戰術數據鏈的發展與作戰應用*

李宏智

(中國電子科技集團公司第二十八研究所 南京 210007)

1 引言

數據鏈是一種按規定的消息格式和通信協議,在傳感器、指控系統與武器平臺之間實時傳輸和處理戰術數據信息的系統。通過數據鏈,可以將地理上分散的部隊、各類傳感器和武器系統建立起無縫鏈接,構成立體分布、縱橫交錯的信息平臺,溝通所有作戰單元,實現信息共享,從而使指揮員實時掌握戰場態勢,縮短決策時間,提高指揮速度和協同作戰能力。數據鏈包括傳輸設備、通信協議和消息標準三大要素[1～2]。

數據鏈是實現戰場態勢信息共享,擴大態勢感知范圍的主要手段。數據鏈把傳感器、指控系統與武器平臺聯系在一起,通過共享戰場信息,使各作戰單元的態勢感知范圍由原先各單元所裝備的傳感器偵測范圍,擴大到聯合作戰部隊所有傳感器偵測范圍,大大提高各作戰單元的態勢感知能力,擴大作戰部隊的掌控范圍。

數據鏈是部隊協同作戰的“粘合劑”,是一體化聯合作戰實現的前提和紐帶。現代聯合作戰中,陸、海、空三軍的作戰部隊、艦船、飛機等作戰單元之間需要傳送海量的傳感器信息和交戰指令,數據鏈使系統內各成員獲得完整、準確、實時、清晰、共用的戰場態勢,支持武器協同與互操作能力,從而實現真正意義上的聯合作戰。

數據鏈實現傳感器和射手聯網,縮短發現與打擊目標的時間間隔,實現快速精確打擊。數據鏈將傳感器、指揮系統和射手聯入網絡,戰術數據鏈不僅能夠快速分發、交換傳感器獲得的情報信息,為提供戰場態勢實時傳輸戰術數據,而且可以滿足目標指示的精度要求,溝通從傳感器到武器發射平臺之間的信息流,應用于引導武器發射,實現多平臺的火力協同,從而大大提高快速反應能力和精確打擊實時目標的能力。

可以說數據鏈是作戰指揮系統的重要組成部分,在現代高技術戰爭中是不可缺少的裝備,數據鏈的應用水平在很大程度上決定著信息化戰爭的水平和能力。但是,每一種數據鏈因產生的年代和目的不同,在技術體制、通信協議、消息標準、戰術用途等方面各不相同,新的數據鏈的出現并不意味著舊的數據鏈將被立即取代,相反在相當長的一段時間內它們是共存的,而且,每一個信息系統或作戰平臺擁有的數據鏈資源也不相同。因此需要解決多鏈與任務系統的集成應用問題,研究數據鏈的組織使用,同時,數據鏈的使用需要消息標準的支撐,每類消息都是根據作戰指揮命令抽象歸納出來的,不同消息的組合使用又完成特定的戰術應用功能,需要深化研究消息標準及其作戰應用功能。

2 美軍/北約數據鏈發展

戰術數據鏈在美國稱為戰術數字信息鏈(TADIL),在北約組織國家稱為Link,美國和北約國家從20世紀50年代開始研制并使用戰術數據鏈。戰術數據鏈從應用的方面可大致分為兩大類:一類為可適用于各軍兵種等多種不同平臺、多種任務類型的通用數據鏈,如 Link 11、Link 16等;另一類為專為某種武器系統而設計的專用數據鏈,如愛國者導彈營的PADIL、奈克導彈營的MBDL等。而通用數據鏈按功能和應用對象大體分為三種:第一種是以情報資料的收集和處理、戰術數據傳輸和信息資源共享等功能為主的數據鏈,如北約的Link 11等。第二種是以指揮命令傳達、戰情報告、請示、勤務通信以及空中戰術行動的引導指揮等功能為主的數據鏈,如北約的Link 4等。第三種鏈路綜合了前兩種鏈路的功能,除可用于傳輸戰術數據、共享信息資源外,還具有下達命令、戰情報告、請示、勤務通信等功能,如北約的 Link 16等。下面對常用的幾種通用數據鏈進行介紹。

1)Link 4

Link 4是一種用于提供傳輸戰機導航指令、信息的單工數據鏈,原是為提供一個可取代傳統使用話音通信空中交通控制方式而發展的,后來成為可在地(水)面與空中飛機間進行戰術數據傳輸的通道。Link 4工作在UHF波段,傳輸速率5000bps,是目前最普遍的空對空、空對地(艦)數據鏈,后來發展出Link 4A與Link 4C兩種雙向數據鏈。

Link 4A(北約名稱,美國稱為TADIL-C),可用于地對空、空對地與空對空的戰術通信,傳輸的信息格式采用 MIL-STD-6004與STANAG 5504標準,分為70bit長的控制報文(V系列消息)與56bit長的應答報文(R系列消息),最多可同時在8個用戶間建立互聯網絡,實施控制與實時交換戰術信息。Link 4A雖然可靠,但沒有保密與抗干擾的電子對抗能力。

Link 4C是為戰斗機與戰斗機間提供信息傳輸的數據鏈,提供一些電子反對抗措施。Link 4C只安裝在F-14戰斗機上,但F-14不能同時利用Link 4A和Link 4C進行通信。

2)Link 11

Link 11與 Link 11B在美國分別被稱為TADIL-A與 TADIL-B,用于實時的交換預警信息、空中/水面/水下/電子戰的目標數據、傳遞控制指令、各部隊武器狀況等,并具有一定程度的保密能力,但無抗干擾能力。Link 11主要用于飛機和艦船等移動單元;而Link 11B主要用于固定單元,如地面雷達站。

Link 11消息格式采用MIL-STD-6011B和STANAG 5511標準的M系列消息,每個消息長60bit,含2個幀,每幀含6bit的檢錯與校正用報頭與24bit的數據,數據傳輸速率有1364/2250bps兩種,具有檢錯能力。它通常在網絡控制站的控制下以輪詢方式進行工作,也可采用廣播模式工作。Link 11使用HF和UHF頻段。Link 11B,使用串行傳輸,報文格式與 Link 11相同,每個消息長72bit,包括24bit的報頭和48bit的數據,標準數據傳輸速率是 600b/s、1200b/s或 2400b/s。使用HF或UHF頻段,也可通過有線發送信息。

Link 11與Link 11B均有數據傳輸速率低、缺乏抗干擾能力等缺點,且與Link 4也不相容,無法直接連通。但是,由于 Link 11可以使用HF波段,具有超視距通信能力,因此在海軍艦艇上仍不能被使用L波段、僅能進行視距通信的Link16所完全取代。

3)Link 16

Link 16是美軍與北約各國共同制定的保密、大容量、抗干擾、無主站的數據鏈,具有相對導航、精確定位和識別功能,美軍稱為TADIL J,將成為未來美軍與北約空對空、空對艦、空對地數據通信的主要方式。Link 16綜合了Link 4與Link 11的特點,可以在網絡內用以互相交換平臺位置與平臺狀況、目標監視、電子戰情報、威脅警告、任務協同、武器控制與引導信息等。Link 16使用時分多址的工作方式,每個時隙 7.8125ms,工作在 L波段,是一種視距通信系統。Link 16消息格式符合美軍MIL-STD-6016與北約STANAG 5516標準的 J系列消息,每個消息長75bit,包括5bit的校驗位。數據傳輸速率取決于使用的發射脈沖組合結構,以端機發射固定格式類型消息為例,時隙中采用不同脈沖信號格式下的傳輸速率分別為 28.8kbps、57.6kbps、115.2kbps,當傳輸非編碼自由文電時,最高速率可達238.08kbps。

