浅谈美军数据链系统-共11页.pdf

一、数据链概述（一）数据链的基本组成 与一般通信系统所不同，数据链除了拥有通信终端、传输设备等基本要素以外，最大区别就是拥有特殊的通信规范，即数据报文的消息标准和控制链路运行的通信协议。没有这些通信规范，即使有了先进的通信设施和通信网络，也不能称其为数据链。因此，将数据链视为实际的硬件设备，不如视为一组规范了传输方式、信息格式、各节点间的组网方式、使用的硬件规格等实现信息交换的协定、规范。另外，数据链还包括一些保障通信安全、可靠运行的辅助设备，如加密/解密装置（密码设备）、自检设备、电源等。所以，数据链的基本组成可以概括为三大要素：终端设备、传输设备和通信规范。广义上的数据链系统还包括与数据链相连接的信息提供者、使用者和管理者等要素，即与数据链紧密相连的指挥信息系统、武器系统和各种传感器等平台。这些要素虽然不能直接算作数据链系统的组成要素，但离开它们数据链的作用和功能将不能发挥，所以我们将这些要素称为数据链的外围构成要素，将数据链设备的组成称为数据链的内在组成要素。正是在这些外围和内在组成要素的共同作用下，数据链系统才能有效运作：战术情报信息由各种传感器产生，战术指挥控制信息由指挥信息系统产生，这些战术信息通过数据链进行传递，并输送到相应的武器系统，形成了战术信息由生产到有效使用的通路。战术信息通过数据链在这些联网的平台之间快速流动，将物理空间上相互分离的各个作战单元紧密的链接成一个整体。战术数据链的建设始于 20 世纪 50 年代，首先是装备于地面防空系统和海军舰艇，之后才逐步应用到飞机上。到目前为止，已有多种战术数据链问世，大致可分为三类：态势感知数据链，用于各军兵种多种平台之间交换不同类型的最新信息、满足多样化任务需求，一般工作在低频，波长较长，数据率较低，主要是传输格式化报文信息，包括 Link 4A、Link 11、Link 16 和 Link 22 等；情报、监视和侦察（ISR）数据链，用于传输各种图像情报和信号情报信息，一般工作在高频，波长较短，数据率较高，能实现视频和高分辨率图像的高速传输，包括通用数据链（CDL）和战术通用数据链（TCDL）等；专门为完成某一特定作战任务（如防空导弹）而设计的功能与信息交换形式较为单一的专用数据链，包括 JSTARS 专用的监视与控制数据链（SCDL）和增强型位置定位和报告系统（EPLRS）等。二、美军数据链的发展情况情况（一）通用数据链:Link 系列为主 实际上，美军将数据链称作 TADIL，Link 是北约的叫法。目前应用的 Link 系列数据链主要有 Link 4/11/16 等，正在研制 Link 22。Link 11 与 Link 16(尤其是 link l6)目前仍占据数据链的主导地位。在 2010 年以前，美国空军、海军及海军陆战队的所有作战飞机都将加装 Link 16，在“联合战术无线电系统”(JTRS)系列产品中也将装有 Link 16 及 Link 11/22，因此 Link 16 用户将会激增。Link 4 是 50 年代末研制的非保密数据链，主要用于海军对舰载飞机的指挥引导，后来经过 2 次改进，主要产品是 Link4A/4B/4C。目前装备 Link4 的平台主要有 E-2C，E-3 预警机，F-14、F/A-18 战斗机，EA-6B、ES-3 电子战飞机等。1、Link 4A 数据链 Link 4A 数据链是一种自动、高速、由计算机控制的通信系统，采用 TADIL C 型数据格式，通常把战术支援飞机与飞机控制单元连接起来进行飞机控制和目标信息方面的传输，标准传输速率为 6005000bps。Link 4A 系统一般由控制站/受控站终端系统和传输系统组成。典型的终端系统由特高频无线电台、调制解调器、通信保密设备、数据处理器和用户接口设备组成。其中，控制站终端和受控站终端都采用半双工方式进行工作，但控制站终端必须具有全双工通信能力，半双工信道则完成对联机性能的监视功能。目前，美国海军、空军和海军陆战队都装备了 Link 4A 数据链，一般是供舰载飞机使用。