美军数据链的发展及应用*

张 强 郭克平

(中国空空导弹研究院 洛阳 471009)

1 引言

未来战争是联合作战下的体系对抗,联合作战的本质是战场资源的有效共享。指挥、控制、通信、计算机、情报、监视与侦察系统(C4ISR)发展的最终目标是使作战单元之间的信息无缝交换,高度互操作,为战略、战役、战术各个层次的指挥员快速、准确地决策提供保障。数据链链接了C4ISR系统与武器平台,是C4ISR系统功能的延伸和决策优势的体现,是将信息优势转化为战斗力的关键装备和有效手段。美国自上世纪50年代起就开始发展数据链,截止目前,美军先后研制装备了40余种数据链体系,其中主要包括:Link-4、Link-11、Link-16、Link-22数据链和通用宽带数据链CDL。通过对以上几种数据链发展及应用的对比分析,探讨了数据链在未来网络中心战中的重要性。

2 Link-4和 Link-11数据链

Link-4是用于向战斗机传送无线电引导指令的非保密UHF数据链,始于美国海军20世纪40年代末期开始研制的战术数字信息链TADIL-C。Link-4经过不断改进,由最初的单向 Link-4发展成为支持双向传输的Link-4A和Link-4C,并且功能也扩展到可支持海/地面平台与机载平台之间进行数据通信。

Link-4A是用于对飞机进行自动化控制的非保密数据链。它工作在UHF频段(225.000MHz～399.975MHz),数据传输速率可达5000bps;信号采用FSK调制,信道间隔为 25kHz。Link-4A既可以作为单向链路,也可以作为双向链路[1]。目前,美国海军(包括航母、导弹巡洋舰等舰船以及E-2C、F-14、F/A-18 等作战飞机)、海军陆战队(包括战术空中作战中心、EA-6B、海上空中交通控制等)和美国空军(控制报告中心/控制报告单元、E-3预警与控制飞机)三个军种都装备有Link-4A数据链系统。Link-4C是北约为扩充 Link-4A功能而开发的一种战斗机-战斗机专用战术数据链。Link-4C的应用并不很广泛,到目前为止仅有F-14战斗机配备有Link-4C。

Link-11(11号战术数据链)的研发始于20世纪60年代,并于70年代开始服役。Link-11数据链工作在 HF短波频段(15MHz～30MHz)和UHF超短波频段(225MHz～400MHz),它有两种标准传输速率:1200bps或2400bps,实际使用的是1364bps(每秒45.45帧,每帧时间为22.0ms)或2250bps(每秒75帧,每帧时间为 13.33ms)[1]。Link-11数据链除广泛应用在美国海军舰艇及舰载机上外,美国空军、陆军以及海军陆战队也配备了Link-11。

3 Link-16数据链

Link-16又称战术数字信息链 J(TADIL-J),1994年美国国防部将其确定为C3I系统的主要数据链,并在可能时作为武器系统数据链。Link-16比Link-11和 Link-4晚出现 20多年,它不但比Link-11和Link-4的能力强,而且还具备它们所没有的功能。与Link-11和Link-4相比,Link-16的特点如下[1]:

1)高的多的数据吞吐率;

2)能交换更多种类的信息,信息粒度更为精细;

3)更多的成员数量;

4)能满足各种功能对响应时间的要求;

5)更高的抗干扰能力;

6)更好的安全性;

7)具有集成通信、导航和识别功能;

8)提供保密、抗干扰数字话音通信;

9)设备体积小,适用于装备战斗机和攻击机。

图1 Link-16的能力

联合战术信息分发系统/多功能信息分发系统(JTIDS/MIDS)是Link-16的通道系统,是一种采用同步时分多址(TDMA)接入方式的无线数据广播网络。JTIDS/MIDS以任意指定的一个成员的时钟为基准,其他成员的时钟与之同步,形成同一的系统时间。为使广播有序进行,JTIDS/MIDS把系统时间划分为时元和时隙。时元长12.8min,每个时元又划分为3﹡215=98304个时隙,时隙分为A、B、C 三组,每组时隙的编号为0～32767,是交叉安排的。通过Link-16,各平台把自己所产生的信息放入公共信息池,同时又从公共信息池中取出自己所需的信息。

