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伊拉克战争之中 美军怎样运用数据链

发布时间:2019-07-07 05:18 来源:未知 编辑:admin

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  展开全部摘要:在21世纪的现代化战争中,无论是防御性作战还是进攻性作战,都越来越依赖于不断增长的大容量战术数据。目前各种参与作战的空中、海上和地面平台以及指挥中心都必须通过可*、安全和可互操作的通信链路来实现有效的连接,以交换和共享各种重要的数据,并使指挥官有效地指挥其作战部队,从而赢得战争的最后胜利。目前,美军及其北约盟军使用多种数据链。本文在简要分析早期开发的主要战术数据链之后,重点分析了北约开发的新型战术数据链,如Link-16(JTIDS/MIDS)和Link-22。

  战术数据链路系统是一种供战区联合作战中各军种共同使用的战术数据信息传输系统。它是军队在作战行动中用于传输各种格式化数字信息的一种手段或途径。在未来高技术条件下的信息化网络化战争中,指挥与控制中心必须实时地获取、处理、传输和显示来自所有作战单元和武器系统平台的各种信息,使指挥员能随时了解掌握战场态势,迅速做出作战行动决策,以牢牢掌握战争的主动权。战术数据链路将在这一过程中发挥举足轻重的作用。以美军为首的西方发达国家在C4ISR系统的构建过程中,普遍将数据链作为其中的关键环节。为了适应未来战争的需要,美军和北约部队现已广泛应用各种战术数据链,构成各军种指挥控制通信情报系统的装备体系,并具备了较强的作战保障能力。目前,美军及其北约盟军使用的数据链有Link-4/11/14/16等,可在各级指挥控制系统的显示控制台上显示完整的战场战术态势。

  战术数据链的发展总趋势是主要围绕着建立一个实时、保密、抗干扰多功能,以及能使用高频、特高频和极高频等频段的小型化标准战术数据链方向继续开发与不断改进。例如,由于Link-11采用点名呼叫方式传输数据,用户必须排队等候,网络成员之间要传输48位的M序列消息,这非常不适应高速度的现代化高技术战争。为此,北约与英国、法国和加拿大等国正在联合开发一种能克服Link-11缺点的Link-22新数据链。又如,多功能的JTIDS数据分发系统,尽管其2类终端比1类终端体积缩小了很多,重量也减轻了不少,但仍然无法适用于F-16战斗机之类平台。于是,美国、英国、法国、德国、加拿大、意大利、西班牙、挪威等国联合开发一种与JTIDS2类终端类似的小型多功能信息分发系统(MIDS)。总之,美海军认为早期开发的各种数据链不能满足现代战斗管理数据传输的需要,预计2005年,16号链路将完全取代Link-4A/C、Link-14,到2015年将大量装备Link-16的改进型,到2030年Link-16的改进型将完全取代早期研制的各种数据链。

  下面简单介绍一下早期开发的主要战术数据链,然后重点介绍美国开发的新型战术数据链,如Link-16(JTIDS/MIDS)和Link-22。

  Link-11是一条用于交换战术数据的数据链,采用网络通信技术和标准消息格式。Link-11有Link-11A和B两种类型。Link-11A是一种网状的半双工数据链,采用常规链路波形(CLEW)进行数据交换。它使用差分QPSK调制技术,数据传输速率为2400bps。Link-11 B是一种专用的点到点全双工数字数据链,采用单音链路波形(SLEW)。这种数据链采用串行传输帧特性和标准的消息格式,数据在一个全自动、相位连续、全双工和频移调制的数据链上进行交换,数据链的标准速率为1200bps。

  Link-4是一种非保密的网状数据链路。在UHF频段,它采用FSK调制,数据传输速率为5000bps或10000bps。Link-4A和Link-4C是两种独立的链路:

  · Link-4A是一种半双工或全双工飞机控制链路、供所有航空母舰上的舰载飞机使用。它采用“V”和“R”序列消息,支持自动舰上降落系统、空中交通管制、空中拦截控制、地面控制轰炸系统和航空母舰上的飞机惯性导航系统。为了连接各种装置和交换目标信息,Link-4A采用了单频时分多址技术。

  · Link-4C是一种机对机数据链,是对Link-4A的补充,但这两种链路互相之间不能进行通信联络。Link-4C使用“F”序列消息,具有部分抗干扰能力。它是专门为F-14研制的,F-14不能同时使用Link-4A和Link-4C进行通信。

  Link-14是一种网状的单工数据链。在HF频段,采用SSB话音信道;在UHF频段,以单向电传通播方式工作,数据传输速率为75bps和150bps,传输数据时的字长为5、6、7、8比特。它用于没有海军战术数据系统的舰艇接收监视情报信息,具有可加密能力,但无抗干扰能力。

  Link-16是一种高速视距UHF数据链,目前英国和美国正在研究超视距Link-16。Link-16包括传输设备、通信协议和报文标准三大要素,是信息源、C2中心以及飞机、导弹等平台之间实现有效连接的关键设施,是加强C4ISR综合一体化系统的重要手段。Link-16主要由“联合战术信息分发系统”/“多功能信息分发系统”(JTIDS/MIDS)终端设备、指挥与控制处理器和战术数据管理(TADS)系统组成。它可通过“层叠网”在预先分配的时隙内实时发送、接收战术数据。其特性有:支持各种环境;大量用户;JTIDS跳频抗干扰能力;具有多个“层叠网”的JTIDS单一网络;通过许多机载中继设备来扩大连通性范围。

