心。不论整个作战网络结构如何,数据链系统本身的功能则主要是实现地面和空中飞机的信息交互。所交互的信息内容种类多样,主要依据空中飞机的飞行任务而确定。空中飞机的飞行任务决定了需交互信息的内容、交互速率、更新频率等,这些因素又对采取的通信体制、信道编码格式、抗干扰要求程度、保密级别等具体技术方案的确定起决定作用。

图1󰀁航空数据链系统机载部分功能原理框图根据综合性飞行任务的功能要求提出了系统的功能原理框图[2],[3],如图1、图2所示。功能框图不同于技术原理框图,由于新的通信和电子技术层出不穷、不断发展,在航空数据链的设计实现中,各功能模块的实现技术和方法可能会存在多种方案,但是它们都有一个共同的目的,也就是尽量满足航空数据链实时、高效地传输有效数据信息的要求。图1是航空数据链系统机载部分功能原理框图。由机载雷达、远程摄像、语音编码、数据采集组成下行数据链路的信息源。其中机载雷达和远程摄像搜集一些外部情报信息,语音编码则是对机上人员需发送的话音信息进行编码,数据采集主要是对飞机和机载设备自身一些重要参数进行收集,传回地面以供指挥中心对飞机飞行状态和机载设备工作情况监视,它们经相应的数据处理之后,分别送到数据复用单元。由于下行的各种情报信息根据飞机飞行任务的不同而有不同的要求,各种信息的数据量和数据传输速率要求可能也不一样。因此数据复用单元应采用动态复用技术,依据其飞行任务,给各路情报信息数据动态分配合理的时隙或频率资源。数据合路/分路单元主要实现多路下行数据的合路或者是多路上行数据的分路,与地面部分相应的数据分路/合路单元应该遵循共同的协议。数据合路之后,通过数传设备以无线电波的形式发送出去。当有上行数据到达机载部分时,数传设备接收信息。经过数据分路,各种信息和控制指令分别送到相应的部分。一部分数据送到控制、处理和显示部分,另外一部分数据属于机上设备状态调整指令,经控制与执行系统送到相应的信息获取设备单元。对于机载各种设备的控制,主要是以机上人员的操作为主,因此,必须设置远程地面的遥控指令和机上人员的操作指令之间的优先权等级。我们建议一般情况下,主要是机上人员进行操作和控制,只有在特殊条件下,地面才发送遥控指令。在上述各部分单元中,依据飞行任务,各单元的重要性也会有较大不同。图2是航空数据链系统地面部分功能原理框图,对于下行数据信息,地面指挥中心接收后,除了在本地的SPEAKER、图像显示设备、数据终端和机载设备状态监测等收信终端上显示和处理,更重要的是,这些下行数据信息经过数据匹配单元,进行数据格式和协议的转换,送到信息池存储和处理。信息池相当于有用信息的集散地,通过网络接口与专用网络互联并成为292006年第3期󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁舰船电子工程󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁󰀁