石教華

（中國電子科學(xué)研究院，北京100041）

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈互操作性實(shí)現(xiàn)方法和條件*

石教華

（中國電子科學(xué)研究院，北京100041）

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)亲鲬?zhàn)平臺(tái)之間的紐帶，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮越來越重要的作用。各作戰(zhàn)平臺(tái)通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，組成作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，能夠增強(qiáng)戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，形成協(xié)同作戰(zhàn)能力。實(shí)戰(zhàn)證明，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菓?zhàn)爭中的兵力倍增器。從互操作性的內(nèi)涵出發(fā)，分析了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作原理，探討了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)互操作性的實(shí)現(xiàn)方法和條件，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的作戰(zhàn)平臺(tái)必須遵守統(tǒng)一的消息處理要求，消息處理要求必須具體、明確，消息處理的實(shí)現(xiàn)具有平臺(tái)無關(guān)性。

戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，消息標(biāo)準(zhǔn)，互操作性，指揮控制

0　引言

美軍戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈（Tactical Data Link），是指經(jīng)過參謀首長聯(lián)席會(huì)議（JCS，Joint Chiefs of Staff）批準(zhǔn)的、適用于傳輸數(shù)字信息的、標(biāo)準(zhǔn)化的通信鏈，其典型特征：一是標(biāo)準(zhǔn)化的消息格式；二是標(biāo)準(zhǔn)化的傳輸特性［1］。數(shù)據(jù)鏈在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中發(fā)揮越來越重要的作用。各作戰(zhàn)平臺(tái)通過數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，組成作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)，能夠增強(qiáng)戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，形成協(xié)同作戰(zhàn)能力。實(shí)戰(zhàn)證明，數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菓?zhàn)爭中的兵力倍增器。

數(shù)據(jù)鏈與電子通信具有密切的關(guān)系，數(shù)據(jù)鏈離不開電子通信，但又不等同于電子通信。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)區(qū)別于電子通信的最大特征在于“數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具有互操作性”。數(shù)據(jù)鏈利用電子通信實(shí)現(xiàn)了作戰(zhàn)平臺(tái)之間的互聯(lián)互通，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)共享；同時(shí)，數(shù)據(jù)鏈規(guī)定了如何處理共享的數(shù)據(jù)，如何根據(jù)數(shù)據(jù)提供和接收相應(yīng)的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了服務(wù)共享。數(shù)據(jù)鏈和互操作性是作戰(zhàn)平臺(tái)之間的紐帶［2］。本文從互操作性的內(nèi)涵出發(fā)，分析數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的工作原理，探討數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)互操作性的實(shí)現(xiàn)方法和條件；通過電子戰(zhàn)為例說明了消息處理要求的制定方法；同時(shí)，分析了Link16消息標(biāo)準(zhǔn)的消息處理要求。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的作戰(zhàn)平臺(tái)必須遵守統(tǒng)一的消息處理要求，消息處理要求必須具體、明確，消息處理的實(shí)現(xiàn)具有平臺(tái)無關(guān)性。

1　互操作性的定義

數(shù)據(jù)鏈互操作性（Interoperability）的定義［1，3］如下：

1）系統(tǒng)、單元或武裝力量之間相互提供和接收服務(wù)的能力，通過交換和共享服務(wù)，提高作戰(zhàn)效能。

2）電子通信系統(tǒng)或設(shè)備之間直接和有效地交換信息或服務(wù)需要滿足的條件。

3）使用預(yù)先定義的方式交換和處理數(shù)據(jù)的能力，通過數(shù)據(jù)處理提取情報(bào)信息，用于作戰(zhàn)控制和協(xié)同。