2、Link 11 数据链 Link 11 是 70 年代投入使用的，用于舰船之间、舰船与飞机之间、舰队与海军陆战队之间、舰队与陆地之间的双向情报交换，主要产品是 Link 11A/B。装备 Link 11 的有美国海军航母、巡洋舰、驱逐舰、两栖战舰，E-2C、E-3 预警机，S-3A、P-3C 反潜飞机等。美国军用标准 MILSTD1882031 说明了 11 号链的详细情况。Link 11 数据链是一种自动、高速、计算机对计算机的通信系统，采用 TADIL A 型数据格式，在具有 Link 11 功能的各单元，如海上舰艇、飞机和岸上节点之间进行敌情报告等战术数据的交换。此外，它还可用于协调作战区域内各个平台的作战行动。Link 11 采用轮询技术，通常由计算机、通信保密设备、数据终端、高频或特高频无线电台组成。Link 11 主要采用高频传播，标准传输速率为1200bps。但在视距范围内可使用特高频频段实现各种作战平台的互连，标准传输速率为 2400bps。Link 11 系统主要装备于那些能处理并显示作战态势及目标信息的平台。目前，美国及其盟国都装备有该数据链。3、Link 16 数据链 Link 16 于 80 年代问世，通信容量、抗干扰力和抗毁性大大提高，应用范围从单一军种扩展为三军通用。Link16 是美国和北约部队广泛采用的一种具有扩频、跳频抗干扰能力的战术数据链，也是美军用于指挥、控制和情报的主要战术数据链，具有通信、导航和敌我识别能力，可提供重要的联合互通能力和态势感知信息，主要装备美海军战舰、空军战斗机、预警机以及陆军防御系统等。此数据链是使用最普遍的态势感知数据链。它是一种先进的通信、导航与识别系统，采用战术数字信息链（TADIL）J 型数据格式，是美军根据未来作战的需要并充分发挥联合战术信息分发系统（JTIDS）的能力而研制的，具有快速、机动、无线、多用户等特点，现已成为美国国防部最常用的战术数据链之一。16 号链支持战斗群各分队之间的综合通信、导航和敌我识别，用于联合战术信息分配系统。战术数据信息数据链 J 一般用于把参战的部队互连起来。例如，把海上部队、飞机和岸节点互连起来。它用于交换联合战术数据，使用具有抗干扰能力的特高频无线电设备。Link 16 终端包括联合战术信息分发系统(JTIDS)终端和多功能信息分发系统(MIDS)两代产品。MIDS 虽是新型终端，但与 JTRS 以及“软件通信体系结构”(SCA)不兼容，因此，美国 JTRS 计划已增加新的波形，如 2007 年开始生产并交付与 JTRS 兼容的 MIDS 终端。其中，机载 Link 16 系统通常由任务计算机、JTIDS 终端或其后继者多功能信息分发系统（MIDS）终端和天线组成。JTIDS/MIDS 是 Link 16 所独有的设施，它除了可以给 Link 16 系统提供信息加密、自动入网以及把加密信息高速分发给需要该信息的用户的功能之外，还可以将需要中继的信息自动、高速地转发出去。Link 16 数据链是在 Link 11 数据链的基础上研发的，可以与Link 11 或 Link 4A 互操作，标准传输速率为 28.8Kbps238Kbps。Link 16 的核心是时分多址(TDMA)技术。TDMA 技术能实现数百个用户共享并同时使用一个无线电网络，而且不会相互干扰。该网络的每个成员都分配有一个持续数分之一秒的时隙。例如，当战斗机上的终端自动、定期发送飞机状态信息时，信息被加密并被分割为数个数据片段，然后这些片段被混合插入所分配的时隙，并以短脉冲群的方式进行发送。接收终端接收到这些数据片段后对其重新组合、解码，就可以获取完整、准确的信息。目前，Link 16 已装备在美国、北约和日本等国的多种平台上。4、Link 22 数据链 Link 22 是北约国家共同开发，用以取代 Link 11 的下一代数据链系统，也称北约改进型 Link 11。它是一种保密、抗干扰的超视距战术通信系统，主要应用于海上舰队，可在陆地、水上、水下、空中或太空各平台之间，进行电子战数据交换以及指挥控制指令与情报信息传递。