4)Link 22

Link 22原先稱為“北約改進型11號數據鏈”(NILE),是一種抗電子干擾、保密可靠、靈活機動的中速數據鏈,具有超視距通信能力,可在陸地、水面、水下或太空各平臺間交換目標跟蹤信息,實時傳遞指揮控制指令與警報信息,將來主要應用在海上艦隊,可選擇在HF或UHF波段工作。Link22融合了Link 16與Link 11的功能與特點,屬于廣義的Link 16系列,采用時分多址或動態時分多址方式工作,在 UHF波段時的傳輸速率可達12.6kbps,HF波段時則為500～2200bps,采用新定義的STANG 5522的F或F/J系列消息標準,F/J系列消息是在Link 16的J系列消息再加上2bit的報頭而成,每個消息長72bit,其信息格式可供Link 11與Link 16相互通信。Link-22和Link-16各有特長,相互補充完善。Link 22不能完全替代Link 16,例如,Link 22的傳輸速率低于 Link 16。Link 16與Link 22的比較參見文獻[3～4]。

3 數據鏈集成應用

戰術數據鏈集成的傳統方法是為每個平臺開發一個專用的、可嵌入到平臺任務主機的模塊。但是,各類數據鏈系統,在通信協議、消息標準、使用范圍、傳輸距離和抗干擾性能等方面各不相同,任務平臺的研制年代、技術體制也各不相同,如果針對每個平臺使用一種改造方法,那么對原有系統的改造、維護、升級和集成的花費將十分巨大,因此多種數據鏈的集成一直面臨很大的挑戰。美軍已經研制了一系列的數據鏈集成應用設備,如美國海軍使用的海軍戰術數據系統(NTDS)、指揮控制處理器(C2P)等,最新的集成應用設備有數據鏈處理器(DLP)、公共鏈路集成處理器(CLIP)、LinkPro系統等。采用的集成方法有:基于CORBA的數據鏈集成應用技術、基于數據庫驅動的集成應用技術、基于訂閱-發布機制的數據鏈集成應用技術等。

1)CLIP

由美軍陸海空軍聯合發起,命名為公共鏈路集成處理器(CLIP)(空軍也稱為戰術數據鏈公共軟件TDLCS)的開發項目,是研制跨聯合軍種、跨平臺的戰術數據鏈消息處理和集成應用產品,用于各種軍用平臺和設備,包括飛機、艦船、岸上指控站點和陸地戰術系統。CLIP為一種提供戰術數據鏈功能的、可嵌入多數體系結構中的公共軟件,對于單個平臺需求而言,公共鏈路集成處理是可裁剪。

公共鏈路集成處理器采用實時數據分發服務機制,能夠使戰術數據鏈的發展變化不影響平臺任務計算機/戰斗系統,在不影響主機平臺系統的情況下,可以方便的兼容現存戰術數據鏈標準的變化。CLIP軟件概念如圖1所示。

圖1 CLIP軟件概念圖

2)LinkPRO

LinkPRO是一套可以被定制配置作為多種戰術數據鏈前端處理器使用的軟件組件,由戰術通信組LLC(TCG)負責開發。LinkPRO可以方便的把數據鏈集成到武器、指控、監視和支撐平臺,且無需高額花費。這種集成為 Link16、Link11、TADIL K(VMF)和 Link22等鏈路提供接入和處理功能。LinkPRO通信體系結構如圖2所示。

圖2 LinkPRO通信體系結構

LinkPRO體系結構基于訂閱-分發機制,適合于任何種類的戰術應用系統(武器、指控、支撐等),既能夠配置為應用系統單獨使用,也可嵌入到戰術主機任務軟件組使用,并給基于TCP/IP通信的主機提供了靈活集成機制。LinkPRO具有以下戰術功能:設備接口處理、報文打包和解包、態勢感知監視、用于數據管理的鏈路規則實現(如沖突、差異和報告責任等)、任務目標維持(交戰、配對、關聯等)、航跡號管理、鏈路間數據轉發、接收應答處理、多種數據傳送(文本消息、天氣數據等)、終端初始化、控制和網絡管理、數據簡化記錄等。