2　數(shù)據(jù)鏈工作原理

2.1系統(tǒng)組成

現(xiàn)代戰(zhàn)爭是由多兵種、多作戰(zhàn)平臺(tái)組成的體系化的立體戰(zhàn)爭。不同的作戰(zhàn)平臺(tái)具有不同的功能特點(diǎn)，在戰(zhàn)爭中扮演不同的角色，典型的作戰(zhàn)平臺(tái)有地面指揮所、預(yù)警指揮機(jī)、無人機(jī)、電子偵察機(jī)、航母、潛艇、反潛機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)、防空反導(dǎo)系統(tǒng)等，作戰(zhàn)平臺(tái)通過數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行信息共享和作戰(zhàn)協(xié)同，發(fā)揮各平臺(tái)的作戰(zhàn)性能，形成體系作戰(zhàn)能力，從而提升整體作戰(zhàn)效能。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的基本單元由作戰(zhàn)平臺(tái)和通信端機(jī)組成。作戰(zhàn)平臺(tái)的主系統(tǒng)（Host System）是本平臺(tái)的大腦，是本平臺(tái)的指揮中樞。不同平臺(tái)的主系統(tǒng)有不同的名稱，如任務(wù)計(jì)算機(jī)、先進(jìn)數(shù)據(jù)處理器、中心戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、戰(zhàn)斗系統(tǒng)等等。平臺(tái)主系統(tǒng)在數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中負(fù)責(zé)處理戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)。

通信端機(jī)（Terminal）是數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的通信設(shè)備，通過電磁波傳輸數(shù)據(jù)鏈消息，是消息的物理傳輸通道。

Link16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的典型作戰(zhàn)平臺(tái)和通信端機(jī)如圖1和圖2所示。

圖1　典型作戰(zhàn)平臺(tái)

圖2　典型通信端機(jī)

2.2消息傳輸過程

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的消息由作戰(zhàn)平臺(tái)的主系統(tǒng)生成，主系統(tǒng)將消息發(fā)送給通信端機(jī)，端機(jī)通過電磁波將消息發(fā)送出去；其他作戰(zhàn)平臺(tái)的通信端機(jī)接收到消息后，傳輸給本平臺(tái)的主系統(tǒng)，平臺(tái)主系統(tǒng)對接收到的消息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中消息的傳輸過程如圖3。

圖3　消息傳輸過程

2.3互操作性實(shí)現(xiàn)方法

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的作戰(zhàn)平臺(tái)使用預(yù)先定義的方式交換和處理戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)處理提取情報(bào)信息，用于作戰(zhàn)控制和協(xié)同。

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的消息由消息字組成，有3種類型的消息字，即：初始字（Initial Word）、延長字（Extension Word）和繼續(xù)字（Continuation Word）。每個(gè)消息字中包含若干個(gè)數(shù)據(jù)元素，每個(gè)數(shù)據(jù)元素的取值被賦予特定的含義。

Link16數(shù)據(jù)鏈中的J14.2消息的交換方式如圖4。J14.2消息包含1個(gè)初始字，1個(gè)延長字，8個(gè)繼續(xù)字。J14.2消息的初始字包含有12個(gè)數(shù)據(jù)元素，初始字的數(shù)據(jù)元素電子戰(zhàn)行動(dòng)值（EWAC）有32個(gè)可選數(shù)值，當(dāng)EWAC=19時(shí)，表示要求部署誘餌。

圖4　消息交換方式

不同的作戰(zhàn)平臺(tái)之間通過數(shù)據(jù)鏈共享戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，同時(shí)可根據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)處理，互相提供服務(wù)，圖5是link16數(shù)據(jù)鏈在防空作戰(zhàn)中的應(yīng)用案例［4］。預(yù)警機(jī)監(jiān)視雷達(dá)探測到一個(gè)威脅目標(biāo)。預(yù)警機(jī)操作員使用態(tài)勢顯控臺(tái)準(zhǔn)備好需要發(fā)送給戰(zhàn)斗機(jī)的信息。預(yù)警機(jī)飛行處理器收到要發(fā)送的信息，并將該信息進(jìn)行格式轉(zhuǎn)化，生成J系統(tǒng)消息。JTIDS-2H型端機(jī)（Joint Tactical Information Distribution System）將消息進(jìn)行加密處理，然后發(fā)送到JTIDS網(wǎng)絡(luò)上。戰(zhàn)斗機(jī)上的MIDS LVT-3端機(jī)（Multifunctional Information Distribution System）接收到消息，將消息解密，過濾掉不相關(guān)的消息。戰(zhàn)斗機(jī)飛行處理器從消息中提取信息內(nèi)容，并顯示到戰(zhàn)斗機(jī)多功能顯示器上。

圖5　Link16數(shù)據(jù)鏈防空作戰(zhàn)案例

上面的例子清晰地展示了操作員在Link16中扮演的角色，表明了在數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)應(yīng)用中，需要保證操作員層面上的互操作性。

