林偉廷

（國(guó)防信息學(xué)院，湖北 武漢 430010）

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈能力需求和關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展研究

林偉廷

（國(guó)防信息學(xué)院，湖北 武漢 430010）

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是地面控制系統(tǒng)對(duì)其實(shí)施指揮控制的重要手段，是推動(dòng)無人機(jī)融入整個(gè)作戰(zhàn)體系的關(guān)鍵要素。文章在闡述無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)建設(shè)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，分析了無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力需求，并展望其技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)。

無人機(jī)；數(shù)據(jù)鏈；能力需求；關(guān)鍵技術(shù)

1 無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈現(xiàn)狀

無人機(jī)具有作戰(zhàn)運(yùn)用靈活、降低人員傷亡、遂行多樣化任務(wù)的優(yōu)勢(shì)，適合執(zhí)行枯燥、惡劣以及危險(xiǎn)的作戰(zhàn)任務(wù)，在戰(zhàn)場(chǎng)上的各個(gè)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)地面控制系統(tǒng)與機(jī)載平臺(tái)實(shí)時(shí)、可靠與穩(wěn)定通信的重要手段，能夠傳遞地面遙控指令，遙測(cè)接收無人機(jī)飛行狀態(tài)信息和傳感器獲取的情報(bào)數(shù)據(jù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無人機(jī)群內(nèi)部間的高效戰(zhàn)術(shù)協(xié)同。

在無人機(jī)快速發(fā)展的背景下，利用數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)指揮控制、態(tài)勢(shì)共享和戰(zhàn)術(shù)協(xié)同的需求日益迫切，世界各國(guó)都不斷加快無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的深度研究步伐。以美軍為例，其在通用寬帶數(shù)據(jù)鏈（Common Data Link，CDL）的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步針對(duì)無人機(jī)作戰(zhàn)運(yùn)用特殊需求研制了戰(zhàn)術(shù)通用數(shù)據(jù)鏈（Tactical Common Data Link，TCDL）。同時(shí)，美國(guó)空軍針對(duì)小型無人機(jī)的特殊需求，還持續(xù)推進(jìn)了微型通用數(shù)據(jù)鏈的研制工作，形成了豐富多樣滿足不同無人機(jī)平臺(tái)，不同作戰(zhàn)任務(wù)需求的無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。

2 無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈能力需求

2.1 寬帶遠(yuǎn)距離傳輸能力

隨著高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)的快速發(fā)展，無人機(jī)平臺(tái)的持續(xù)偵察時(shí)間不斷增加，搭載的偵察傳感器數(shù)量增多，所獲取的圖像視頻等信息數(shù)據(jù)龐大，同時(shí)偵察情報(bào)信息需要及時(shí)傳回地面進(jìn)行處理。因此，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)需要不斷提高寬帶遠(yuǎn)距離傳輸?shù)哪芰Α?/p>

2.1.1 提供大容量傳輸信道

大型偵察無人機(jī)普遍裝備了多種偵察載荷，以美軍“全球鷹”為例，其配備合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）、機(jī)載側(cè)視雷達(dá)（Sidelooking Airborne Radar，SLAR）、動(dòng)目標(biāo)指示（Moving Target Indicator Radar，MTI）雷達(dá)、紅外（Infrared，IR）或光電傳感器等多種傳感器設(shè)備，在連續(xù)偵察時(shí)所獲取信息數(shù)量極大。理想情況下，傳遞滿足美國(guó)國(guó)家地理情報(bào)局MISP/S TANG 4609高清圖像標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)彩色或熱圖像，要求數(shù)據(jù)鏈的傳輸速率達(dá)到1.48 Gbit/s。因此，采取機(jī)載存儲(chǔ)等方式已經(jīng)難以滿足實(shí)時(shí)偵察的作戰(zhàn)需求和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的技術(shù)制約條件，要充分利用正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）等技術(shù)提高數(shù)據(jù)鏈的寬帶傳輸速率。

2.1.2 遠(yuǎn)距離傳輸能力

隨著大中型無人機(jī)的續(xù)航能力不斷增強(qiáng)，無人機(jī)的偵察與打擊范圍不斷拓展，地面站需要通過遙控遠(yuǎn)程地面、海上、空中站點(diǎn)，或者是采用衛(wèi)星中繼的方式提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的覆蓋范圍，為精確指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同和數(shù)據(jù)回傳提供可靠的網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境。目前，世界上最為先進(jìn)的“捕食者”和“全球鷹”無人機(jī)系統(tǒng)都采用了衛(wèi)星中繼的方式擴(kuò)大信息傳輸距離，通過衛(wèi)星中繼其最大控制范圍分別擴(kuò)展至3 700 km和5 500 km，有效提高了無人機(jī)的偵察能力。

2.2 抗干擾通信能力

使用無人機(jī)實(shí)施集群作戰(zhàn)時(shí)，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜惡劣，數(shù)據(jù)鏈通信面臨著敵方遠(yuǎn)程精確火力打擊，電子干擾壓制和戰(zhàn)場(chǎng)電磁兼容互擾等多重威脅，要求數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具有復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下抗干擾通信能力。