4 數據鏈作戰組織使用

在數據鏈的應用過程中,涉及數據鏈的建立,參與數據鏈網絡端機的種類,發射頻率、數據傳輸速率及密鑰使用,數據鏈轉發節點設置,應急事件處理等一系列使用問題,因此,必須在相應的組織機構中設置相關指揮人員和管理人員,以保證數據鏈網絡正常運行。美軍通過長時間使用,總結歸納了一套完整的作戰流程和操作程序,確保數據鏈發揮應有的作戰效能,如在戰區執行聯合防空作戰時,聯合特遣部隊指揮官任命某個軍種指揮官(陸軍除外)為聯合特遣部隊地區防空指揮官,來管理多數據鏈網絡。此外,聯合特遣部隊指揮官還任命一個專用信息系統管理員,負責整個地區的情報搜集活動。具體組織機構的設置如圖3所示。

圖3 組織機構設置

美軍多種戰術數據鏈的成功運行依賴于全面的和正確的網絡規劃,這需要考慮部隊的作戰目標,接口單元(IU,指Link11、Link16等戰術數據鏈的參與單元)的通信能力、部署位置、信息交換能力和需求等,規劃最終形成OPTASK LINK報文,分發到各參與單元使用。規劃過程至少包括以下內容:

1)審查、評估指揮官的作戰目標,需求信息流和連通性要求。

2)確認參與作戰的部隊裝備了戰術數據鏈的平臺,以及各個平臺的通信能力。

3)確認平臺的監視職責,以確保傳感器重疊覆蓋。確保所有的目標都能夠被監視到,而且一個系統的故障不能影響整個空域的監視,為此需要考慮參與平臺的部署位置。

4)以文件方式確定作戰中數據鏈參與者的部署位置,計劃活動情況、路線等。

5)為作戰建立多鏈操作概念(包括:主要參與者、滿足連通性要求必需的數據鏈路、預期威脅、各個參與者報告的容量需求)

6)選擇或開發一個綜合的多鏈網絡體系或接口設計。

7)設計和建立一個多鏈話音通信體系,支持從聯合部隊指揮官到IU的聯合戰場作戰。

另外,在規劃過程中應指定接口單元的地址,航跡號塊的分配、數據過濾器、電子戰規劃因素、公共基準點/線/區、可修改值、其它由使用確定的數據清單等。

實現多數據鏈之間聯網操作的重要方式就是通過轉發器實現不同數據鏈之間的數據轉發。數據轉發是指將某一數字數據鏈路接收的數據,經過一定的格式轉換和協議處理再發送到另一數字數據鏈路中的過程[5]。在此過程中,一條鏈路接收到的報文不僅被轉譯為適于另一鏈路的報文,而且報文中的可用數據字段也被轉譯成相應報文用的數據字段。

5 消息標準與戰術功能

消息標準是數據鏈系統之間或內部交換信息所應遵循的格式和規范。美軍在研制數據鏈的初期,根據戰術數據鏈的不同功能、不同應用領域以及數據鏈傳輸信道的特點,為不同類型的戰術數據鏈制定了不同的消息標準:如Link 4A采用的是V序列和R序列標準;Link 11采用的是M序列標準;Link 16采用的是J序列標準。

雖然各種數據鏈標準在各自的應用領域內發揮著重要的作用,但是消息標準不統一,消息格式轉換和互操作問題突出,許多戰場重要戰術信息由于在消息格式轉換過程中信息丟失,無法正常轉發到目的地址,這就影響到了戰術信息的共享,不能達到數據鏈所要求的互聯、互通、互操作的目的。1994年10月美國國防部發布指令,將Link 16作為美軍作戰部隊及國防部C3I系統和美軍各類武器平臺的主要戰術數據鏈[2]。Link 16消息標準中的報文交換協議規定每個報文交換的條件和報文交換的規程。Link16采用的J消息標準實現的作戰應用功能包括系統信息交換與網絡管理、精確參與者定位與識別(PPLI)、空中監視、水面(海上)監視、水下(海上)監視、地面(陸地)監視、空間監視、電子戰監視、電子戰/情報、任務管理、武器協同和管理、控制和信息管理等。

