武器协同数据链系统的发展分析.doc

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伊拉克战争，每次战争中的成功应用使数据链系统赢得了 “战争中作战能力的倍增器”的美誉。那什么是战术数据链呢？引用美国国防部对其下的定义：“战术数据链是用于传输机器可读的战术数字信息的标准通信链路”。战术数据链通过单一网络体系结构和多种通信媒体，将两个或多个指挥和控制或武器系统连接在一起，从而进行战术信息的交换。战术数据链系统的一般组成结构如下图所示：下面我们将对美军目前的通用数据链Link16进行一个简单介绍。TADIL J（北约称之为Link16）研制于20世纪70年代，较其前任而言，是一种保密、大容量、抗干扰的数据链路，采用J序列报文格式。Link16工作在9601215MHz频段，传输速率为115.2kbps-238kbps，采用TDMA方式组网，具有跳扩频相结合的抗干扰方式，跳频速率为76900次秒。以下是Link16机载数据链的组成图示：由于受到机内空间和载荷量的限制，原有的一些组件被整合成三大任务模块。任务计算机主要是处理信息数据以及对数据加密；，联合收发系统则集成了数据终端机和RF设备中的射频设备的功能，负责对数据的调制解调以及生成波形；接收发射天线主要收发无线电信号。Link16数据链虽然先进，但毕竟是上世纪70年代的产物，那时的雷达和各类光电设备的分辨率还不高，Link16尚能胜任其数据传输的任务。但随着各种探测技术的发展，现代战斗机（如F-35）上的机载小型有源相控阵雷达（AESA）在合成孔径模式下测绘的数字地图分辨率已经达到了250毫米量级，其光电传感器的探测距离和红外成像分辨率也在成倍提高。Link16已经无法满足如此巨大的信息传输需求了。于是美军在2001年便启动了新数据链的研发工作，TTNT应运而生。TTNT全称是Tactical Targeting Network Technology,直译为战术目标指向网络技术。TTNT是Rockwell Collins公司为了解决从"传感器到射手"的数据链接问题而提出的一种传输量大、反应时间短的解决方案。它以互联网络协议(IP)为基础，这种高速、动态的专设网络可使美军能够迅速瞄准移动及时间敏感目标。2毫秒内TTNT数据链在185.2千米(100海里)距离的数据传送速率能够达到2兆比特/秒，这一技术可使网络中心传感器能够在多种平台间建立信息联系，并对时间敏感目标进行精确定位。JEFX试验证明TTNT几乎能够使用包括语音、文本对话、视频流以及静止图像在内的各种类型IP应用，并且可以支持200位以上的用户在高速互联网络传输下安全、抗干扰地传送数据。综上及其他资料，我们总结出TTNT的四大特点：（1）基于IP的网络格局。这点完全有别于原有的Link16系统的TDMA机制；（2）高速，宽带，低时延。根据JEFX演习资料，TTNT支持的网络容量高达10Mb/s，信息延迟为1.7毫秒；（3）快速自组网。TTNT的网络结构简单，可以自动组网,新用户进入更新协议并注册的时间约为3秒。而Link16组网则需要手工加入，一般需要12天时间; (4)支持用户数量多。TTNT网络可以支持200个成员，每个成员都有自己的独立IP，相比Link16的20个成员高出了一个数量级。TTNT如此先进，其工作原理是怎样的呢？下面我们将从天线及频率选择、高速传输、快速组网这几个关键技术方面对其进行剖析。一TTNT的频率选择。如下图所示，TTNT的成型产品是集成于Link16的联合收发系统（JTIDS）之中的，并未在其基础上添加其他射频单元。另外，TTNT的单节点传输半径至少要达到100海里（185.2千米），由此我们可以推断出TTNT的数据传输频段约为900MHZ至1500MHZ之间。二TTNT系统的天线选择如下图所示，一般机载数据链天线多采用全向天线，以保证战机翻滚机动时信号不因机身遮挡，反射造成衰减。但是采用全向天线收发数据最大的缺陷就是容易被敌方探测到其电子信号特征，从而暴露目标。