3　實(shí)現(xiàn)互操作性的條件

上一節(jié)圖3顯示了消息的傳輸過程，通信端機(jī)建立了消息的物理傳輸通道，將虛線框中的端機(jī)與端機(jī)通信過程去掉，可以看出數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)是作戰(zhàn)平臺(tái)與作戰(zhàn)平臺(tái)之間的信息傳遞和數(shù)據(jù)處理，如圖6。

圖6　作戰(zhàn)平臺(tái)互操作性過程

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中的系統(tǒng)和設(shè)備要實(shí)現(xiàn)兼容和互操作，必須實(shí)現(xiàn)4個(gè)層面上的統(tǒng)一［5-6］：

1）空中接口。統(tǒng)一的電磁波形標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)通信端機(jī)產(chǎn)生的電磁波形能夠被其他通信端機(jī)解讀。

2）物理接口。統(tǒng)一的物理接口標(biāo)準(zhǔn)，端機(jī)的物理接口應(yīng)統(tǒng)一，能夠與作戰(zhàn)平臺(tái)連接，如STANAG 3910、MIL-STD-1553、Ethernet、X.25等。

3）消息格式。具有唯一識別號的消息中包含的信息的組織規(guī)范，可用于通信傳輸。Link16消息是指具有一定功能的，由1個(gè)或多個(gè)消息字組成的可變長度的字符串，每個(gè)消息字的長度為70 bit。

4）指揮控制過程（Command And Control Procedures）。不同作戰(zhàn)平臺(tái)對同一類消息的處理方法要統(tǒng)一，這樣才能在網(wǎng)內(nèi)形成統(tǒng)一的戰(zhàn)場態(tài)勢和協(xié)調(diào)一致的作戰(zhàn)行動(dòng)。

其中指揮控制過程，即對消息的處理方法的統(tǒng)一，是實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈互操作性最重要的一個(gè)條件。由于對空中接口、物理接口和消息格式的理解不太容易出現(xiàn)偏差，有許多標(biāo)準(zhǔn)［1，3］可以參考。指揮控制過程的統(tǒng)一是通過規(guī)范化消息處理要求來實(shí)現(xiàn)的，下面進(jìn)行詳細(xì)討論。

4　消息的數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作戰(zhàn)平臺(tái)之間的互操作是通過數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理實(shí)現(xiàn)的，其中數(shù)據(jù)處理包括發(fā)送數(shù)據(jù)處理和接收數(shù)據(jù)處理。為了實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)平臺(tái)之間的互操作，首先必須設(shè)計(jì)一套協(xié)同機(jī)制來實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)平臺(tái)之間的服務(wù)共享，然后依據(jù)協(xié)同機(jī)制來確定消息的發(fā)送處理要求和接收處理要求。

以電子戰(zhàn)為例對數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)互操作性的實(shí)現(xiàn)過程進(jìn)行說明。假設(shè)電子戰(zhàn)參戰(zhàn)單元由指揮所、電子偵察機(jī)和電子攻擊機(jī)組成，下頁圖7是一個(gè)簡化了的電子戰(zhàn)工作流程。

為了實(shí)現(xiàn)電子戰(zhàn)協(xié)同，需要規(guī)定不同作戰(zhàn)平臺(tái)之間的消息收發(fā)關(guān)系和消息處理要求，見下頁表1。

消息處理要求中規(guī)定的“指揮控制過程”中包括執(zhí)行威脅評估、電子偵察和電子攻擊等作戰(zhàn)行動(dòng)或服務(wù)，但并不包括如何進(jìn)行威脅評估、如何開展電子偵察、如何進(jìn)行電子攻擊等具體實(shí)現(xiàn)方法，這些服務(wù)或行動(dòng)是基于作戰(zhàn)平臺(tái)自身的功能實(shí)現(xiàn)的。

圖7　電子戰(zhàn)工作流程

表1　消息收發(fā)關(guān)系和處理要求

在電子戰(zhàn)過程中，指揮所發(fā)送了2條消息，電子偵察請求消息和電子攻擊請求消息，接收了1條電子偵察參數(shù)數(shù)據(jù)消息；電子偵察機(jī)接收了1條電子偵察請求消息，發(fā)送了1條電子偵察參數(shù)數(shù)據(jù)消息；電子攻擊機(jī)接收了1條電子攻擊請求消息。

不同作戰(zhàn)平臺(tái)提供的服務(wù)如下：指揮所提供了威脅評估服務(wù)，電子偵察機(jī)提供了電子偵察服務(wù)，電子攻擊機(jī)提供了電子攻擊服務(wù)。3個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)利用數(shù)據(jù)鏈共享了戰(zhàn)場數(shù)據(jù)，并互相提供服務(wù)，協(xié)同完成了電子戰(zhàn)任務(wù)。

