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美军数据链发展分析2017-05-30 19:33武器/美军
美军数据链发展分析
孙治水、翁丽娜、刘春旭、刘轶铭
中国电子科学研究院
1引言
数据链是链接数字化战场上指挥中心、各参战部队、武器平台的一种信息实时处理、交换和分发的系统，是一种按规定的消息格式和通信协议，用于实时传输各种战场信息的数据传输与处理系统。由于数据链能使整个作战体系实现全维感知、实时信息传输和智能信息处理，为联合作战提供一体化的信息支持，因此，它是未来信息化、智能化和一体化军队战斗力的倍增器。
2美军数据链发展历史
2.1 战术数据链
迄今为止，美军及北约国家已完成Link-4A、Link-11、Link-16及Link-22等多个战术数据链系统的研制，并由最初装备于地面防空系统、海军舰艇，逐步扩展到飞机，并于近年来的几场信息化战争中发挥了极其重要的作用。
其战术数据链的发展可以分为酝酿产生、单链研发、协同整合、完善综合等四个阶段。
2.1.1 酝酿产生
上个世纪五六十年代，为满足应对飞机性能不断提高的防空需要，美国启动了SAGE（半自动地面防空系统）项目，使用各种有线和无线数据链路，自动传输雷达预警信息，提升了北美大陆整体防空效能。
2.1.2 单链研发
在上个世纪六十年代开始，持续到八十年代中期，采用当时的通信技术，先后研发了各种单一用途的数据链，典型形成主要装备的是Link-4、Link-11和Link-14。
1）Link-4
Link-4数据链是用于向战斗机传送无线电引导指令的非保密UHF数据链，是一种网状的时分链路，以5Kbps的速率工作在UHF频段。Link-4的设计初衷是用于取代控制战术飞机时的话音通信，在装备之初它只能进行单向传输。之后经不断改进，它由最初单向的Link-4发展成为了支持双向传输的 Link-4A 和 Link-4C，功能也扩展到可支持地/海平台与空中平台进行数字数据通信，因而成为北约海军实施地/海对空引导的重要战术数据链。
2）Link-11
Link-11是美军和北约普遍装备的一种HF/UHF战术数据链，它是海军舰艇之间、舰-地之间、空-舰之间和空-地之间实现战术数字信息交换的重要战术数据链。其研发始于20世纪60年代，并于70年代开始服役。
为了解决装备Link-11数据链与未装备Link-11数据链舰艇间的战术数据传递问题，北约还研制了Link-14数据链，该数据链只能接收友舰信息而不能发送信息。
以现代观点来衡量，上述数据链已不能满足多军兵种协同作战的要求，这些数据链存在的主要问题是：各军兵种专用，不适用于联合作战；数据链的数据吞吐能力低，影响数据链组网的容量、数据精度和作用范围；因系统结构单一而造成应用上的局限性。
2.1.3 协同整合
随着联合作战行动成为主要的作战形态，美军在上个世纪七十年代中期启动了Link-16项目，其目的是实现军种互联互通，增强联合作战能力。北约结合自身需要，组织完成了Link-22的开发。这两型数据链是面向联合的战术数据链。
1）Link-16
Link-16在功能上是Link-11及Link-4A的总和，是为多军兵种战术作战单元的信息交换的需求而设计的，支持通信、导航和识别多种功能，具有大容量、抗干扰、保密能力的特点，满足侦察数据、电子战数据、任务执行、武器分配和控制等数据的实时交换。Link-16已成为美军主战平台的基本配置，是各型主战平台实施信息化作战、形成体系作战能力的重要支撑。Link-16采用TDMA接入方式组成无线数据广播网络，无中心结构，用户根据分配的时隙轮流发射信息。通过分配独立的跳频图案，可以形成多网结构，以容纳更多成员。
2）Link-22
Link-22是一种抗电子对抗的超视距战术通信系统，在结构上采用时分或动态时分多址。Link-22有两大设计目标，一是取代Link-11（所以Link-22也称为改进了的Link-11，简称NILE），二是与Link-16兼容。因此，Link-22采用了由Link-16衍生出来的信息标准和Link-16的体系结构和协议，所不同的是Link-22同时采用了跳频式的HF和UHF作为通信频段，克服了Link-16必须中继才能超视距通信的限制。
2.1.4 完善和综合
上个世纪末期和本世纪初期，美军和北约的数据链面向两个方向发展，即发展完善单一的数据链系统和向多信道多体制多数据链互操作方向发展。
1）发展和完善单一数据链系统
随着现代武器装备和作战体制的不断改进，尤其是大容量战术信息和多武器平台协同作战的需要，单一数据链体制朝着高速率、大容量、抗干扰方向发展。其目的就是提高协同作战能力，实现对目标的精确打击。为了拓展Link-16的作用距离，美军将天基卫星纳入到数据链体系中，形成了星空地异构组网架构。典型的装备有美海军的卫星战术数据链（S TAIDL J）和联合距离扩展（JRE）。
