基于相控阵体制定向数据链的研究

摘要：随着信息科技的快速发展，未来的航空航天战斗更多的是依赖于信息平台的全体系作战，各平台之间的数据链接变得十分重要。本文介绍了美军发展现状，分析了隐身战机关于数据链的要求，提出了一种基于相控阵体制定向数据链的设计。

关键词：信息战 数据链 相控阵

一、概述

未来的航空航天平台执行各类作战任务时，将采取的基本作战方式是依托于信息平台的全体系作战，即空、天、地、海各类作战单位，依托覆盖全维作战空间的栅格化信息系统，充分发挥信息能力在战斗力中的主导作用，运用体系对抗手段完成战略预警、空天对抗、防空反导、远距离打击、战略投送、信息攻防等作战任务。

鉴于信息战、网络战日益依赖数据链系统，战场态势感知、情报侦察和协同攻击密不可分，因此国内急需一种既能实时快速感知态势，又满足快速反应、精确打击、协同作战需求的高速、低时延和抗干扰的宽带数据链路。

二、美军的发展概况

目前，美空军发展了两种专用的机间数据链——IFDL（编队内数据链）和MADL（多功能先进数据链）。

IFDL装备于F-22“猛禽”，在引入多波束透镜天线后，可以合成低旁瓣、高增益、窄波束的数据链信号，实现战斗机之间的点对点通信，其辐射方向性从传统数据链的全向模式变为了定向模式，解决了数据链的隐蔽性问题。IFDL频率范围36-50GHz，由机身上方和下方的两个天线、两个信号收发机以及控制器组成。IFDL有两种网络拓扑，最多支持16架F-22组成一个大编队进行超视距空战。当然，IFDL自身存在一些不足，其主要问题是通信速率未大幅提高，与LINK16相当;点对点数据传输，制约了更高层次的多机协同。

MADL是由洛克希德公司在IFDL基础上发展的Ku波段隐蔽协同数据链，用于F-35之间的战场态势信息交换。MADL采用有源相控阵天线替换了IFDL多波束透镜天线，由6副嵌入飞机蒙皮之中的相控阵天线实现4π空间覆盖，通过灵活的定向窄波束，实现多机之间的同时隐蔽通信通信速率得到质的提升，实现了与舰船“宙斯盾”系统进行目标火控指示。

三、未来链路系统要求分析

信息化作战系统的发展模式绝不仅仅是"武器+传感器+数据链"，它是一个大系统的概念，是一个相互融合共存的综合体。武器协同数据链绝不只是一个为飞行平台提供数据交换的机器，作为航空武器协同定位系统的一个子系统，它的基本能力和功能可以归纳为以下几点。

1.高速通信动态组网能力

高速数据通信技术的发展，使得高机动平台的低时延数据传输成为可能，从而可实现大容量实时数据共享;基于IP的动态组网技术的发展，提高了武器平台组网的灵活性和抗毁性。移动自组织网络化的高速通信支撑能力使得平台间关系由松耦合变为紧耦合，以便通过平台优势互补和资源共享，形成体系作战能力。

2.多元化的情报共享功能

利用高速数据传输和动态组网技术，较大的作战空间内的各类传感器平台快速生成和交互不同方向的多个目标探测信息，指挥控制平台自动、实时处理并生成统一态势图，供战区内所有作战平台共享，解决态势评估、任务规划、武器制导对信息的需求问题，从而形成信息优势。

3.高效实时指挥控制功能

利用高速数据传输和动态组网技术，解决传统通信体制下对指挥控制信息处理、生成和传输的时效性约束问题，通过自动生成指令和人工干预相结合的措施。实现高效、实时的战场指挥控制，从而形成指挥优势。

4.实时精确武器协同功能

利用高速数据传输和动态组网技术，在武器平台间实时交互协同信息，实现信息协同、干扰协同;通过战术路径、时间的配合实现轨迹协同;通过目标分配、协同制导实现火力协同等战术任务协同，提高任务完成率和整体攻击效率从而形成打击优势。

5.综合化的隐身抗毁顽存能力

天线采用有缘相控阵体制，实现4π空间定向发射;通信方面采用跳扩频方式、自适应调零天线抵抗系统外干扰，并通过基于业务优先级的接入控制措施降低系统内干扰;通过动态功率控制等射频隐身措施实现低截获通信;采用移动自组织组网方式实现灵活组网，并维护网络的稳定性，不会因为部分成员失效而导致网络失效，从而形成综合化的抗毁顽存能力。

6.链路兼容能力

JIDS、全向武器协同数据链和定向武器协同数据链通过消息格式兼容、核心网关等方式实现互联、互通、互操作，并实现根据应用方式的发展。

四、链路系统设计

（一）系统功能

航空武器协同链路的系统架构如图3所示：

基于相控阵天线的隐蔽通信系统主要用于近距编队内和远距编队间的隐蔽通信，最多支持24架飞机编队协同作战。其系统功能主要概括如下：实现机群编队内部和编队间的定向通信;具有明/密话音、数据通信功能;具有大容量图像数据传输功能;具有抗干扰能力;具有动态网络连接和抗毁组网功能;具有自检测、毁钥功能。

（二）系统架构

隐蔽通信系统由6个功能相同的天线阵列单元（Array Antenna Assembly，AAA）和3个天线接口单元（Antenna Interface Unit，AIU）组成，AAA分布在机身前上、前下、左上、左下、右上和右下以便实现4π全空间覆盖，AIU置于机身内部，各与两个AAA进行通信。控制软件驻留在天线阵列单元和天线接口单元内部，实现数据链系统的控制及业务数据传输。

基于相控阵天线的隐蔽协同通信系统组成架构如下图4所示：

AIU和AAA为隐蔽通信系统系统的两个重要组成部分，AIU接收发送来的信息，并为AAA提供射频输入、功率输入以及TR组件的控制指令;AAA完成射频信号的定向发射、定向接收和功率放大等功能。隐蔽通信系统按功能模块可分为以下部分：辐射阵、收发网络、波控接口板、DC-DC电源模块、上下变頻模块、结构件、网络分系统与信号处理模块等。

五、总结

本文主要介绍了定向数据链是隐身作战平台宽带通信系统，这也是未来发展的必然趋势，并提出了一种基于相控阵体制的定向数据链设计，对工程实现具有指导意义。

参考文献

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作者简介：胡国光（1977-7），汉族，福建省长汀县，学历：硕士研究生，高级工程师，研究方向：雷达，航空电子，质量管理。