战术数据链的发展与作战应用*

李宏智

(中国电子科技集团公司第二十八研究所 南京 210007)

1 引言

数据链是一种按规定的消息格式和通信协议,在传感器、指控系统与武器平台之间实时传输和处理战术数据信息的系统。通过数据链,可以将地理上分散的部队、各类传感器和武器系统建立起无缝链接,构成立体分布、纵横交错的信息平台,沟通所有作战单元,实现信息共享,从而使指挥员实时掌握战场态势,缩短决策时间,提高指挥速度和协同作战能力。数据链包括传输设备、通信协议和消息标准三大要素[1～2]。

数据链是实现战场态势信息共享,扩大态势感知范围的主要手段。数据链把传感器、指控系统与武器平台联系在一起,通过共享战场信息,使各作战单元的态势感知范围由原先各单元所装备的传感器侦测范围,扩大到联合作战部队所有传感器侦测范围,大大提高各作战单元的态势感知能力,扩大作战部队的掌控范围。

数据链是部队协同作战的“粘合剂”,是一体化联合作战实现的前提和纽带。现代联合作战中,陆、海、空三军的作战部队、舰船、飞机等作战单元之间需要传送海量的传感器信息和交战指令,数据链使系统内各成员获得完整、准确、实时、清晰、共用的战场态势,支持武器协同与互操作能力,从而实现真正意义上的联合作战。

数据链实现传感器和射手联网,缩短发现与打击目标的时间间隔,实现快速精确打击。数据链将传感器、指挥系统和射手联入网络,战术数据链不仅能够快速分发、交换传感器获得的情报信息,为提供战场态势实时传输战术数据,而且可以满足目标指示的精度要求,沟通从传感器到武器发射平台之间的信息流,应用于引导武器发射,实现多平台的火力协同,从而大大提高快速反应能力和精确打击实时目标的能力。

可以说数据链是作战指挥系统的重要组成部分,在现代高技术战争中是不可缺少的装备,数据链的应用水平在很大程度上决定着信息化战争的水平和能力。但是,每一种数据链因产生的年代和目的不同,在技术体制、通信协议、消息标准、战术用途等方面各不相同,新的数据链的出现并不意味着旧的数据链将被立即取代,相反在相当长的一段时间内它们是共存的,而且,每一个信息系统或作战平台拥有的数据链资源也不相同。因此需要解决多链与任务系统的集成应用问题,研究数据链的组织使用,同时,数据链的使用需要消息标准的支撑,每类消息都是根据作战指挥命令抽象归纳出来的,不同消息的组合使用又完成特定的战术应用功能,需要深化研究消息标准及其作战应用功能。

2 美军/北约数据链发展

战术数据链在美国称为战术数字信息链(TADIL),在北约组织国家称为Link,美国和北约国家从20世纪50年代开始研制并使用战术数据链。战术数据链从应用的方面可大致分为两大类:一类为可适用于各军兵种等多种不同平台、多种任务类型的通用数据链,如 Link 11、Link 16等;另一类为专为某种武器系统而设计的专用数据链,如爱国者导弹营的PADIL、奈克导弹营的MBDL等。而通用数据链按功能和应用对象大体分为三种:第一种是以情报资料的收集和处理、战术数据传输和信息资源共享等功能为主的数据链,如北约的Link 11等。第二种是以指挥命令传达、战情报告、请示、勤务通信以及空中战术行动的引导指挥等功能为主的数据链,如北约的Link 4等。第三种链路综合了前两种链路的功能,除可用于传输战术数据、共享信息资源外,还具有下达命令、战情报告、请示、勤务通信等功能,如北约的 Link 16等。下面对常用的几种通用数据链进行介绍。

1)Link 4

Link 4是一种用于提供传输战机导航指令、信息的单工数据链,原是为提供一个可取代传统使用话音通信空中交通控制方式而发展的,后来成为可在地(水)面与空中飞机间进行战术数据传输的通道。Link 4工作在UHF波段,传输速率5000bps,是目前最普遍的空对空、空对地(舰)数据链,后来发展出Link 4A与Link 4C两种双向数据链。

Link 4A(北约名称,美国称为TADIL-C),可用于地对空、空对地与空对空的战术通信,传输的信息格式采用 MIL-STD-6004与STANAG 5504标准,分为70bit长的控制报文(V系列消息)与56bit长的应答报文(R系列消息),最多可同时在8个用户间建立互联网络,实施控制与实时交换战术信息。Link 4A虽然可靠,但没有保密与抗干扰的电子对抗能力。