Link-16数据链路工作在UHF频段,系统流量1.0Mbit/s(20个网络),调制方式采用最小移频键控(MSK),抗干扰措施有调频、直接序列扩频和纠错编码[2]。

美军现在已装备 Link-16(JTIDS/MIDS)的平台有:航空母舰、核动力潜艇、E-2C空中预警机、F-14D战斗机、空中作战中心、E-3机载预警与控制系统(AWACS)、机动空中作战中心、“爱国者”战区高空防御系统、陆军数据分发系统(ADDS)、陆军战区导弹防御战术作战中心、战术空中作战中心等[3]。

4 Link-22数据链

美国海军和北约国家在20世纪80年代发起“北约改进Link-11”(NILE)项目计划,研制新型战术数据链,旨在能用较低的费用来更新他们于60年代研发的Link-11,最终取代Link-11和补充完善 Link-16战术功能。Link-22强调以下战术能力[1]:

1)符合北约参谋部要求(1990年3月9日)。

2)在密集的通信对抗环境里,增加战术数据传输的时间和传输高优先级的作战指挥和警报。

3)改进并最终能取代Link-11和补充完善Link-16。

4)改进盟军互操作能力和增强指挥作战能力。

Link-22是一种抗电子干扰、保密可靠、灵活机动的中速率战术数据链,它采用时分多址(TDMA)结构,将系统时间分割成微时隙(MS),微时隙长度与系统通信介质有关;Links-22也支持动态时分多址(DTDMA)模式操作,在不明显中断网络运行的情况下,动态修改网络循环结构(NCS)。

Link-22系统配置如图2,一个NU单元的功能配置包括战术数据系统(TDS)、数据链处理器(DLP)、人机接口(HMI)、系统网络控制器(SNC)、链路层控制(LLC)、4个信号处理控制器(SPC)和无线收发设备以及日时间(TOD)基准。Link-22在UHF(225MHz～400MHz)和 HF(3MHz～30MHz)频段工作。Link-22选择发射功率控制以降低截获概率,选择跳频和自适应天线以抑制电磁干扰和射频干扰;它能使用消息确认技术,以牺牲高数据传输速率为代价,以增强可靠性(多次重复)传输消息;它使用现代检错和纠错技术冗余误码检测,同时还提供更加灵活的自主网络管理能力,支持动态TDMA重新分配时隙和优化时隙分配。

图2 Link-22系统配置

美国海军是美国当前唯一的有意向使用Link-22的军兵种。在初始部署阶段,估计不会多于5%的美国平台装备Link-22。美国海军计划在水面舰艇的指控平台部署 Link-22,以补充完善 Link-16的超视距战术数据交换。美国其他军兵种将来可能使用Link-22,以替代过时的Link-11B。

5 通用宽带数据链CDL

通用宽带数据链于20世纪70年代诞生,至今已有30多年的发展历程,在此期间,通用宽带数据链逐渐得到了认可,由美军高空侦察平台专用的数据链发展成为北约侦察情报传输的主要数据链之一。

按定义,CDL是一种全双工、抗干扰、点对点的宽带数字数据链,工作在X或Ku波段(通常地/海面终端会配备双波段工作能力,而机载终端则只能工作在X波段或Ku波段)。

CDL主要用于实现ISR(情报、监视、侦察)平台与地面站及其他作战节点间情报数据交换。CDL可提供“标准”的前向链路和返向链路业务:前向链路数据传输速率为200kbit/s(BPSK扩频调制),提供向空中平台输出数据的业务(平台和传感器的指令、保密话音、测距和导航修正数据等);返向链路数据传输速率为10.7Mbit/s、137Mbit/s、274Mbit/s,还支持更高速率(OQPSK调制),提供传送空中平台数据业务(传感器数据、平台导航数据及保密话音等)。为了满足不同用户和任务的需求,美军发布的CDL规范中定义了一系列波形,以支持其定义的5类应用数据链如表1。CDL的主要功能包括[1]:

