戰術目標瞄準網絡技術的物理層研究

徐達峰 楊建波 劉 鵬

（中國人民解放軍空軍航空大學，吉林 長春130022）

0 引言

戰術目標瞄準網絡技術（TTNT）作為美軍新一代數據鏈建設中的重要組成部分，可以使得戰場態勢更好地在各個作戰平臺之間進行快速高效地傳輸。TTNT數據鏈的系統結構如圖1所示。其中，物理層的構建對于信息的傳輸將起到十分重要的作用，下面從工作頻段、時域劃分、時隙結構、收發機的消息處理機制、發送脈沖形式五方面來進行分析。

圖1 TTNT數據鏈的系統結構

1 工作頻段

TTNT數據鏈采用了與Link16相近的工作頻段，具體如表1所示。

表1 TTMT數據鏈的工作頻段

2 時域劃分

在TTNT數據鏈系統中，各作戰平臺同處在一個網絡之中，在同一頻率下進行消息的發送與接收，時域的具體規劃如圖2所示。一天24小時被分成112.5個時元，即每個時元的周期為12.8m。每個時元被分成64幀，即每幀12s。每一幀被分為1536個時隙，即每個時隙為7.8125ms，并且這1536個時隙最后被分成A、B、C三組，每組包含512個時隙。在一幀中時隙被記作0—511，以循環方式交替出現，即從A-0、B-0、C-0 到 A-511、B-511、C-511，下一幀的 A-0 接在上一幀的 C-511后面。對于每個時元而言，98304個時隙也被分成A、B、C三組，每組包含32768個時隙。而在一個時元中時隙被記作0—32767，同樣以循環方式交替出現， 即從 A-0、B-0、C-0 到 A-32767、B-32767、C-32767，下一幀的A-0接在上一幀的C-32767后面。

時隙通常以時隙分區的方式分配給網絡中的每個作戰成員，時隙分區由時隙組（即 A、B、C 組）、起始數字（即 0-32767）、重復率（0-15）三個參量確定。其中的重復率是指某個時隙分區包含的時隙數目的對數。而每個時元被分成了64幀，因此最多可以設置64個時隙分區。在所有的時隙分區中，重復率為6、7、8的被使用的最為頻繁。重復率、時隙對應關系如表2所示。

圖2 TTNT數據鏈時域劃分

表2 重復率、時隙對應關系

3 時隙結構

時隙是TTNT數據鏈最小的時間單元，其持續周期是7.8125ms，主要負責數據的發送與接收。一個時隙主要包括抖動、粗同步、精同步、報頭/報文、傳播保護時間等部分。

3.1 粗同步

粗同步頭由16個雙脈沖字符組成，接收機在本地生成的32個脈沖，其頻率、PN碼順序與發送消息的粗同步一致，一旦認定等待的信號來到，就會使得接收機與發射機進入同步流程，為后序的解調、TOA測量做好準備。

3.2 精同步

精同步頭由4個雙脈沖字符組成，用來減小粗同步頭產生的信號的TOA的不確定性，使得發射機與接收機達到同步狀態。

3.3 報頭

在每一時隙開頭，都要先發送35bit的報頭消息。報頭消息后面就是報文消息，報頭中包含的消息與所傳送的報文消息相對應。報頭消息格式內容見表3，其中的時隙類型見表4。

表3 報頭消息

表4 時隙類型

35bit的報頭數據被分成7組后，每組5bit數據段經過（16，7）RS編碼，就得到了16個5bit的報頭數據段，最后以16個雙脈沖的形式進行發送。

3.4 報文

一個完整的報文消息是由初始字、延長字、繼續字等部分組成。一個TTNT系列消息最多包含8個字符。一個消息從其初始字開始，之后根據實際作戰需要，可以選擇后接延長字或繼續字。特別是當一個消息同+含有延長字和繼續字時，延長字必須在繼續字之前，并根據信息交換的需要來選擇是否發送繼續字。對這三類字符進行區別可以利用字頭的2bit信息來識別，也就是說00代表初始字，10代表延長字，01代表繼續字，11代表可變消息。

①始字里包含了報文消息最基本的數據信息，其消息格式見表5。

表5 初始字格式

②延遲字是用來傳輸與基本數據在邏輯上關系緊密的數據信息，其格式如表6。其數據字段必須根據初始字的標識和子標識的組合來確定，并按照順序進行發送。

表6 延長字格式

③繼續字用來傳輸附加的數據，其格式見表7。

表7 繼續字格

3.5 傳播保護時間

設置傳播保護時間的目的有兩個：①在下一個時隙開始之前，確保所有信號作用距離內的接收機已經順利完成接收工作，從而避免沖突的發生；②讓所有的接收機做好下一個時隙的接收/發射準備。

