無人機數據鏈能力需求和關鍵技術發展研究

林偉廷

（國防信息學院，湖北 武漢 430010）

無人機數據鏈能力需求和關鍵技術發展研究

林偉廷

（國防信息學院，湖北 武漢 430010）

無人機數據鏈系統是地面控制系統對其實施指揮控制的重要手段，是推動無人機融入整個作戰體系的關鍵要素。文章在闡述無人機數據鏈系統建設現狀基礎上，分析了無人機數據鏈系統的作戰能力需求，并展望其技術發展趨勢。

無人機；數據鏈；能力需求；關鍵技術

1 無人機數據鏈現狀

無人機具有作戰運用靈活、降低人員傷亡、遂行多樣化任務的優勢，適合執行枯燥、惡劣以及危險的作戰任務，在戰場上的各個領域中得到廣泛應用。無人機數據鏈系統是實現地面控制系統與機載平臺實時、可靠與穩定通信的重要手段，能夠傳遞地面遙控指令，遙測接收無人機飛行狀態信息和傳感器獲取的情報數據，同時實現無人機群內部間的高效戰術協同。

在無人機快速發展的背景下，利用數據鏈實現指揮控制、態勢共享和戰術協同的需求日益迫切，世界各國都不斷加快無人機數據鏈系統的深度研究步伐。以美軍為例，其在通用寬帶數據鏈（Common Data Link，CDL）的基礎上，進一步針對無人機作戰運用特殊需求研制了戰術通用數據鏈（Tactical Common Data Link，TCDL）。同時，美國空軍針對小型無人機的特殊需求，還持續推進了微型通用數據鏈的研制工作，形成了豐富多樣滿足不同無人機平臺，不同作戰任務需求的無人機數據鏈系統。

2 無人機數據鏈能力需求

2.1 寬帶遠距離傳輸能力

隨著高空長航時無人機的快速發展，無人機平臺的持續偵察時間不斷增加，搭載的偵察傳感器數量增多，所獲取的圖像視頻等信息數據龐大，同時偵察情報信息需要及時傳回地面進行處理。因此，無人機數據鏈系統需要不斷提高寬帶遠距離傳輸的能力。

2.1.1 提供大容量傳輸信道

大型偵察無人機普遍裝備了多種偵察載荷，以美軍“全球鷹”為例，其配備合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）、機載側視雷達（Sidelooking Airborne Radar，SLAR）、動目標指示（Moving Target Indicator Radar，MTI）雷達、紅外（Infrared，IR）或光電傳感器等多種傳感器設備，在連續偵察時所獲取信息數量極大。理想情況下，傳遞滿足美國國家地理情報局MISP/S TANG 4609高清圖像標準的實時彩色或熱圖像，要求數據鏈的傳輸速率達到1.48 Gbit/s。因此，采取機載存儲等方式已經難以滿足實時偵察的作戰需求和數據存儲的技術制約條件，要充分利用正交頻分復用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）等技術提高數據鏈的寬帶傳輸速率。

2.1.2 遠距離傳輸能力

隨著大中型無人機的續航能力不斷增強，無人機的偵察與打擊范圍不斷拓展，地面站需要通過遙控遠程地面、海上、空中站點，或者是采用衛星中繼的方式提高無人機數據鏈系統的覆蓋范圍，為精確指揮控制、戰術協同和數據回傳提供可靠的網絡支撐環境。目前，世界上最為先進的“捕食者”和“全球鷹”無人機系統都采用了衛星中繼的方式擴大信息傳輸距離，通過衛星中繼其最大控制范圍分別擴展至3 700 km和5 500 km，有效提高了無人機的偵察能力。

2.2 抗干擾通信能力

使用無人機實施集群作戰時，戰場環境復雜惡劣，數據鏈通信面臨著敵方遠程精確火力打擊，電子干擾壓制和戰場電磁兼容互擾等多重威脅，要求數據鏈系統具有復雜戰場環境下抗干擾通信能力。

2.2.1 具有網絡抗毀能力

數據鏈系統應當具有良好的網絡拓撲結構和路由協議設計，當關鍵的傳輸網絡節點遭受火力打擊或者網絡攻擊癱瘓時，信息網絡能夠根據無人機飛行位置與地面控制站點之間的相互關系，自動調整信息通信節點，優化數據鏈信息傳輸路由，實現對抗條件下的頑存通信。

2.2.2 具備抗干擾能力

一方面要具備較強的防偵察能力，能夠通過隱蔽信號波形、控制發信功率和控制發信方向等技術手段，降低敵方偵察系統截獲無人機數據鏈系統信號的概率；另一方面系統研制過程中，要充分采用強干擾抑制、抗干擾調制調解和自適應濾波等技術，提高無人機數據鏈系統在復雜條件下強抗的通信能力，以有效應對瞄準式干擾和攔阻式各種干擾模式。

2.2.3 具備敵我識別能力

在復雜對抗環境下，敵方可能在采取電磁干擾與壓制的同時，利用網絡入侵、發送虛假指令等方式遠程挾持控制無人機。因此，在無人機數據鏈系統中要強化敵我識別功能，防止虛假地面站點冒充我地面控制力量獲取對無人機的控制權限，或者假冒我方空中編隊作戰力量，從而破壞和干擾我方編隊預定作戰計劃。

