李國梁

(中國電子科技集團(tuán)公司第二十研究所，陜西 西安 710068)

0 引 言

數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N按照統(tǒng)一消息格式和通信協(xié)議鏈接各作戰(zhàn)平臺(tái)，并且交互戰(zhàn)術(shù)信息的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)。數(shù)據(jù)鏈根據(jù)裝備平臺(tái)作戰(zhàn)的不同需求，可分為機(jī)載數(shù)據(jù)鏈、艦載數(shù)據(jù)鏈及車載數(shù)據(jù)鏈等。其中，機(jī)載數(shù)據(jù)鏈的功能是在飛機(jī)與飛機(jī)之間以及飛機(jī)與地面、艦艇之間能夠共享語音和數(shù)據(jù)通信、雷達(dá)跟蹤情報(bào)以及光電圖像。

1 早期機(jī)載數(shù)據(jù)鏈

美軍作為最早研究數(shù)據(jù)鏈的國家，其數(shù)據(jù)鏈型號(hào)眾多。而機(jī)載數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)轻槍?duì)飛機(jī)特定的作戰(zhàn)需求所設(shè)計(jì)的，主要用途包括地面指揮所對(duì)飛機(jī)的指揮控制，以及飛機(jī)完成對(duì)地、對(duì)海打擊任務(wù)。圖1為美軍機(jī)載數(shù)據(jù)鏈發(fā)展簡圖。下面具體說明美軍已裝備的4種機(jī)載數(shù)據(jù)鏈。

1.1 Link-4

20世紀(jì)50年代末，Link-4開始裝備美國海軍，美國海軍通過Link-4進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)方面的指揮控制。該數(shù)據(jù)鏈采用單向時(shí)分復(fù)用技術(shù)，其功能包括發(fā)送作戰(zhàn)飛機(jī)導(dǎo)航指令，并指揮艦載機(jī)對(duì)空作戰(zhàn)[1]。Link-4 A是Link-4的改進(jìn)版本，Link-4 A改進(jìn)為雙向通信，最多可承載8個(gè)用戶。

1.2 Link-11

Link-11主要用于美國海軍，可以收發(fā)雷達(dá)情報(bào)以及共享戰(zhàn)場態(tài)勢。其中包含2個(gè)版本：戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈路-A(TADIL-A)與戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈路-B(TADIL-B)。TADIL-A主要應(yīng)用于飛機(jī)、艦艇以及陸基平臺(tái)，其網(wǎng)絡(luò)為半雙工網(wǎng)絡(luò)；TADIL-B主要應(yīng)用于陸基平臺(tái)，其網(wǎng)絡(luò)為全雙工網(wǎng)絡(luò)[2]。

1.3 Link-16

Link-16是北約和美軍目前裝備數(shù)量最多的一種保密、可靠、抗干擾的機(jī)載數(shù)據(jù)鏈。該數(shù)據(jù)鏈能夠處理標(biāo)準(zhǔn)消息與語音。Link-16的主要功能包括時(shí)間同步、格式化消息收發(fā)、成員入退網(wǎng)等。Link-16適用于聯(lián)合作戰(zhàn)時(shí)各軍兵種(陸軍、海軍、空軍)之間的戰(zhàn)場態(tài)勢共享和協(xié)同作戰(zhàn)。

1.4 Link-22

20世紀(jì)80年代，美國和北約開始研發(fā)一種新型戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，即Link-22[3]。Link-22是一種保密、抗干擾的通信系統(tǒng)，主要裝備在飛機(jī)、艦艇、岸基中心。Link-22比Link-11數(shù)據(jù)鏈承載用戶數(shù)量多(Link-11承載用戶數(shù)為61，Link-22承載用戶數(shù)為125)。

圖1 美軍機(jī)載數(shù)據(jù)鏈發(fā)展簡圖

2 新一代機(jī)載數(shù)據(jù)鏈

隨著科技的發(fā)展，作戰(zhàn)范圍將越來越大，傳輸?shù)男畔⒁苍絹碓蕉?，美軍已裝備的上述4種機(jī)載數(shù)據(jù)鏈(Link-4、Link-11、Link-16及Link-22)在傳輸速率、組網(wǎng)方式等方面都已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代作戰(zhàn)需求。為此，美軍對(duì)機(jī)載數(shù)據(jù)鏈提出了新的指標(biāo)要求。為了能在遠(yuǎn)距離上迅速鎖定敵方戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的方位，并及時(shí)將信息提供給武器單元，實(shí)現(xiàn)快速打擊，美軍對(duì)數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)提出了實(shí)時(shí)性方面的要求。由于機(jī)載偵察系統(tǒng)收集的圖像數(shù)量越來越多，并且作戰(zhàn)飛機(jī)需要對(duì)戰(zhàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)管理，接收和發(fā)送情報(bào)，新一代機(jī)載數(shù)據(jù)鏈面臨著高帶寬、靈活組網(wǎng)等方面的要求，其裝備情況如表1所示。

2.1 戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

戰(zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)(TTNT)是一種機(jī)載無線通信系統(tǒng)。TTNT采用互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議(IP)與Ad hoc技術(shù)，組網(wǎng)靈活，可快速入退網(wǎng)。TTNT網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳送速率最高可達(dá)10 Mb/s，最低延遲僅為2 ms。同時(shí)，TTNT能夠?yàn)轱w機(jī)提供戰(zhàn)術(shù)定位、復(fù)合跟蹤、瞄準(zhǔn)打擊等技術(shù)，適用于未來的空中作戰(zhàn)平臺(tái)。

2.2 機(jī)間飛行數(shù)據(jù)鏈

機(jī)間飛行數(shù)據(jù)鏈(IFDL)僅裝備于F-22戰(zhàn)機(jī)，其目標(biāo)是為F-22編隊(duì)成員提供高可靠及靈活機(jī)動(dòng)的通信手段[4]。IFDL通過定向通信的方式，保證了F-22飛機(jī)的隱身性能，同時(shí)也保證了IFDL的低截獲性，但I(xiàn)FDL定向通信的特點(diǎn)也導(dǎo)致了其它數(shù)據(jù)鏈無法發(fā)現(xiàn)該平臺(tái)。為了改變這個(gè)問題，美軍正在尋求該數(shù)據(jù)鏈的改進(jìn)方法。

2.3 多用途先進(jìn)數(shù)據(jù)鏈

在IFDL基礎(chǔ)上，美軍研發(fā)了多用途先進(jìn)數(shù)據(jù)鏈(MADL)。MADL主要用于各編隊(duì)成員之間共享戰(zhàn)場態(tài)勢等信息，該數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菍ｉT為F-35設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)是高寬帶、高速率、低截獲。MADL通過極窄波束和極低發(fā)射功率的通信方式，確保了F-35的隱身能力。近期，美軍希望改進(jìn)MADL，以實(shí)現(xiàn)F-35戰(zhàn)機(jī)與其他作戰(zhàn)飛機(jī)的協(xié)同作戰(zhàn)。

表1 機(jī)載數(shù)據(jù)鏈裝備組成表

3 發(fā)展趨勢分析

從美軍與北約的數(shù)據(jù)鏈發(fā)展歷程來看，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的未來發(fā)展方向是高速率、大容量、低時(shí)延。而民用移動(dòng)通信技術(shù)(如5G)很好地解決了上述3個(gè)難點(diǎn)，5G的許多新技術(shù)值得數(shù)據(jù)鏈借鑒與學(xué)習(xí)。

通過美軍已裝備和正在裝備的數(shù)據(jù)鏈，可以看出美軍的數(shù)據(jù)鏈型號(hào)眾多，而且各軍兵種獨(dú)立開發(fā)的系統(tǒng)互不兼容，并逐步向多種數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)并存發(fā)展。在多數(shù)據(jù)鏈共存的情況下，如何實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)鏈之間的信息融合是美軍未來需要解決的問題。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對(duì)于多數(shù)據(jù)鏈融合具有一定的啟發(fā)作用。

3.1 5G技術(shù)

近年來，由于移動(dòng)通信方式的迅猛發(fā)展，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)人們的生活、工作等各方面的影響越來越大。5G技術(shù)結(jié)合了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括高速率用戶體驗(yàn)、高密度連接數(shù)以及低數(shù)據(jù)時(shí)延等，三大特點(diǎn)如圖2所示。5G滿足高速率、高密度、低時(shí)延的用戶需求，可為用戶提供更為優(yōu)質(zhì)的體驗(yàn)。其具體內(nèi)容如下所述：

(1) 高速率用戶體驗(yàn)

5G技術(shù)通過使用低頻率資源，并提升頻譜效率，可滿足用戶高速率的需求；同時(shí)，采用大規(guī)模天線陣列和新型多址技術(shù)，提升整個(gè)系統(tǒng)的頻譜效率。5G技術(shù)涵蓋從低速到高速(0.1～1 Gbps)用戶體驗(yàn)速率。在移動(dòng)場景下，如果大部分用戶觀看高清視頻，則用戶速率需要達(dá)到100 Mbps。在某些特殊場景下，5G網(wǎng)絡(luò)最高峰值速率可達(dá)10 Gbps。