4 收發機的消息處理機制

TTNT數據鏈收發機包括了RS（Reed-Solomon）編碼器、符號交織器、循環碼移鍵控（CCSK）調制器、高斯最小頻移鍵控（GMSK，Gaussian Minimum Keyed）碼片調制器等單元，其結構如圖3所示。

圖3 TTNT數據鏈收發機

4.1 RS編碼

RS編碼會使用m個比特進行排列組合來得到M個符號，即M=2m。在一個TTNT信息到達物理層時，會按5bit標準被分成多個數據組。35bit的報頭數據被分成7組后，每組5bit數據段經過RS（16，7）編碼，就得到了16個5bit的報頭數據段分碼組；而含有報文頭的15個符號數據經過RS（31，15）編碼后進入到符號交織單元。

4.2 符號交織

TTNT符號交織過程如圖4所示。發送端對消息進行交織的目的是為了提高消息的抗干擾能力，以減少由于消息頭部符號受到干擾而導致通信介質傳輸性能的下降，在接收端只需作相反的處理既可還原消息。

圖4 TTNT符號交織過程

4.3 CCSK調制

TTNT的CCSK調制過程如圖5所示。一個32碼片長度的序列經過向左位移后，與所有的32碼片長度的序列進行互相關，以此來確定應該接收的碼字。

圖5 CCSK調制過程

與MSK調制相比，GMSK調制的優點在于：①調制后的波形包絡起伏較小；②功率占用率小，可以最大化信道的吞吐量；③GMSK調制過程在調制前采用了高斯濾波器進行預調制濾波，減小載波在切換頻

4.4 GMSK調制

點時的跳變能量，在相同傳輸速率時確保頻點間距更加緊湊；④誤碼率小。故相對于MSK調制而言，GMSK調制更適用于TTNT數據鏈。GMSK信號可以表達為：

式（1）中，a表示輸入數據，T表示碼元寬度。

其中 g（t）在[0，L]上可以表示為

5 發送脈沖形式

TTNT數據鏈系統采用射頻脈沖串這一發射方式，如圖6所示。一個時隙被分成起始段T1、傳送段T2、保護段T3。傳送段T2用來發射脈沖串信號，占時長為3.354ms，可以傳送129個字符。起始段T1、保護段T3不發射脈沖串，共占時長4.4585ms。TTNT數據鏈系統可以完全嵌入到Link16數據鏈的JTIDS系統以實現射頻系統的共享，而JTIDS系統的作用距離為300nmile，為了確保信號傳輸的完整性，因此保護段T3的占用時長不能小于2ms，起始段T1只能在0～2.4585ms的時間內進行隨機抖動。

圖6 TTNT信號在一個時隙內的示意圖

圖7 射頻傳輸方式

這129個字符中，有20個字符用于消息同步，其他109個字符用來傳送數據。每個脈沖是以碼片寬度0.2us的32位PN碼隨機序列作為調制信號對載波進行高斯最小頻移鍵控（GMSK，Gaussian Minimum Keyed）調制而形成的，故單位脈沖的時長為6.4us。而一個字符占時長為26us，因此在傳輸時可以采用單脈沖與雙脈沖兩種形式，如圖7所示。采用單脈沖形式時，不同發射脈沖采用不同的頻率，跳速為38461跳/秒；而采用雙脈沖形式時，不同發射脈沖同樣采用不同的頻率，此時跳速為76923跳/秒。

6 結束語

對美軍新型數據鏈TTNT的物理層結構，從其工作頻段、時域劃分、時隙結構、收發機的消息處理機制、發射脈沖形式五方面著手，對其進行了具體分析。從TTNT數據鏈物理層的搭建可以看出，TTNT數據鏈可以與美軍的Link16數據鏈實現完美聯接，這對于各作戰平臺間戰場態勢信息的共享具有十分重要的保障作用，可以進一步促進戰場的信息化建設。通過研究美軍近幾年來新研制并投入使用的TTNT數據鏈，可以更進一步地提高我軍自己的數據鏈建設與發展，更好地提升我軍的信息化建設與作戰能力。

［1］梅文華,蔡善法.JTIDS/Link 16數據鏈[M].北京:國防工業出版社,2007.

［2］陳志輝,李大雙.對美軍下一代數據鏈TTNT技術的分析與探討[J].通信技術,2011(5).

［3］蘇同領.探索美軍新型機載數據鏈的新發展[J].外軍信息戰,2013(2).

［4］孟永強,王麗欣.TTNT數據鏈研究[J].飛航導彈,2014(7).

［5］葉禮邦,付海波.美軍戰術目標瞄準網絡技術分析與啟示[J].飛航導彈,2014(8).