Link16數(shù)據(jù)鏈消息標(biāo)準(zhǔn)使用事務(wù)“Transaction”來描述主系統(tǒng)消息的發(fā)送處理和接收處理，每一條J系列消息都對應(yīng)5個(gè)基本事務(wù)，即發(fā)送準(zhǔn)備事務(wù)、發(fā)送事務(wù)、接收事務(wù)、清除/刪除事務(wù)、特殊處理事務(wù)。事務(wù)中規(guī)定的消息處理要求基本上可以歸納為2類，即消息接收處理和消息發(fā)送處理，見表2。

可以看出，Link16消息標(biāo)準(zhǔn)對作戰(zhàn)平臺(tái)的消息發(fā)送處理要求和接收處理要求是十分明確和具體的，但是對處理的實(shí)現(xiàn)方法卻不作規(guī)定，不涉及到作戰(zhàn)平臺(tái)本身的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，各平臺(tái)可以根據(jù)自己的技術(shù)特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的處理要求。比如，要求平臺(tái)主系統(tǒng)能夠提供操作員初始化消息參數(shù)的能力，但對如何實(shí)現(xiàn)初始化消息參數(shù)的技術(shù)手段不作具體要求；要求主系統(tǒng)記錄消息，對如何記錄消息不作具體要求，不同的系統(tǒng)可以有不同的實(shí)現(xiàn)方式，可以在系統(tǒng)內(nèi)存中記錄，也可以用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行記錄。

表2　消息收發(fā)關(guān)系和處理要求

5　結(jié)束語

數(shù)據(jù)鏈互操作性是數(shù)據(jù)鏈區(qū)別于其他通信系統(tǒng)的顯著特點(diǎn)，數(shù)據(jù)鏈不僅僅實(shí)現(xiàn)平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)共享，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了服務(wù)共享。數(shù)據(jù)鏈消息標(biāo)準(zhǔn)是實(shí)現(xiàn)指揮、控制、通信系統(tǒng)和設(shè)備之間的兼容性和互操作性的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。Link16消息標(biāo)準(zhǔn)使用事務(wù)“Transaction”來描述消息處理要求，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的作戰(zhàn)平臺(tái)的主系統(tǒng)必須滿足這些處理要求，才能與數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的其他平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和服務(wù)共享，真正實(shí)現(xiàn)互操作性，形成協(xié)同作戰(zhàn)能力。

［1］MIL-STD-6016D Tactical Data Link（TDL）16 Message Standard［S］.2008.

［2］Willem E H.Tactical Data Links and Interoperability,the Glue between Systems［R］.RTO MP-063，2000.

［3］STANAG No 5516（Edition 3）TACTICAL DATA EXCHANGE-LINK1［5］.2009.

［4］Myron H,Gary Mc L,James S.Interoperability:A Continuing Challenge in Coalition Air Operations［R］.RAND Corporation，2000.

［5］Sabatini MAJ R,Aulanier CDR L,LT.Rutz COL H.Multifunctional Information Distribution System（MIDS）Integration Programs and Future Developments［C］//IEEE，2009.

［6］Daniel G,Daniel N,Myron H.Multifunctional Information Distribution System（MIDS）Program Case Study.RAND，2000.

Method and Condition to Achieve Interoperability of Tactical Data Link

SHI Jiao-hua
（China Academy of Electronics and Information Technology，Beijing 100041，China）

Tactical Data Link is the glue between systems.It plays an increasing important role in the modern battlefield.It has proven to be powerful force multiplier providing enhanced situation awareness and enabling networks and co-operative engagement capabilities.Based on the definition of interoperability，the operating principle of data link system is analyzed,the method and condition of how to achieve interoperability is discussed.The command and control procedures,defined by message standard，should be used by forces in the joint tactical environment for information exchange.The message process requirements are clear and concrete，and the message implementations are platform independent.

tactical data link，message standard，interoperability，command and control

TP953；TN957

A

1002-0640（2015）08-0136-04

2015-08-05

2015-08-07

軍隊(duì)預(yù)研基金資助項(xiàng)目（102060302）

石教華（1976－），男，湖北陽新人，高工。研究方向：多傳感器數(shù)據(jù)融合。