为了在信息格式上与 Link 16 兼容，Link 22 采用了由Link 16 衍生的信息标准以及 Link16 的结构和协议。Link 22 与Link 16 一样也是采用 TDMA 技术，在高频和超高频频段采用跳频模式以提高抗干扰能力，通过情报自动化网络管理技术提供更好、更优异的性能。按计划 Link 22 将在 2015 年前取代 Link 11。（二）ISR 数据链 CDL 是一种全双工、抗干扰的微波通信系统，是一系列可以互操作的、可供各种特殊应用平台选择使用的数据链，目前主要用于侦察机、无人机等空中平台。通过 CDL，平台可将光电、红外、合成孔径雷达等传感器所获取的图像、视频和信号等信息视距或经由中继超视距传输到地面控制站或舰艇。CDL 是 20 世纪 90 年代美国国防部为了满足 ISR 平台实时传输高保真图像信息的需求，实现各种 ISR 平台的互操作，从而进一步地综合利用各种 ISR 资源而发展起来的。CDL 的最大特点是宽频带和通用性，标准数据率可达10.71274Mbps，并正在向 548Mbps 迈进。但是，CDL 适用的是 U2、全球鹰等大型战略装备，不适用于小型战术平台。随着主要部件可回收、体积较小的无人机在美军的广泛应用，美国国防部又开发了成本更低、体积更小的 TCDL。TCDL终端是美国海军构筑网络中心环境下先进 ISR 网络的重要装备，能与 CDL 互通，相互间可以实现近实时地连接与互操作。由于 CDL 终端之间存在互操作问题，美国空军实施了多平台通用数据链路（MP-CDL）计划。MP-CDL 具有许多先进通信能力，包括自动自我修复网络组成、IP 路径选择、自适应传输功率、自动信号获取和抗干扰等。MP-CDL 机载终端能够同时进行视频电信会议、高清晰度视频、通过互联网协议传送话音到公共交换电话网以及访问互联网和收发电子邮件等任务。MP-CDL 作为一种网络中心数据链路具有向地面作战人员提供实时运动视频的能力。三、数据链的发展趋势展望（一）高速、宽带和多功能 数据链的发展以满足作战需求为根本前提，信息化战争的发展对数据链提出了新的要求，即不仅能够提供语音和数据业务的能力，还要具备传输图像、视频以及多媒体业务的能力。这就要求数据链在带宽和数据吞吐量上有更大的提高，并且在传输过程中能实时、保密、准确，同时信息格式和标准日趋灵活性、可变性，以满足动态战场上多平台之间快速数据交换的需要。所以，新一代数据链在原有技术的基础上，开发新的技术体制，以提供更大的带宽、更高的数据传输率和准确率，并增大信息传输的隐蔽性和抗干扰能力。比如，Link-11 的传输速率仅为 2275 比特/秒，而公用宽频带数据链的传输速率将达到 274 兆至 1000 兆比特/秒。美国诺斯鲁普格鲁曼公司曾在进行“火力侦查员”的战术指挥数据链路的一系列飞行试验中，成功地演示了无人机机载设备与地面控制系统的数据链路，飞行中机载传感器实时拍摄的图像首次被准确地下载。在海军陆战队发起攻击时，“火力侦查员”可在 150 海里范围内将信息传回地面控制站，根据指挥系统的指令，还可以直接引导海军舰载武器和海军陆战队武器对目标实施精确打击。（二）小型化、单兵化 外军现役的数据链装备，虽然性能先进，但由于装备昂贵且重量较大，只能装备在指挥控制飞机、大型作战飞机、地面战术指挥控制中心等重要平台和系统，这就限制了数据链的使用（例如美国的 JTIDS 系统就因为体积、重量和造价等方面的因素，使其列装的时间表一再推迟，列装范围也受到很大限制），特别是在大多数的无人机和其它机动作战平台上无法使用，所以需要发展体积小、重量轻且价格便宜的数据链，以便更多地嵌入海基、空基、陆基、天基指挥系统、武器系统和传感器，实现与这些系统更紧密地铰链。同时，为了能充分发挥信息化战场上每一个战斗员的效能，让士兵看见“山那边的情况”，使其能够充分享受信息共享的优势，数据链的单兵化也是一个重要的发展方向。比如，以色列开发的“星链”系统，包括空中数据终端（ADT）、地面数据终端（GDT）和空中数据中继设备等都是微型的。