2.2.1 具有網(wǎng)絡(luò)抗毀能力

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有良好的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和路由協(xié)議設(shè)計(jì)，當(dāng)關(guān)鍵的傳輸網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)遭受火力打擊或者網(wǎng)絡(luò)攻擊癱瘓時(shí)，信息網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)無人機(jī)飛行位置與地面控制站點(diǎn)之間的相互關(guān)系，自動(dòng)調(diào)整信息通信節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈信息傳輸路由，實(shí)現(xiàn)對(duì)抗條件下的頑存通信。

2.2.2 具備抗干擾能力

一方面要具備較強(qiáng)的防偵察能力，能夠通過隱蔽信號(hào)波形、控制發(fā)信功率和控制發(fā)信方向等技術(shù)手段，降低敵方偵察系統(tǒng)截獲無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)信號(hào)的概率；另一方面系統(tǒng)研制過程中，要充分采用強(qiáng)干擾抑制、抗干擾調(diào)制調(diào)解和自適應(yīng)濾波等技術(shù)，提高無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在復(fù)雜條件下強(qiáng)抗的通信能力，以有效應(yīng)對(duì)瞄準(zhǔn)式干擾和攔阻式各種干擾模式。

2.2.3 具備敵我識(shí)別能力

在復(fù)雜對(duì)抗環(huán)境下，敵方可能在采取電磁干擾與壓制的同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)入侵、發(fā)送虛假指令等方式遠(yuǎn)程挾持控制無人機(jī)。因此，在無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)中要強(qiáng)化敵我識(shí)別功能，防止虛假地面站點(diǎn)冒充我地面控制力量獲取對(duì)無人機(jī)的控制權(quán)限，或者假冒我方空中編隊(duì)作戰(zhàn)力量，從而破壞和干擾我方編隊(duì)預(yù)定作戰(zhàn)計(jì)劃。

3 無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 “一站多機(jī)”技術(shù)

一站多機(jī)技術(shù)是指依托一個(gè)地面站與對(duì)多架無人機(jī)實(shí)施控制。目前，無人機(jī)系統(tǒng)多數(shù)還是一個(gè)指揮控制站控制一架飛機(jī)。隨著無人機(jī)在戰(zhàn)場(chǎng)中應(yīng)用的領(lǐng)域不斷拓展，參戰(zhàn)無人機(jī)數(shù)量不斷增加，尤其是無人機(jī)集群控制技術(shù)日益成熟后，多無人機(jī)編隊(duì)集群作戰(zhàn)，有人機(jī)和無人機(jī)混合編組作戰(zhàn)將成為未來作戰(zhàn)的重要樣式。因此，地面控制站的控制能力急需大幅提高，實(shí)現(xiàn)“一站多機(jī)”控制。

（1）提高無人機(jī)動(dòng)態(tài)隨機(jī)接入能力。在“一站多機(jī)”控制背景下，一個(gè)地面控制站需要在動(dòng)態(tài)協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)中對(duì)多架無人機(jī)實(shí)施控制，為了提高網(wǎng)絡(luò)容量與控制能力，需要通過靈活的協(xié)調(diào)機(jī)制和技術(shù)，實(shí)現(xiàn)無人機(jī)隨遇接入與退出控制網(wǎng)絡(luò)。（2）提高無人機(jī)協(xié)同實(shí)時(shí)任務(wù)規(guī)劃能力。在“一站多機(jī)”的控制模式下，一個(gè)地面站控制下的無人機(jī)集群共享通信和信息資源，地面站要為多架無人機(jī)規(guī)劃出滿足約束條件的飛行路徑以及有效載荷使用計(jì)劃，并協(xié)調(diào)關(guān)鍵資源的沖突，以提高地面站的控制容量與效率。

3.2 小型化技術(shù)

在無人機(jī)發(fā)展的裝備體系中，除了高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)作為重要戰(zhàn)場(chǎng)骨干節(jié)點(diǎn)能夠發(fā)揮重要作用外，微小型無人機(jī)由于其體積小、質(zhì)量輕、部署靈活、機(jī)動(dòng)性好、成本低，也具有十分重要的地位。雖然受到硬件與軟件技術(shù)的制約，目前微小型無人機(jī)還沒有完善的數(shù)據(jù)鏈設(shè)備，但隨著微小無人機(jī)作戰(zhàn)運(yùn)用模式的不斷發(fā)展與成熟，微小無人機(jī)專用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展勢(shì)在必行。

3.2.1 推進(jìn)硬件小型化

無人機(jī)機(jī)載設(shè)備的小型化是無人機(jī)系統(tǒng)研制過程中的重要目標(biāo)。一方面通過提高硬件工藝與質(zhì)量，降低設(shè)備功耗和重量，并縮小設(shè)備尺寸，為微小無人機(jī)普遍搭載數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)創(chuàng)造條件；另一方面通過適度裁剪數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)功能，優(yōu)化數(shù)據(jù)鏈的傳輸方式、傳輸內(nèi)容、傳輸流程，簡(jiǎn)化機(jī)載的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成。在此基礎(chǔ)上，盡快組織開展微型通用數(shù)據(jù)鏈的研制，針對(duì)微小型無人機(jī)在體積、重量和功率上的要求，為其開發(fā)微型CDL終端。