J消息集中的每類消息都不是孤立存在的,若干消息組成一個功能領域,功能領域之間也有很強的依存關系,大部分作戰任務都要求使用若干功能。系統信息交換與網絡管理、精確參與者定位與識別以及信息管理功能是成功應用其它功能的基礎,與監視功能一起共同支撐了任務管理、武器協調和管理以及控制等功能。任務管理、武器協調和管理以及控制功能是相互作用的,在一個功能中發送/接收一類指定的消息、消息字或數據元素,將導致在另一個功能中發送一個確定的消息、消息字或數據元素。

J9.0指揮消息、J10.2交戰狀態消息、J10.6配對消息、J12.0任務分配消息、J12.6目標分類消息在所有參與鏈路的JU中以相同解釋方式相互依存,這些消息的組合使用完成了從戰區指揮員到作戰指揮員再到作戰飛機的指揮,并且各級指揮官能夠實時掌握作戰飛機當前的交戰狀態,從而避免武器資源的占用,大大提高作戰效率。例如,當戰區指揮員使用J9.0指揮消息向作戰飛機指揮員下達“攻擊”命令,作戰飛機指揮員應使用J12.0消息向作戰飛機下達“攻擊”任務,同時使用J10.2消息廣播交戰狀態,作戰飛機收到命令后,執行任務,并使用J12.6消息向指控系統報告作戰狀態,指揮系統將J12.6轉為J10.2消息向網內廣播,作戰飛機使用J13.1消息報告自身的狀況(武器掛點狀態、航電系統狀態、油量等),使網內成員能夠及時掌握作戰飛機的當前狀態、為后續的作戰任務做好準備。

6 數據鏈建設的啟示

隨著電子、通信、計算機等各工程應用研究領域的技術發展,戰術數據鏈也在不斷向更好的實時性、更大的傳輸容量、更強的抗干擾能力、更好的抗摧毀能力方向發展,數據鏈的建設應充分吸取外軍數據鏈發展的先進經驗,緊密結合實際需求,研究適合當前和未來作戰使用的戰術數據鏈技術體制。

首先,要加強數據鏈發展的總體規劃與設計。從國外數據鏈的發展,特別是美軍數據鏈的發展情況看,每種數據鏈都是根據當時的作戰需要和技術水平研制開發的,用途各不相同,這就需要進行數據鏈應用的總體規劃與設計,研究多鏈的綜合使用、多鏈的網絡規劃,研究數據鏈設備與其他電子設備的電磁兼容性等。

同時,需要制定出各型數據鏈通用的數據元素字典和數據鏈消息標準,確定消息的收發規則、交換規程和最小實現,保證系統的互聯互通。信息標準不統一,不利于信息與資源的統一分配管理,直接影響到信息共享與融合。而且,應根據作戰需求和技術發展,在發展新型數據鏈或改進現有數據鏈的同時,完善和補充新的數據元素和戰術消息,滿足戰術功能發展的要求。

另外,在數據鏈集成應用方面探索適合C4ISR系統發展的數據鏈集成應用方式,立足通用數據鏈與專用數據鏈結合使用,研究數據鏈與C4ISR系統和武器平臺的交聯與集成應用,使在指控系統、武器平臺和傳感器系統采集到的各類信息或輸入的作戰指令能夠準確、及時的送達目的系統與平臺。

[1]孫義明,楊麗萍.信息化戰爭的戰術數據鏈[M].北京:北京郵電大學出版社,2005

[2]李云茹.戰術數據鏈及其應用技術[J].中國電子科學研究院學報,2007,2(2):211～217

[3]梁炎,陸建勛.Link 22-北約國家的下一代戰術數據鏈[J].艦船電子工程,2006,26(1):3～7

[4]劉占榮.海軍戰術數據鏈[J].情報指揮控制系統與仿真技術,2003(7):17～21

[5]梅文華,蔡善法.JTIDS/Link16數據鏈[M].北京:國防工業出版社,2007