2）向多种传输信息、多种传输体制、多个数据链互操作方面发展
各种数据链通专结合、高低搭配，同时满足了应用的普及性与系统的经济可承受性、传统系统与新研系统兼容性、信息分发的实时性、网络配置管理的合理性等要求；保密、抗干扰和多种传输手段并用，体现了数据链的军用特色，满足在对抗条件下系统的可靠性、生存性要求，形成较完备的数据链装备体系并发挥重要作用。
2.2 宽带数据链
宽带数据链是指专门用于分发对带宽要求高的侦察情报如图像、视频、高速数据流信息的数据链。该数据链于20世纪70年代诞生，已经由原来美军高空侦察平台专用的数据链发展成为现在北约侦察情报传输的主要数据链之一。
（1）通用宽带数据链
20世纪70年代，美军研发多种宽带数据链系统，如L-52数据链、互操作数据链（IDL）、小型互操作数据链（MIDL）等。但是，由于早期的宽带数据链所采用的波形、调制技术及系统终端等都不尽相同，随着联合作战需求的不断增强，暴露出互操作性差的致命弱点。为此，美国国防部于20世纪80年代开发出CDL，并于1991年指定为ISR标准数据链。
（2）基于CDL标准的宽带数据链
1）MP-CDL数据链
MP-CDL是美空军正在开发的一种新型多平台抗干扰通用数据链路，可在多个机载平台间或机载平台与地面设备间传送高速数据。MP-CDL将打破相关ISR数据链的烟囱式格局，从物理层到网络层扩大系统互操作能力。MP-CDL具有高速率、多通道、多点IP路由的特点。
2）TCDL数据链
TCDL是为战术无人机开发的数据链。配备 TCDL 系统的机载平台之间能够互通，并且可与CDL系列的宽带数据链互操作。TCDL具有保密功能，范围可达200 km。
3）HIDL数据链
HIDL是用于无人机与海上舰艇之间信息传输的全双工、抗干扰数字数据链。与TCDL不同的是，由于HIDL使用了跳频技术，其上行链路与下行链路均具有较强的抗干扰能力，一个控制站能够控制多个数据收集平台。
2.3 机间数据链
目前美军发展了两种专用的机间数据链：飞机编队间数据链（IFDL）和多功能先进数据链（MADL）。
（1）IFDL
IFDL是F22战斗机编队内组网专用的数据链，采用可产生旋转窄波束的天线阵，利用定向窄波束实现高速飞行的作战飞机间的实时数据交换，提高了抗截获、抗干扰性能，使其在电子频谱对抗更加激烈的战场具有更强的生存能力。
（2）MADL
MADL是F35战斗机编队内组网专用的数据链，工作在Ku频段，由6副相控阵天线组成，借助高效的天线对准及跟踪算法，实现点对点通信，并具有很强的Ad-hoc组网能力。
2.4 武器数据链网络
（1）WDLA
美空军“武器数据链体系结构”（WDLA）计划，目的是发展一个通用体系框架，能将各类作战平台和武器系统连接成网络，能够对武器弹药进行目标数据引导，提高精确打击目标的能力和精确度。实质就是将小型化数据链设备安装在武器平台上，实现武器与飞机/指控系统间的信息传输。
（2）QNT技术
QNT（QUINT Networking Technology）是由罗克韦尔•柯林斯公司研发的一个项目，主要设计用于弥补武器弹药、发射平台、大型无人机、小型无人机、地面作战单元之间存在的互通空隙，为其提供多频段、模块化的互连能力。
（3）协同作战能力（CEC）
CEC于1987年立项，1996年具有初始工作能力。CEC是一种革命性的数据链路，主要有综合跟踪与识别、捕捉提示与协同作战3大功能。CEC与过去开发的数据链最大的不同就在于“协同作战”能力。过去的数据链仅能交换目标航迹、速度等“跟踪”级精度信息，而CEC的宽带链路，能进一步提供可在网络内达到“目标导引”等级、精确度可用于武器火控的传感器信息。
（4）TTNT技术
战术瞄准网络技术（TTNT）是一种高速动态宽带数据链，可实现多个平台（尤其是像战斗机这种高速机动平台）动态组网，可以将飞行速度很慢的侦察飞机的情报侦察数据传送到高速、高机动的战斗机上。TTNT采用Ad hoc无线网络结构和IP协议体系结构，其主要特点是传输速率高、传输容量大、延迟时间短等。美军认为，TTNT可以使空军各种作战平台之间真正形成网络中心能力。
2.5 天基数据链
针对天基数据链而言，目前正在研究或装备使用的战术卫星数据链主要有4种：英国皇家海军卫星战术数据链（STDL）、美国海军的卫星战术数据信息链路J（S-TADIL J）、美国空军的JTIDS延伸（JRE）、美国天基通用卫星数据链（Space CDL）。
（1）卫星战术数据链（STDL）
英国海军的STDL采用了单一SHF频段的TDMA卫星通信多址方式，主要解决数据链受视距限制问题，该数据链是一个近实时的战术数据链系。
