戰術數據鏈支撐環境建模方法研究

摘 要： 戰術數據鏈系統，憑借統一的通信協議實現了傳感器平臺、武器平臺、指控平臺的互聯互通互操作，顯著提高了信息分發效率，提高了作戰系統的整體效能，已成為作戰行動的有力支撐。然而，由于數據鏈系統作戰運用涉及的人員多、裝備多、覆蓋地域廣，從而導致數據鏈系統的實裝演練難以開展，作戰訓練難以組織。基于此背景，對數據鏈網絡與作戰環境的關系進行剖析，對數據鏈網絡支撐作戰的模式進行了研究，并對數據鏈網絡支撐環境模型的基本結構以及建模基本方法進行了研究。

關鍵詞： 戰術數據鏈； 數據鏈網絡； 支撐環境； 建模

中圖分類號： TN915?34； TB324.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）21?0047?03

Research on modeling method of tactical data link supporting environment

DAI Senqiang， YU Yimin

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

Abstract： The tactical data link system can realize the connectivity and interoperability of the sensor platform， weapon platform， command and control platform by virtue of the unified communication protocol， and improve the efficiency of information distribution and overall efficiency of the military operation system significantly， which becomes the strong support for military operation. Since the military operation application of the data link system involves a lot of staff， many equipments， and broad coverage area， it is hard to develop the real equipment drill of data link system， and organize the military operation drill. On the basis of this background， the relationship between data link network and military operation environment is analyzed， the military operation mode supported by data?link network is researched， and the fundamental structure and basic modeling method of data link network supporting environment are studied.

Keywords： tactical data link； data link network； supporting environment； modeling

0 引 言

作戰環境廣義上指的是作戰空間中人員和武器裝備外的客觀環境，作戰環境確定了作戰行動的邊界條件，對所有作戰單元構成的整個作戰體系的能力發揮進行了限制。然而身處環境之中的交戰各方會有意識或無意識的與戰場發生交互[1]，對作戰環境產生各種各樣的影響，從而改變了作戰行動的邊界條件。在軍事建模領域，通常把作戰環境分為綜合自然環境與戰爭環境兩大類[2]。美軍在使命空間功能描述（FDMS）中又將戰爭環境分為軍事環境與人文環境，其中軍事環境包括使命任務，力量狀況，情報、指揮控制、通信等信息系統，防護偽裝，各種威脅沖突等內容[3]，這一觀點也得到了國內外的基本認同。

目前，隨著軍隊信息化水平的逐步提升，武器裝備對信息的需求越來越精細，對實時性的要求越來越高。戰術數據鏈系統憑借統一的通信協議實現了傳感器平臺、武器平臺、指控平臺的互聯互通互操作，顯著提高了信息分發效率，所具備的諸如態勢共享、自由文電、電子戰、交戰協同等功能不僅為作戰單元提供了更廣泛的能力，也大幅提高了信息利用的效率，已成為作戰行動的有力支撐。

現今，聯合作戰已成為現代戰爭的主流，而聯合作戰往往覆蓋區域廣闊，參與人員、裝備眾多，開展聯合作戰實兵實裝訓練和演習將耗費大量人力、物力，且存在各軍種、單位難以協調、訓練情況及計劃方案難以評估等現實問題。數據鏈系統作為聯合作戰行動的重要支撐，其組織籌劃與操作使用是聯合作戰行動中不可缺少的關鍵一環。因此，研究數據鏈支撐作戰行動的建模技術，搭建面向作戰運用的數據鏈網絡仿真環境開展數據鏈裝備操作訓練和網絡組織方案的推演評估對解決聯合作戰訓練開展困難具有重大意義。

1 數據鏈支撐環境概述

數據鏈系統作為一種先進的軍事信息系統，其保障作戰活動的方式主要體現為作戰單元之間依托數據鏈網絡進行的信息交互，而且作戰活動會對包含數據鏈網絡在內的戰爭環境產生影響。因此，數據鏈網絡可視為保障作戰活動的支撐環境，構成的作戰環境框架如圖1所示。

1.1 數據鏈系統概述

美國防部（DOD）將戰術數據鏈定義為用于傳輸機器可讀的數字信息的標準通信鏈路。數據鏈系統采用無線通信協議和技術，實現陸基、空中及水面艦艇等各類平臺之間數據信息交換的信息系統[4]。

相較于普通的通信系統，數據鏈系統最主要的區別在于傳輸的信息為實時的格式化數據，以及較高的跳頻速率[5]，數據鏈系統具有如下主要特征：

（1） 抗毀性強，通用數據鏈系統無中心節點的工作方式，使得任意節點的毀傷通常并不會影響整個網絡的正常運行。

（2） 抗干擾能力強，數據鏈系統跳頻速率達到了每秒數萬次，每個周期內脈沖的駐留時間在微秒級別[6]，因此，難以對其進行監聽；而且數據鏈系統工作帶寬高達數百兆赫茲[7]，采用掃頻式干擾及噪聲壓制進行干擾的效果較差。

（3） 實時性好，系統信息格式的一致性避免了網間格式轉換帶來的時延，TDMA的接入方式也可顯著節省網絡接入所需的時間。

在數據鏈網絡支撐下，作戰平臺能獲得更加完備的戰場態勢、實現更默契的協同支援，指揮員可以實現更加靈活的指揮控制；使得作戰單元克服客觀限制因素的能力顯著增強，提高了整個作戰體系對客觀條件的適應性。數據鏈系統已成為信息化作戰中不可缺少的關鍵支撐。