Link 4C是为战斗机与战斗机间提供信息传输的数据链,提供一些电子反对抗措施。Link 4C只安装在F-14战斗机上,但F-14不能同时利用Link 4A和Link 4C进行通信。

2)Link 11

Link 11与 Link 11B在美国分别被称为TADIL-A与 TADIL-B,用于实时的交换预警信息、空中/水面/水下/电子战的目标数据、传递控制指令、各部队武器状况等,并具有一定程度的保密能力,但无抗干扰能力。Link 11主要用于飞机和舰船等移动单元;而Link 11B主要用于固定单元,如地面雷达站。

Link 11消息格式采用MIL-STD-6011B和STANAG 5511标准的M系列消息,每个消息长60bit,含2个帧,每帧含6bit的检错与校正用报头与24bit的数据,数据传输速率有1364/2250bps两种,具有检错能力。它通常在网络控制站的控制下以轮询方式进行工作,也可采用广播模式工作。Link 11使用HF和UHF频段。Link 11B,使用串行传输,报文格式与 Link 11相同,每个消息长72bit,包括24bit的报头和48bit的数据,标准数据传输速率是 600b/s、1200b/s或 2400b/s。使用HF或UHF频段,也可通过有线发送信息。

Link 11与Link 11B均有数据传输速率低、缺乏抗干扰能力等缺点,且与Link 4也不相容,无法直接连通。但是,由于 Link 11可以使用HF波段,具有超视距通信能力,因此在海军舰艇上仍不能被使用L波段、仅能进行视距通信的Link16所完全取代。

3)Link 16

Link 16是美军与北约各国共同制定的保密、大容量、抗干扰、无主站的数据链,具有相对导航、精确定位和识别功能,美军称为TADIL J,将成为未来美军与北约空对空、空对舰、空对地数据通信的主要方式。Link 16综合了Link 4与Link 11的特点,可以在网络内用以互相交换平台位置与平台状况、目标监视、电子战情报、威胁警告、任务协同、武器控制与引导信息等。Link 16使用时分多址的工作方式,每个时隙 7.8125ms,工作在 L波段,是一种视距通信系统。Link 16消息格式符合美军MIL-STD-6016与北约STANAG 5516标准的 J系列消息,每个消息长75bit,包括5bit的校验位。数据传输速率取决于使用的发射脉冲组合结构,以端机发射固定格式类型消息为例,时隙中采用不同脉冲信号格式下的传输速率分别为 28.8kbps、57.6kbps、115.2kbps,当传输非编码自由文电时,最高速率可达238.08kbps。

4)Link 22

Link 22原先称为“北约改进型11号数据链”(NILE),是一种抗电子干扰、保密可靠、灵活机动的中速数据链,具有超视距通信能力,可在陆地、水面、水下或太空各平台间交换目标跟踪信息,实时传递指挥控制指令与警报信息,将来主要应用在海上舰队,可选择在HF或UHF波段工作。Link22融合了Link 16与Link 11的功能与特点,属于广义的Link 16系列,采用时分多址或动态时分多址方式工作,在 UHF波段时的传输速率可达12.6kbps,HF波段时则为500～2200bps,采用新定义的STANG 5522的F或F/J系列消息标准,F/J系列消息是在Link 16的J系列消息再加上2bit的报头而成,每个消息长72bit,其信息格式可供Link 11与Link 16相互通信。Link-22和Link-16各有特长,相互补充完善。Link 22不能完全替代Link 16,例如,Link 22的传输速率低于 Link 16。Link 16与Link 22的比较参见文献[3～4]。

3 数据链集成应用

战术数据链集成的传统方法是为每个平台开发一个专用的、可嵌入到平台任务主机的模块。但是,各类数据链系统,在通信协议、消息标准、使用范围、传输距离和抗干扰性能等方面各不相同,任务平台的研制年代、技术体制也各不相同,如果针对每个平台使用一种改造方法,那么对原有系统的改造、维护、升级和集成的花费将十分巨大,因此多种数据链的集成一直面临很大的挑战。美军已经研制了一系列的数据链集成应用设备,如美国海军使用的海军战术数据系统(NTDS)、指挥控制处理器(C2P)等,最新的集成应用设备有数据链处理器(DLP)、公共链路集成处理器(CLIP)、LinkPro系统等。采用的集成方法有:基于CORBA的数据链集成应用技术、基于数据库驱动的集成应用技术、基于订阅-发布机制的数据链集成应用技术等。