  目前,Link-16使用联合战术信息分发系统(JTIDS)终端和多功能信息分发系统(MIDS)终端,因此,它可在C2系统与飞机、导弹等武器系统平台之间,以及在各作战单元之间传输作战所需要的各种战术数据信息,实现信息源、指挥控制中心与武器平台之间的有效连接,以达到战场资源共享的目的。它主要用于战场情报监视、电子战、任务管理、武器协调、空中交通管制、相关导航以及话音加密等。下面将分别介绍JTIDS和MIDS两个终端设备的应用情况。

  JTIDS是美国研制的供三军联合使用的一种通信、导航和识别多功能综合系统,能提供高保密、抗干扰、大容量数据和话音通信及相对导航等服务。它采用MSK调制、TDMA协议、跳频、直接序列扩频和跳时等许多先进技术,再加上发射加密、消息加密和信道编码,使系统构成一个无节点的、多联系路径的、具有高保密和抗干扰能力的战术网。当采用7位网络识别码时,它能支持128个网,但实际上最多使用15~20个网络。网内成员可多达上百甚至上千个,覆盖480960km区域。每个成员利用一个或多个所分配到的时隙依次发送信息,通过机载平台中继在水面舰船之间可实现超视距数据传输。直接序列扩频带宽为3.5MHz,跳频频率数为51个,频率间隔3MHz,数据传输速率为28.8bps、57.6kbps、119kbps或238kbps。

  ⑴通信:直接连接Link-4的抗干扰双向数字数据;抗干扰数字话;抗干扰的DTDMA数字数据;直接连接Link-11的抗干扰数字数据;连接TADIL-B的抗干扰数字数据;精确时间同步;同时加入多个网络。

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  ⑵导航:常规塔康;精确测距和相对导航;空对空测距和测位;测向(D/F);敌我识别;Mark XSIF应答器能力;Mark XII 模式4;其他工作方式(模块化)。

  ⑵“1”类数字信息:这是一种固定格式的数字信息,采用了纠错编码,适合于格式化信息变换,为JTIDS系统常用格式;

  ⑶“2”类数字信息(RTT):这类信息用于往返校时(RTT),即用于有源时间同步;

  ⑷“3”类数字信息:这类信息是采用纠错编码自由电文,除采用纠错编码外,其余和“0”类相同。

  JTIDS的基本时分单位为时隙,如图1所示。每个时隙分为三段,即同步段、数据段和保护段。同步段为0.52ms,数据段为2.83ms,保护段为4.4585ms。同步段又分为粗同步和精同步两部分,粗同步为416ms,精同步为104ms。

  TDMA时隙排成12.8分钟的时元,每个时元包含64个时帧,每个时帧为12s,共有1536个时隙,每个时隙为7.8125ms,每秒有128个时隙。用户在一个时帧或时元内分配到一组时隙,将消息发送到网内的其他成员。TDMA信号结构(即JTIDS的常规信号格式)如图2所示。

  信号的基本单位是字符,TDMA结构有两种类型:单脉冲字符和双脉冲字符。单脉冲字符长度为13ms,它由6.4ms的脉冲和6.6ms的间隔组成;双脉冲字符的长度为26ms,它由两个脉冲组成。这两个脉冲载有相同的5比特信息,但是,每个脉冲的发射频率和基码序列各不相同。当采用单脉冲格式跳频时,跳频速率为38461.5次/秒;当采用双脉冲格式跳频时,跳频速率为76923次/秒。

  此外,JTIDS还有两种特殊的信号格式,即Packed-2和Packed-4。如图3所示。它们都使用双脉冲信号格式,但双脉冲彼此的载频不同,所载信息也不一样。这种信号格式成了重复周期为13ms的单脉冲。由图3可知,Packed-4的数据段扩展了2.418ms,保护段只剩下2.04ms,由此可见,数据速率提高了。这样,Packed-2格式的数据速率提高到119.04kb/s,而Packed-4格式的数据速率提高到238.08kb/s(未计题头,也未算纠错编码)。Packed-4格式是JTIDS的TDMA最大的可能数据传输速率。

  多功能信息分发系统(MIDS)是美、英、法、德和西班牙等国联合研制的,已于2002年在美国空军取得了初始运行能力。2002年1月15日,美空军已在F-15C战斗机上完成了该系统的部署。MIDS实质上是JTIDS的缩型,但同样具有战术数据链能力,计划部署在2003年服役的48架F/A-18C/D/E/F舰载机上。

  MIDS是一个小体积终端(LVT),其功能与JTIDS2类终端相同,而体积仅为后者的三分之一,重量仅为后者的一半。因此,它适于装备空中的平台有F-15、F-16、F/A-18、AMX、“飓风”、“幻影”2000、“旋风”、“台风”欧洲战斗机。MIDS小体积终端还装备法国海军的“戴高乐”航空母舰、德国海军F124护卫舰、意大利的“加里瓦”航空母舰和护卫舰、四个欧洲国家的地面指挥控制系统以及供法国、美国及其他国家陆军使用。