1)飞行平台高速数据侦察信息的实时回传;

2)飞行参数和飞行平台上的设备工作状态的实时回传;

3)具有保密、抗干扰的前向指令传输;

4)飞行参数、定位参数的重要参数的注入;

5)具有对飞行平台的跟踪定位功能;

6)空中平台的数据交互和协同组网;

7)战场侦察信息的分发;

8)空中数据中继。

美空军U-2侦察机最早配备通用宽带数据链,除U-2侦察机外,RC-135“联合铆钉”信号情报侦察飞机、E-3预警机、E-8侦察机、F-16战斗机“战区机载侦察系统”吊舱等也都配备了通用宽带数据链。美海军舰船、部分无人机、直升机(SH-60R“海鹰”反潜直升机)以及P-3C侦察机也都配备了通用宽带数据链,它极大地促进了这些海军作战平台与其他平台的沟通。

表1 CDL定义的5类数据链

6 美军数据链的发展方向

虽然Link-4数据链存在可靠性差、数据吞吐率不高、抗干扰能力差等问题,但Link-16暂时还无法取代 Link-4A的航母自动着舰功能。预计Link-4数据链将于2015年左右完全退役。

Link-16在实际作战中取得了良好的效果,但随着作战样式的向前推移,尤其是全球信息栅格和远程精确打击的需要,Link-16逐渐表现出传输距离有限;输出速率不足;动态性能较差。针对以上不足,国外采取了发展卫星数据链和研发新型数据链,如在Link-16的技术体制和J系列消息标准的基础上,美国提出了战术瞄准网络技术(TTNT)数据链,T TNT可以完全兼容 Link-16,单个平台的数据传输速率可达(收/发)(9.6Mbit/s)/(2Mbit/s),并且具有良好的动态性能。

美国和北约国家正在开发和试验的 Link-22数据链由单系统结构发展到多系统结构,由于此结构中,每1个终端含有4个通道的数据链设备,又增加了数据链处理器,使得数据链网络的结构体系可以由单网发展到多网工作。这样网络结构更加坚固,具有更强的容错能力[4]。

未来战争的信息化和网络化,呼唤着美军通用宽带数据链新技术的出现,其主要表现在扩大CDL数据链的应用范围;提高其战术性能;扩大传输距离;提高全天时工作能力和抗干扰能力等;采用无中心网络技术;发展软件化通用宽带数据链[5]。

7 结语

美军正在不断完善现有单一的数据链,另一方面向多种传输信道、多种传输体制、多个数据链综合互操作方面发展,以满足作战需要。单一数据链体制朝着高速率、大容量、抗干扰的方向发展。由于数据链是全球信息栅格(GIG)的重要组成部分,也是实施网络中心战的重要信息手段,美军正在研制、部署适于未来战争应用的各种数据链并改进现有的一些数据链使其更好地服务于网络中心战。

[1]骆光明,杨斌,邱致和.数据链-信息系统连接武器系统的捷径[M].北京:国防工业出版社,2008:40～56,88～94,174～192

[2]吴德伟,高晓光.战术数据链的建设与发展[J].火力与指挥控制,2004,29(1):12

[3]兰汉平,丁峰.战术数据链技术现状及发展研究[J].舰船电子工程,2004,24(5):38

[4]张友爱.战术数据链技术的发展趋势[J].舰船科学技术,2008,30(增刊):4

[5]罗敏.数据链技术的发展及其应用[J].电子工程师,2008,34(9):51