1)CLIP

由美军陆海空军联合发起,命名为公共链路集成处理器(CLIP)(空军也称为战术数据链公共软件TDLCS)的开发项目,是研制跨联合军种、跨平台的战术数据链消息处理和集成应用产品,用于各种军用平台和设备,包括飞机、舰船、岸上指控站点和陆地战术系统。CLIP为一种提供战术数据链功能的、可嵌入多数体系结构中的公共软件,对于单个平台需求而言,公共链路集成处理是可裁剪。

公共链路集成处理器采用实时数据分发服务机制,能够使战术数据链的发展变化不影响平台任务计算机/战斗系统,在不影响主机平台系统的情况下,可以方便的兼容现存战术数据链标准的变化。CLIP软件概念如图1所示。

图1 CLIP软件概念图

2)LinkPRO

LinkPRO是一套可以被定制配置作为多种战术数据链前端处理器使用的软件组件,由战术通信组LLC(TCG)负责开发。LinkPRO可以方便的把数据链集成到武器、指控、监视和支撑平台,且无需高额花费。这种集成为 Link16、Link11、TADIL K(VMF)和 Link22等链路提供接入和处理功能。LinkPRO通信体系结构如图2所示。

图2 LinkPRO通信体系结构

LinkPRO体系结构基于订阅-分发机制,适合于任何种类的战术应用系统(武器、指控、支撑等),既能够配置为应用系统单独使用,也可嵌入到战术主机任务软件组使用,并给基于TCP/IP通信的主机提供了灵活集成机制。LinkPRO具有以下战术功能:设备接口处理、报文打包和解包、态势感知监视、用于数据管理的链路规则实现(如冲突、差异和报告责任等)、任务目标维持(交战、配对、关联等)、航迹号管理、链路间数据转发、接收应答处理、多种数据传送(文本消息、天气数据等)、终端初始化、控制和网络管理、数据简化记录等。

4 数据链作战组织使用

在数据链的应用过程中,涉及数据链的建立,参与数据链网络端机的种类,发射频率、数据传输速率及密钥使用,数据链转发节点设置,应急事件处理等一系列使用问题,因此,必须在相应的组织机构中设置相关指挥人员和管理人员,以保证数据链网络正常运行。美军通过长时间使用,总结归纳了一套完整的作战流程和操作程序,确保数据链发挥应有的作战效能,如在战区执行联合防空作战时,联合特遣部队指挥官任命某个军种指挥官(陆军除外)为联合特遣部队地区防空指挥官,来管理多数据链网络。此外,联合特遣部队指挥官还任命一个专用信息系统管理员,负责整个地区的情报搜集活动。具体组织机构的设置如图3所示。

图3 组织机构设置

美军多种战术数据链的成功运行依赖于全面的和正确的网络规划,这需要考虑部队的作战目标,接口单元(IU,指Link11、Link16等战术数据链的参与单元)的通信能力、部署位置、信息交换能力和需求等,规划最终形成OPTASK LINK报文,分发到各参与单元使用。规划过程至少包括以下内容:

1)审查、评估指挥官的作战目标,需求信息流和连通性要求。

2)确认参与作战的部队装备了战术数据链的平台,以及各个平台的通信能力。

3)确认平台的监视职责,以确保传感器重叠覆盖。确保所有的目标都能够被监视到,而且一个系统的故障不能影响整个空域的监视,为此需要考虑参与平台的部署位置。

4)以文件方式确定作战中数据链参与者的部署位置,计划活动情况、路线等。

5)为作战建立多链操作概念(包括:主要参与者、满足连通性要求必需的数据链路、预期威胁、各个参与者报告的容量需求)

6)选择或开发一个综合的多链网络体系或接口设计。

7)设计和建立一个多链话音通信体系,支持从联合部队指挥官到IU的联合战场作战。

另外,在规划过程中应指定接口单元的地址,航迹号块的分配、数据过滤器、电子战规划因素、公共基准点/线/区、可修改值、其它由使用确定的数据清单等。

实现多数据链之间联网操作的重要方式就是通过转发器实现不同数据链之间的数据转发。数据转发是指将某一数字数据链路接收的数据,经过一定的格式转换和协议处理再发送到另一数字数据链路中的过程[5]。在此过程中,一条链路接收到的报文不仅被转译为适于另一链路的报文,而且报文中的可用数据字段也被转译成相应报文用的数据字段。

5 消息标准与战术功能

消息标准是数据链系统之间或内部交换信息所应遵循的格式和规范。美军在研制数据链的初期,根据战术数据链的不同功能、不同应用领域以及数据链传输信道的特点,为不同类型的战术数据链制定了不同的消息标准:如Link 4A采用的是V序列和R序列标准;Link 11采用的是M序列标准;Link 16采用的是J序列标准。