  MIDS可在L波段内提供安全的、数字的、抗干扰的实时话音/数据通信,并通过自动中继技术实现超视距通信。通信范围为555.9千米(300海里),最大可中继距离达2223.6千米(1200海里)。MIDS系统除了能提供增强的态势感知外,还能够提供极强的敌我识别能力。

  MIDS采用先进的电子战保护技术,如快速跳频扩谱调制,有效的误差检测和纠错码,格式化的信息目录以及话音与文本的加密传输。MIDS也综合运用了超高速集成电路(VHSIC)和微波/毫米波单片集成电路(MMIC)技术,从而使之能够提供与JTIDS相同的操作功能。每个MIDS终端能够实现高达238kbs的发送或接收速率。其未来发展主要是提高系统的有效性,包括将数据传输速率从238kbs提高到1.1Mbs,以及提高飞行员需要看的目标自动排序能力。

  近年来,北约开发了一种新型数据链,被称为Link-22,它是一种抗电子对抗的超视距战术通信系统,在HF(3~30MHz)或UHF(225~400MHz)频段采用定频或跳频技术。典型的单个高频网络支持1.2~3.6kbs数据率,单个特高频网络提供2.4~10kbs数据率。在高频频段,系统最大无缝隙覆盖555.9千米(300海里),中继协议可延长这个距离。在结构上,采用时分多址或动态时分多址,提供更高的灵活性并减少网管附加操作。起初Link-22是作为北约改进型Link-11开发的,在某种程度上,Link-22是Link-16和Link-11的混合链路,尽管Link-22运转需要北约改进型Link-11的通信设备,但它还是尽可能地使用现有的无线电设备。

  Link-22可以使4个网同时工作,组成超级网络,使任一参与者在任何网络都能与任何其它参与者通信。估计在2002年到2006年间具体实施。它从下列三方面进行了改进:

  ⑴ 采用当前HF数据通信应用中最常用的一类单音调制解调器来代替Link-11中使用的并行音调调制解调器。这两种调制解调器的带宽额定值相同, 都为3kHz;

  ⑵ Link-22使用TDMA网络协议,而不是使用Link-11所采用的询问-应答协议。根据TDMA协议,每个网络成员都分配若干个TDMA格式的112.5ms时隙;

  ⑶ Link-22可以传送72位F序列消息,类似于Link-16传送的70位J序列消息(Link-11采用的是48位M序列消息)。

  在给定的时间内,Link-22系统网络控制器能够确定网络中将要使用检错与纠错(EDAC)和波形格式的6种不同组合形式中的任何一种组合形式。根据所选的组合形式,网络在一个时隙内,工作速率最低可传输2种F序列消息,最高可传输6种F序列消息。通过利用由正交调幅所提供的较高调制比特率,网络的工作速率可以将最快的F序列消息速率从每时隙6种增大到16种。当前Link-22的信号格式如下:

  表2列出了当前Link-22系统中所使用的6种RS编码和波形的组合方式。RS码的符号为GF(28)个元素。因此,每个码符号为一个8位的数值,任何码字的最大长度为255个码符号。正如表2中所给出的一样,所有码都远比255个码符短,因此,具有非常良好的错误标号特性。

  图4给出了当前三种波形WF-1,WF-2和WF-3的详细时隙结构。在每一时隙内使用了2种调制符号:数据符号(D)和检测符号(P)。数据符号(D)传输数据,检测符号(P)是接收调制解调器用来检测信道的多径结构,并据此调整其均衡器的抽头(接收调制解调器可预先知道它的值)。

  图5示出的截面可以识别出数据符号和检测符号,而且还给出了精确数字(240个数据符号,30个检测符号)。根据波形可知,数据符号为4PSK或8PSK,然而检测符号始终为4PSK。在所有情况下,键控速率为每秒2400个符号。

  利用表1和图4,并作一些运算,可观察到每个RS编码信息符号(字节)数比传输F序列消息指定的数目大3个。在每个时隙内,这额外的3个“报头字节”可用来满足网络管理的需要。

  增大F序列消息流通量的任何一种技术都必须保留当前系统的某些特点,尤其是:

  ⑶在给定时间内,传输F序列消息集(加上报头字节)时,未检错误概率必须很小。

  表3列出了高速率Link-22格式的RS码和波形的10种组合形式。虽然这些码比当前使用的码长,但是它们仍然比最大长度255短得多,因此,也具有非常良好的错误标号特性。

  图5给出了4种附加高速率波形WF-4~WF-7的详细时隙结构。每种情况中的数据调制符号类型为8PSK或M元QAM(如图5所示)。与当前使用的波形的情况一样,调制符号键控速率为每秒2400符号。任何时隙的数据符号都夹在两个检测序列之间,这两个检测序列分别终止当前时隙和前一个时隙。取自这两个序列的多径结构相结合,就能提高数据符号均衡器的性能。

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