3 無人機數據鏈技術發展趨勢

3.1 “一站多機”技術

一站多機技術是指依托一個地面站與對多架無人機實施控制。目前，無人機系統多數還是一個指揮控制站控制一架飛機。隨著無人機在戰場中應用的領域不斷拓展，參戰無人機數量不斷增加，尤其是無人機集群控制技術日益成熟后，多無人機編隊集群作戰，有人機和無人機混合編組作戰將成為未來作戰的重要樣式。因此，地面控制站的控制能力急需大幅提高，實現“一站多機”控制。

（1）提高無人機動態隨機接入能力。在“一站多機”控制背景下，一個地面控制站需要在動態協同的網絡中對多架無人機實施控制，為了提高網絡容量與控制能力，需要通過靈活的協調機制和技術，實現無人機隨遇接入與退出控制網絡。（2）提高無人機協同實時任務規劃能力。在“一站多機”的控制模式下，一個地面站控制下的無人機集群共享通信和信息資源，地面站要為多架無人機規劃出滿足約束條件的飛行路徑以及有效載荷使用計劃，并協調關鍵資源的沖突，以提高地面站的控制容量與效率。

3.2 小型化技術

在無人機發展的裝備體系中，除了高空長航時無人機作為重要戰場骨干節點能夠發揮重要作用外，微小型無人機由于其體積小、質量輕、部署靈活、機動性好、成本低，也具有十分重要的地位。雖然受到硬件與軟件技術的制約，目前微小型無人機還沒有完善的數據鏈設備，但隨著微小無人機作戰運用模式的不斷發展與成熟，微小無人機專用數據鏈系統的發展勢在必行。

3.2.1 推進硬件小型化

無人機機載設備的小型化是無人機系統研制過程中的重要目標。一方面通過提高硬件工藝與質量，降低設備功耗和重量，并縮小設備尺寸，為微小無人機普遍搭載數據鏈系統創造條件；另一方面通過適度裁剪數據鏈系統功能，優化數據鏈的傳輸方式、傳輸內容、傳輸流程，簡化機載的數據鏈系統設備構成。在此基礎上，盡快組織開展微型通用數據鏈的研制，針對微小型無人機在體積、重量和功率上的要求，為其開發微型CDL終端。

3.2.2 采用軟件無線電技術

基于開放性、標準化、模塊化的通用硬件平臺，將數據鏈系統的相關功能，如工作頻段、調制解調類型、數據格式、加密模式、通信協議等依托軟件來完成，減少數據鏈系統所依賴的硬件數量，縮小數據鏈系統體積，并減輕設備重量。軟件無線電技術是數據鏈設備小型化的重要技術方向之一，美軍已提出發展符合聯合戰術無線電系統（Joint Tactical Radio System，JTRS）和軟件兼容體系結構（Software Compatible Architecture，SCA）的軟件化通用寬帶數據鏈及其體系結構，提升了數據鏈系統之間的互聯互通能力。

3.3 網絡化技術

隨著集群式無人機應用需求的不斷增強，無人機數據鏈系統對自適應組網能力的要求日益提高。在特定戰場范圍內擔負偵察、打擊不同任務，搭載不同載荷的無人機群，通過機載數據鏈系統，形成了一個完整的作戰體系，使得所有無人機能夠通過信息交互與共享，進一步擴展戰場感知能力，提高作戰協同水平，充分發揮無人機集群作戰的優勢。

3.3.1 積極采用多址聯網技術

在下一代增強型通用數據鏈中研發過程中，要不斷提高對多址聯網技術的重視程度。美軍正在大力發展3DMA技術，使用頻率、空間和時分多路模式進行聯網，既可以用于傳遞高速情報偵察數據，也適用于寬帶通信系統，同時可以構建“動態定向性網格網絡”。

3.3.2 Ad Hoc無中心網絡技術

無人機作戰范圍廣闊，機動能力強，對網絡的適應性要求很高。Ad Hoc無中心網絡，擺脫了對地面固定基礎設施和中心控制節點的依賴，由移動節點自由組合，可滿足現代戰場上對數據鏈網絡所要求的抗毀性、自組性和機動性的需求。在敵我雙方激烈對抗的惡劣戰場環境中，無中心網絡具有很強的適應能力，因此Ad Hoc對無人機數據鏈系統的發展有重要應用價值和深遠意義。

3.3.3 增強中繼傳輸技術

無人機與地面控制站之間的信息傳輸，主要依托超短波信息進行距通信。當無人機的飛行距離超過地面控制站的作用范圍時，數據鏈必須采用中繼的通信方式，其主要中繼方式包括地面中繼、空中中繼和衛星中繼等。因此，無人機數據鏈中繼技術在很大程度上影響了無人機遠程控制、數據傳輸中轉和遠程協同作戰的能力。為了克服地形障礙，提高信息中轉效率，要大力發展空中和天基中繼平臺和技術，以進一步拓展無人機偵察活動范圍，同時提高信號中繼的質量。

4 結語

無人機數據鏈系統是支撐無人機融入作戰體系，創新作戰運用基本模式的關鍵手段。本文在梳理無人機數據鏈系統作戰能力需求的基礎上，從制約其作戰能力提升的主要環節入手，梳理并展望了無人機數據鏈關鍵技術的發展方向。

Study on capability requirement and key technology development of unmanned aircraft vehicle data link

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

The unmanned aircraft vehicle data link system is the important means of ground control system for its implementation of command and control, is the key elements to promote the integration of unmanned aerial vehicles into the entire combat system. On the basis of expounding the status quo of UAV data link system construction, this paper analyzes the operational capability requirements of UAV data link system and looks forward to its technology development trend.

unmanned aircraft vehicle; data link; capability requirement; key technology

林偉廷（1982— ），男，福建福州。