虽然各种数据链标准在各自的应用领域内发挥着重要的作用,但是消息标准不统一,消息格式转换和互操作问题突出,许多战场重要战术信息由于在消息格式转换过程中信息丢失,无法正常转发到目的地址,这就影响到了战术信息的共享,不能达到数据链所要求的互联、互通、互操作的目的。1994年10月美国国防部发布指令,将Link 16作为美军作战部队及国防部C3I系统和美军各类武器平台的主要战术数据链[2]。Link 16消息标准中的报文交换协议规定每个报文交换的条件和报文交换的规程。Link16采用的J消息标准实现的作战应用功能包括系统信息交换与网络管理、精确参与者定位与识别(PPLI)、空中监视、水面(海上)监视、水下(海上)监视、地面(陆地)监视、空间监视、电子战监视、电子战/情报、任务管理、武器协同和管理、控制和信息管理等。

J消息集中的每类消息都不是孤立存在的,若干消息组成一个功能领域,功能领域之间也有很强的依存关系,大部分作战任务都要求使用若干功能。系统信息交换与网络管理、精确参与者定位与识别以及信息管理功能是成功应用其它功能的基础,与监视功能一起共同支撑了任务管理、武器协调和管理以及控制等功能。任务管理、武器协调和管理以及控制功能是相互作用的,在一个功能中发送/接收一类指定的消息、消息字或数据元素,将导致在另一个功能中发送一个确定的消息、消息字或数据元素。

J9.0指挥消息、J10.2交战状态消息、J10.6配对消息、J12.0任务分配消息、J12.6目标分类消息在所有参与链路的JU中以相同解释方式相互依存,这些消息的组合使用完成了从战区指挥员到作战指挥员再到作战飞机的指挥,并且各级指挥官能够实时掌握作战飞机当前的交战状态,从而避免武器资源的占用,大大提高作战效率。例如,当战区指挥员使用J9.0指挥消息向作战飞机指挥员下达“攻击”命令,作战飞机指挥员应使用J12.0消息向作战飞机下达“攻击”任务,同时使用J10.2消息广播交战状态,作战飞机收到命令后,执行任务,并使用J12.6消息向指控系统报告作战状态,指挥系统将J12.6转为J10.2消息向网内广播,作战飞机使用J13.1消息报告自身的状况(武器挂点状态、航电系统状态、油量等),使网内成员能够及时掌握作战飞机的当前状态、为后续的作战任务做好准备。

6 数据链建设的启示

随着电子、通信、计算机等各工程应用研究领域的技术发展,战术数据链也在不断向更好的实时性、更大的传输容量、更强的抗干扰能力、更好的抗摧毁能力方向发展,数据链的建设应充分吸取外军数据链发展的先进经验,紧密结合实际需求,研究适合当前和未来作战使用的战术数据链技术体制。

首先,要加强数据链发展的总体规划与设计。从国外数据链的发展,特别是美军数据链的发展情况看,每种数据链都是根据当时的作战需要和技术水平研制开发的,用途各不相同,这就需要进行数据链应用的总体规划与设计,研究多链的综合使用、多链的网络规划,研究数据链设备与其他电子设备的电磁兼容性等。

同时,需要制定出各型数据链通用的数据元素字典和数据链消息标准,确定消息的收发规则、交换规程和最小实现,保证系统的互联互通。信息标准不统一,不利于信息与资源的统一分配管理,直接影响到信息共享与融合。而且,应根据作战需求和技术发展,在发展新型数据链或改进现有数据链的同时,完善和补充新的数据元素和战术消息,满足战术功能发展的要求。

另外,在数据链集成应用方面探索适合C4ISR系统发展的数据链集成应用方式,立足通用数据链与专用数据链结合使用,研究数据链与C4ISR系统和武器平台的交联与集成应用,使在指控系统、武器平台和传感器系统采集到的各类信息或输入的作战指令能够准确、及时的送达目的系统与平台。

[1]孙义明,杨丽萍.信息化战争的战术数据链[M].北京:北京邮电大学出版社,2005

[2]李云茹.战术数据链及其应用技术[J].中国电子科学研究院学报,2007,2(2):211～217

[3]梁炎,陆建勋.Link 22-北约国家的下一代战术数据链[J].舰船电子工程,2006,26(1):3～7

[4]刘占荣.海军战术数据链[J].情报指挥控制系统与仿真技术,2003(7):17～21

[5]梅文华,蔡善法.JTIDS/Link16数据链[M].北京:国防工业出版社,2007