3.2.2 采用軟件無線電技術(shù)

基于開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的通用硬件平臺(tái)，將數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的相關(guān)功能，如工作頻段、調(diào)制解調(diào)類型、數(shù)據(jù)格式、加密模式、通信協(xié)議等依托軟件來完成，減少數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)所依賴的硬件數(shù)量，縮小數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)體積，并減輕設(shè)備重量。軟件無線電技術(shù)是數(shù)據(jù)鏈設(shè)備小型化的重要技術(shù)方向之一，美軍已提出發(fā)展符合聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)（Joint Tactical Radio System，JTRS）和軟件兼容體系結(jié)構(gòu)（Software Compatible Architecture，SCA）的軟件化通用寬帶數(shù)據(jù)鏈及其體系結(jié)構(gòu)，提升了數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通能力。

3.3 網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)

隨著集群式無人機(jī)應(yīng)用需求的不斷增強(qiáng)，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)對(duì)自適應(yīng)組網(wǎng)能力的要求日益提高。在特定戰(zhàn)場(chǎng)范圍內(nèi)擔(dān)負(fù)偵察、打擊不同任務(wù)，搭載不同載荷的無人機(jī)群，通過機(jī)載數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，形成了一個(gè)完整的作戰(zhàn)體系，使得所有無人機(jī)能夠通過信息交互與共享，進(jìn)一步擴(kuò)展戰(zhàn)場(chǎng)感知能力，提高作戰(zhàn)協(xié)同水平，充分發(fā)揮無人機(jī)集群作戰(zhàn)的優(yōu)勢(shì)。

3.3.1 積極采用多址聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在下一代增強(qiáng)型通用數(shù)據(jù)鏈中研發(fā)過程中，要不斷提高對(duì)多址聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重視程度。美軍正在大力發(fā)展3DMA技術(shù)，使用頻率、空間和時(shí)分多路模式進(jìn)行聯(lián)網(wǎng)，既可以用于傳遞高速情報(bào)偵察數(shù)據(jù)，也適用于寬帶通信系統(tǒng)，同時(shí)可以構(gòu)建“動(dòng)態(tài)定向性網(wǎng)格網(wǎng)絡(luò)”。

3.3.2 Ad Hoc無中心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無人機(jī)作戰(zhàn)范圍廣闊，機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的適應(yīng)性要求很高。Ad Hoc無中心網(wǎng)絡(luò)，擺脫了對(duì)地面固定基礎(chǔ)設(shè)施和中心控制節(jié)點(diǎn)的依賴，由移動(dòng)節(jié)點(diǎn)自由組合，可滿足現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)所要求的抗毀性、自組性和機(jī)動(dòng)性的需求。在敵我雙方激烈對(duì)抗的惡劣戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中，無中心網(wǎng)絡(luò)具有很強(qiáng)的適應(yīng)能力，因此Ad Hoc對(duì)無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的發(fā)展有重要應(yīng)用價(jià)值和深遠(yuǎn)意義。

3.3.3 增強(qiáng)中繼傳輸技術(shù)

無人機(jī)與地面控制站之間的信息傳輸，主要依托超短波信息進(jìn)行距通信。當(dāng)無人機(jī)的飛行距離超過地面控制站的作用范圍時(shí)，數(shù)據(jù)鏈必須采用中繼的通信方式，其主要中繼方式包括地面中繼、空中中繼和衛(wèi)星中繼等。因此，無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈中繼技術(shù)在很大程度上影響了無人機(jī)遠(yuǎn)程控制、數(shù)據(jù)傳輸中轉(zhuǎn)和遠(yuǎn)程協(xié)同作戰(zhàn)的能力。為了克服地形障礙，提高信息中轉(zhuǎn)效率，要大力發(fā)展空中和天基中繼平臺(tái)和技術(shù)，以進(jìn)一步拓展無人機(jī)偵察活動(dòng)范圍，同時(shí)提高信號(hào)中繼的質(zhì)量。

4 結(jié)語

無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是支撐無人機(jī)融入作戰(zhàn)體系，創(chuàng)新作戰(zhàn)運(yùn)用基本模式的關(guān)鍵手段。本文在梳理無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作戰(zhàn)能力需求的基礎(chǔ)上，從制約其作戰(zhàn)能力提升的主要環(huán)節(jié)入手，梳理并展望了無人機(jī)數(shù)據(jù)鏈關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展方向。

Study on capability requirement and key technology development of unmanned aircraft vehicle data link

Lin Weiting
（The PLA Academy of National Defense Information, Wuhan 430010, China）

The unmanned aircraft vehicle data link system is the important means of ground control system for its implementation of command and control, is the key elements to promote the integration of unmanned aerial vehicles into the entire combat system. On the basis of expounding the status quo of UAV data link system construction, this paper analyzes the operational capability requirements of UAV data link system and looks forward to its technology development trend.

unmanned aircraft vehicle; data link; capability requirement; key technology

林偉廷（1982— ），男，福建福州。