圖2 5G關(guān)鍵技術(shù)場景圖

(2) 高密度連接數(shù)

5G采用超密集組網(wǎng)技術(shù)，可提高局部地區(qū)的高密度通信需求(如大型會(huì)議、節(jié)日慶典等)。通過增加基站部署的密度，并且提高頻率復(fù)用的效率，可以滿足5G網(wǎng)絡(luò)局部地區(qū)的高密度通信要求。隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的對(duì)象范圍擴(kuò)大，除了人與人之間通信，還增加了人與物(如傳感器、儀器等)、物與物之間的互聯(lián)互通。其中，5G網(wǎng)絡(luò)的高密度連接數(shù)可達(dá)100萬/km2。

(3) 低數(shù)據(jù)時(shí)延

5G技術(shù)采用較短的幀結(jié)構(gòu)和經(jīng)過優(yōu)化后的信令流程，以及引入新型多址和終端直接通信(D2D)等技術(shù)，縮短了數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)的時(shí)間延遲。這一系列措施都降低了傳輸時(shí)延，滿足了5G網(wǎng)絡(luò)的低時(shí)延要求。其中，5G網(wǎng)絡(luò)的端到端時(shí)延可達(dá)毫秒級(jí)。

通過以上3點(diǎn)可以看出，5G采用大規(guī)模天線陣列、新型多址、超密集組網(wǎng)以及D2D等技術(shù)，可滿足高速率、高密度及低時(shí)延的用戶需求。而機(jī)載數(shù)據(jù)鏈可以借鑒5G技術(shù)，采用最新的天線陣列技術(shù)，增加收發(fā)信道，選取效率更高的編碼方式以及更加靈活的組網(wǎng)方式等手段，提高數(shù)據(jù)鏈性能，以滿足瞬息萬變的戰(zhàn)場需要。

3.2 物聯(lián)網(wǎng)

物聯(lián)網(wǎng)是指信息化傳感設(shè)備按照約定協(xié)議，將物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，并進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)了識(shí)別、定位、跟蹤和管理的網(wǎng)絡(luò)，這是互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展，其可延伸至物與物之間進(jìn)行信息交換和通信。

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通過傳感器獲取信息，其信息由于傳感器的性質(zhì)、類型的不同，導(dǎo)致信息的形式和內(nèi)容具有差異；由于傳感器感知區(qū)域的局限性，導(dǎo)致信息的不全面[5]。通過異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)可消除信息中的差異性和不全面性。異構(gòu)數(shù)據(jù)融合是將異構(gòu)數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理，最終得到準(zhǔn)確全面的信息。數(shù)據(jù)融合首先在原始數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)值融合，進(jìn)行特征提??；然后對(duì)提取出的特征信息(如目標(biāo)方向、速度等)進(jìn)行綜合分析和處理；最后根據(jù)處理后的信息，進(jìn)行綜合推斷，得出融合結(jié)果。通過數(shù)據(jù)融合，系統(tǒng)可增強(qiáng)抗干擾能力，減少數(shù)據(jù)冗余，增加數(shù)據(jù)精確性等。

機(jī)載數(shù)據(jù)鏈的型號(hào)眾多，各鏈之間相互隔離，無法充分發(fā)揮多種數(shù)據(jù)鏈的作戰(zhàn)性能。在一個(gè)作戰(zhàn)平臺(tái)裝備多種機(jī)載數(shù)據(jù)鏈的情況下，多種數(shù)據(jù)鏈接收到作戰(zhàn)信息，然后采用物聯(lián)網(wǎng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，將各鏈的作戰(zhàn)信息融合處理后，上報(bào)至作戰(zhàn)人員。這樣，作戰(zhàn)人員將得到更加準(zhǔn)確全面的戰(zhàn)場態(tài)勢，利于奪取戰(zhàn)場的主動(dòng)權(quán)。

4 結(jié)束語

隨著數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展，奪取制信息權(quán)成為了未來戰(zhàn)爭的關(guān)鍵，準(zhǔn)確全面的戰(zhàn)場信息就顯得尤為重要。民用無線通信(如5G和物聯(lián)網(wǎng))中的許多技術(shù)將會(huì)為數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展提供有益的借鑒和啟發(fā)。