“星链”中的 ADT 可以很容易地安装在无人机上，信息由 ADT 传输给 GDT，并显示在掌上电脑或单兵数据助理上，控制单元则放置在士兵的背包中。（三）多数据链协同工作 随着数据链的开发与应用，新型数据链在性能上不断提高，但这不意味着现有的数据链就能立即被取代，而且由于使用目的的不同，不同类型的数据链将共同存在。据统计，目前美国防部已列入联合战术数据链管理计划的数据链有 18 种，该计划未管理的战术数据链还有 25 种之多，此外还有许多其它数据链，如武器系统和遥测系统数据链等。因为数据链是综合指挥信息系统的组成部分，更新数据链必然要更新指挥信息系统的其它部分，这是一个渐进的过程；另外，旧的数据链有一些特点是新数据链短时间不能完全取代的，而且用户关注的不同也带来了数据链研制目的的不同，如Link-11 能够在 HF 波段进行超视距传输，而性能先进的 Link-16 只能通过中继实现超视距传输，所以海军依然在使用 Link-11。这些因素都使多种数据链并存成为一种必然。（四）一体化的数据链系统 信息化战争的节奏越来愉快，参战力量和平台的类型日趋多样化，将多样化的作战力量有效聚焦的根本途径就是走一体化的道路，所以一体化的数据链系统将是数据链发展的主要趋势。以防空作战为例，信息化战争中的防空作战，不仅要防敌方飞机，还要防导弹，特别是防弹道导弹和巡航导弹，这就对战场的范围、指挥信息系统的数据通信速率、容量等提出了更高的要求。同时，联合作战甚至联军作战的要求也使数据链必须实现一体化。因此，数据链的另一个发展趋势就是借助卫星通信以及其它远程通信手段，形成“天-空-地-海”一体化数据链系统。（五）机载有源相控阵雷达成为一种新型宽带数据链 美军在利用有源相控阵（AESA）技术方面处于领先地位，他们期望利用隐身战斗机的隐身特性深入敌方纵深监视敌人的活动，在回避敌方探测的同时，利用 AESA 对正在出现的以及快速运动的敏感目标，做出快速反应，然后将搜索到的情报和目标数据在战场范围内快速（以秒计）传输，和其他作战平台共享所获取的信息。目前，美军正在进行雷达通信数据链研究的包括以诺斯罗普格鲁门公司为首的 L-3 通信公司和洛克希德马丁公司小组以及以雷声公司为首的 L-3 通信公司和波音公司小组。根据最新报道，诺斯罗普格鲁门小组已经于 2007 年 6 月份成功地进行了 AESA 雷达通信数据链的首次飞行。试验证明，AESA 雷达无需进行大量的硬件更改，只需通过软件来控制波形等参数的改变，合成孔径雷达图像和视频数据流通过诺斯罗普格鲁门公司的试验飞机 BAC1-11 的AESA 雷达就能够以高达 274Mbps 的数据率传送到 L-3 通信公司的地面站，实现远距离、大容量、高速度的双向数据通信，而且不影响雷达的正常工作。而这样的任务用 Link16 机载数据链，是不可能完成的。（六）数据链终端向联合战术无线电系统转移 战术数据链技术经过 50 多年的发展，由于技术原因和作战应用对象的不同，新的战术数据链不断涌现，旧的战术数据链在一段时间内保留使用，于是就形成了目前的数据链装备体系有多种战术数据链并存的局面。然而，由于不同的数据链采取的是不同的报文标准，彼此之间多数无法互联互通。为了整合这些原来由各军种独立开发的互不兼容的烟囱式系统，美军开始发展联合战术无线电系统（JTRS），用一个通用的软件可编程的无线电台系列来取代美军目前 30 个不同系列 125 种以上不同型号的电台。目前正在发展的机载 JTRS 终端主要包括 MIDS JTRS 和 AMF JTRS。（七）各种新型网络化机载数据链促进非传统 ISR能力的形成 目前传统的 ISR 平台不仅数量有限，而且无法提供作战所需的包括信息收集、处理、利用和传输在内的所有能力，特别是对时敏目标的精确定位和瞄准能力。而战斗机、攻击机之类的非传统 ISR平台能够利用机上装备的先进的传感器，通过 IP 网络和空军空中/空间作战中心（AOC）、前线部署单元建立连接，实时地从传感器向AOC 用户快速发送图像和目标数据，填补目前 ISR 平台在该方面的空白。