1.2 數據鏈信息獲取方式

獲取信息是保障作戰及指揮的首要工作。數據鏈系統鏈接了各式各樣的傳感器平臺，能對戰場環境中包括地形、氣象、水文等自然環境信息以及敵方目標的數量、種類等信息進行搜集，并根據預先制定的規則對信息進行綜合處理，去除冗余，形成統一態勢。其次，數據鏈網絡成員通過定期報告PPLI消息[8]，提供自身的地理位置、燃料、裝備等狀態信息。指控、協同以及網絡管理過程也會產生各類指令信息。這些信息在數據鏈網絡流轉，在網絡成員之間交換，實現了網絡成員之間的態勢共享、指揮控制、戰術協同等動作。

1.3 數據鏈信息分發方式

數據鏈信息交互方式主要由其時隙分配及網絡組織情況決定，目前以美軍JTIDS為代表的通用鏈普遍采用TDMA的固定時隙分配方式，其他綜合鏈則大部分采用輪詢的時隙分配方式[9]。TDMA方式保證了可靠的網絡接入質量且接入帶來的時延極小，但網絡接入的靈活性較低；輪詢方式則能靈活地調整網絡成員的收發，但會耗費一定時延且不能確保網絡接入質量。

網絡設計規劃人員根據參與平臺數量、種類，作戰覆蓋地域范圍等現實情況，兼顧網絡接入質量的穩定及網絡接入的靈活性，選擇通用鏈或綜合鏈系統搭建數據鏈網絡，將時隙分配給各個網絡成員[10]，使其加入到不同的功能子網。即可通過各子網內平臺之間的信息交換，形成各種戰術能力。

1.4 數據鏈戰術能力

戰術能力是數據鏈網絡支撐作戰活動的具體表現形式，數據鏈具備的戰術功能主要有態勢信息共享、指揮控制、戰術協同、電子戰等。在網絡設計籌劃階段，設計人員會根據數據鏈消息執行功能的不同對時隙資源進行分配，即形成網絡參與組（NPG），一個戰術功能往往需要由多個NPG共同完成。例如，態勢共享功能通常需要精確參與定位識別（PPLI）、目標監視等NPG共同執行；戰術協同需要武器協同、戰斗機?戰斗機等NPG共同執行。

借助數據鏈重疊網結構，網絡成員還可以靈活地切換到其他NPG子網[9]，進行信息交互，在正確的時間獲取所需的信息。憑借這種高效的信息交互，使整個作戰系統之間的信息傳遞、交互更為順暢、靈活，體系作戰的能力得到了顯著提高。

2 數據鏈支撐環境模型

2.1 模型結構

數據鏈支撐作戰的表現形式為數據鏈網絡，網絡主要由節點和鏈路構成，節點為加入到數據鏈網絡中的各類作戰平臺，鏈路則為各平臺之間的通信連接。因此，作戰行動與數據鏈支撐環境之間的接口即為各節點與作戰平臺之間的映射關系。各類平臺依托加裝的數據鏈終端進行信息交互的過程可視為平臺映射的網絡節點與數據鏈支撐環境之間進行信息交互的過程。據此可知，數據鏈支撐環境基本結構如圖2所示。

因為作戰平臺與網絡節點之間存在映射關系，根據作戰平臺之間的信息交互需求即可確定網絡各節點之間的通信連接需求，并依此進行數據鏈網絡的組織設計。而數據鏈網絡內部的基本組成為節點和通信鏈路，需要進一步的分析及研究。

2.2 節點模型

由上節可知，數據鏈網絡節點與作戰平臺之間存在映射關系。為確定節點模型的種類及主要屬性特征，則需要對作戰平臺進行分析和研究。作戰平臺之間的指揮控制及協同等活動都依賴于數據鏈網絡中的信息交互，因此，根據信息流程中角色的不同，作戰平臺可分為傳感器平臺、指控平臺及武器平臺。而在網絡環境中信息只經歷產生和轉發，并不涉及對信息的分析和加工，據此可將所有作戰平臺映射為消息產生節點和轉發節點兩大類，如圖3所示。

消息產生節點具備轉發的能力，轉發節點不具備產生信息的能力。轉發節點模型直接由數據鏈網絡中各種通信協議組成，能實現轉發、中繼及網絡切換等功能；消息產生節點在此基礎上具備了產生信息的能力，在引入作戰平臺模型后即可根據相應模型實現態勢感知、指揮控制的動作，產生態勢信息和指控指令。

2.3 網絡模型

網絡主要由節點及其之間的通信鏈路構成，數據鏈網絡中節點之間通信連接的質量會受到綜合自然環境中地形、氣象水文、電磁等條件的影響；而且，作戰平臺處在不斷的機動之中，相對運動產生的多徑效應也會對通信連接的穩定性造成較大影響。因此，需要構建合理的鏈路模型來表征這些影響。

采用無向連接圖[G（V，E）]表示節點及鏈路狀態，其中[V]為網絡節點集，[E]為任意節點[u，v]之間鏈路的集合，[（u，v）∈E；u，v∈V，]設置指標[w（u，v）]：

式中：[m=0]表示節點[u，v]之間無法建立連接。

節點之間的距離、相對移動，障礙物的遮擋等都是對無線通信質量造成影響的關鍵因素。設[u，v]為節點[u，v]對應的作戰平臺，[d（u，v）]表示[u，v]之間的距離；[Vu，Vv]表示[u，v]的移動速度；[G（x，y，z）]為[u，v]附近區域內的地形三維函數。可知[w（u，v）]為這些因素的函數，數學表達式為：

3 結 語

本文首先對數據鏈網絡建模與仿真的實用性進行論證，隨后對數據鏈支撐環境概念進行了詳細說明，提出了數據鏈網絡模型的基本結構框架以及模型構建的思路方法。由于篇幅有限，關于整個數據鏈網絡模型的詳細建立過程并未詳細介紹，數據鏈作戰運用仿真系統的相關研究還有待進一步發展。

參考文獻

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