（2）卫星战术数据链（S-TADIL J）
美国海军的S-TADIL J（Satellite Tactical Data Information Link-J），也是由Link 16衍生的系统。S-TADIL J是在舰艇已装备的Link l6战术数据系统指控终端（C2P）中增加一个卫星界面，使其成为一个采用卫星中继的超视距数据链路，从而扩大了JTIDS的传输距离。
（3）JTIDS距离扩展（JRE）
JRE提供1种不同于MIDS/JTIDS的J系列Link 16链路的信息交换媒体以达到超视距扩展通信距离的目的。
（4）美国天基通用卫星数据链（Space CDL）
美军2001年提出的天基通用数据链（Space CDL）是地面通用数据链由空基向天基的延伸，本质上仍属于通用数据链。通过配备天基CDL载荷，成像侦察卫星等天基ISR平台能够兼容美军CDL标准，可以利用现有战场CDL地面设施完成卫星任务下达和数据实时接收。
2.6 数据链集成应用
为了实现数据链与平台的集成以及多数据链的互操作，在数据链应用过程中，美军和北约开发了多种数据链集成应用设备，主要有：指挥控制处理器（C2P）、防空系统集成器（ADSI）、数据链处理器（DLP）/机载数据链处理器（ADLP）、多战术处理器（MTP）等。2002年后，美军为了降低原有平台改造和新研平台将来升级的费用和风险，同时针对前期数据链集成应用中出现的互操作问题，提出了通用链路集成处理（CLIP）计划。
美军期望CLIP（通用链路集成处理）能够为各种平台提供所需战术数据链能力的通用软件方案，能够将平台的任务计算机/战斗系统与战术数据链能力相隔离，从而使得战术数据链系统和能力的改变不会对主平台造成影响，以使其可供多种军用平台和设备使用，包括飞机、舰艇、岸基指控站和地面战术单元。
3美军数据链发展趋势总结
历经半个多世纪的数据链发展中，美国先后研制了40余种数据链系统。分析美军数据链发展历程，可以看出美军在兼容现有装备的基础上，开发新频率资源，提高传输速率，改进网络结构，增加系统容量，提高抗干扰、抗截获及数据分发能力。传输设备向联合一体化信息分发设备演进，实现与GIG的互联互通。
（1）加紧研发新一代数据链
为达到支持网络中心战的目标，满足动态战场多平台间快速信息交换，获取战场主动权的需要，在利用新技术提升现有数据链能力的基础上，开发更大带宽、更高传输数据链，具备更强隐蔽性和抗干扰能力的新一代数据链。
一是围绕GIG体系和网络中心作战需要，改进现有数据链。如美军不断进行Link-16的改进，主要增强可靠性，提高抗扰能力，降低时延；扩展Link-16带宽，实现时隙再分配和动态网络管理；利用卫星扩展通信距离。
二是利用新技术研发新数据链。如利用TTNT技术与数据链系统截获，提高数据链信息传输速率和性能，沟通传感器到武器发射平台间的信息流，引导我情发射，实现多平台火力协同。
三是研发网络化通用宽带数据链(CDL)，用于ISR平台传递图像和信号情报，构建各种用途的公共战术数据链。
（2）实现多种数据链的协同
在发展新数据链的同时，结合实际需要，以及不同数据链的技术特征和局限，在相当长的一段时间内，存在多数据链并存的局面，因此依然面临解决多种数据链协同工作，信息互联的问题。
美军主要通过转发和各种网关实现数据链间的互通，完成数据链的协同应用。为此开发了不同用途的集成器(如三军通用防空系统集成器ADSI)、指挥控制处理器(如舰载战术数据链系统中的C2P)、多战术数据链处理器(MTP)等处理设备，以及Link-16和Link-11间数据转发的联合信息分发系统转发设备(FJU)。
（3）寻求发展一体化数据链
为满足大规模远距离战场态势感知范围、自动化指挥系统速率和容量需求，战术数据链向借助威胁通信等远传信道，构建一体化数据链系统。一体化数据链包括低层的三军专用数据链、中层的Link-16数据链和上层的卫星数据链，实现战场范围的战术信息共享和分发。
数据链未来将发展成为以“信息流”为中心，将指控平台、传感器平台、武器平台作为网络中的节点实现紧密铰链，不再强调某一种数据链的特定功能，基于作战任务将信息获取、传递、分发、处理与应用一体化智能设计与控制，在一个通用的体系结构下根据作战任务需求，由功能和物理上独立的协同组件实时组成网络，采用统一的消息标准框架、统一的网络管理协议、统一的平台接口处理规则、标准的信息融合机制、标准的信息处理规则、标准的波形处理规范，适配不同的系列化通信链路，以实现网络中数据信息的低时延、高可靠交换，尽可能减少无意义的冗余信息和不相关信息的交换，为多平台协同作战提供无缝的、高可靠、可扩展的数据传输网络，支撑由基于通信到基于链路、最终基于网络的作战体系，从而实现真正意义的网络中心战。