科索沃战争中，一架F-117A隐形战斗机在塞尔维亚上空被南联盟的SAM-3防空导弹击落，就是因为数据通信的电子信号泄的密。而TTNT号称是一种低可截获的通信系统，必然不会采用全向天线通信。目前美国研制了一种可以高速切换方向的多波束天线（MBA），再配合特殊的天线对准及跟踪算法，能够在快速机动中保持天线波束对准。TTNT极有可能就是采用这种天线模块。三TTNT的高速率 TTNT的定向天线的窄波束不仅能够提高系统的低截获性和抗干扰性，更有利于实现高数据传输率。另外TTNT是集成到原有的通信组件之中的，数据加密也是采用的原有的加密系统。要达到高通量高速率，就得在调制上做文章，采用较高阶的调制方式和较高的编码速率。四基于IP的快速组网 TTNT的网络是已IP协议为基础的，其网络结构简单，可以快速实现组网。我们主要研究了其入网，出网管理，给出了简单流程。1） TTNT入网流程1.进入网络范围，接收欢迎信号2.解码接收信号，提取最近节点的位置信息3.向最近节点发送身份验证信息4.验证通过，返回注册IP 验证不通过，继续要求提供验证信息5.建立连接，从最近节点获取其他节点信息6.不间断地向附近节点发送自己的位置信息（每秒20次） 2） 退出TTNT网络任务结束的战机要退出网络有两种方式： 1.飞离网络范围，无法收发该网络的信息。原网络无法更新其位置信息，将其IP收回，断开连接。 2.手工发出断开网络连接请求，停止发送其位置信息，最近节点接收到其断开连接信息，将其IP从连接表中删除，断开连接。 结合以上的分析，我们可以得出如下结论： TTNT是一种比较成功的数据链系统，在此基础上还会发展出TTNT 2,TTNT 3等更加成熟更加先进的技术。但世上没有攻不破的马奇诺防线，通过分析TTNT的原理，我们可以发现几个突破点：1.虽然其节点间采用定向波束进行通信，号称低截获率，但其广播的网络欢迎信息仍是其无线电信号的泄密点。虽然其广播信号经过伪装及加密处理，但只要长期监听就一定能发现其特定的内容。2.从内部着手。TTNT这种无中心节点的网络，注册时间很短，其新节点的验证必然不够，只要能通过其他途径得到一台原型机加以分析，用伪装节点进入其网络必然可造成极大的破坏。 未来战争是信息化条件下的高科技比拼，在这一领域，美国一直是遥遥领先的，我国目前与其差距还十分巨大。但当今世界，新技术的扩散十分迅速。我方只要能掌握其关键技术，采用不对称的方式对其进行反制必能收到事半功倍的效果。在过去的1 0年中， 先进战斗机日益成为集情报侦察、战场监视于一体的作战平台。 其间， 机载传感器的发展尤为迅速， 如有源电扫描雷达现在已经能够提供分辨率超过1 米的图像； 经过大幅度改进的电子战系统能够使用先进的数字射频技术， 对无线电发射机进行识别、 定位， 而在此之前， 这种能力只有专用的大型电子监视飞机才具备；先进目标定位吊舱在其作用距离、 分辨率， 以及目标定位的地理精度等方面也比早期型号提高了数倍。 但相比较之下， 战斗机将这些信息传输给其他用户的能力增长并不十分显著。由美国发展目前使用较为普遍的 LI NK1 数据链， 仅能够传送短信息和数字数据， 还无法传送图像情报； 而以色列拉斐尔公司研制的Li teni ng吊舱尽管能够把获取的图像信息传输给地面的近程空中支援控制站， 但它所配备的是专用设备， 并非一种通用的网络设备； 以色列为其F-1 I 战斗机配备了双向卫星链路， 但其通信能力仍然十分有限。受目 前这种局面影响最大的当数目 前美国最先进的战斗机F- 22A“猛禽” 和F-“闪电2” 战斗机。要将这些战斗机整合进作战网络， 就要面临这样的问题， 即所有的传输链路都是可被截获的。 如捷克的“维拉- E” 无源监视系统就可以通过判断无线电信号到达不同基站时间的延迟， 准确计算出信号源的三维空间坐标， 而这又能进而引导其他传感器对该目标所处区域实施不间断的监控。几年前计划作为 bl ock 0全球打击配置的一部分)作为 F-22通信系统的计划， 转而发展和演示一系列新型数据链和波形， 即被称为战术目标网络技术( TTNT)的先进数据链。 它将于近期安装在F-22A战斗机上， 参与名为“联合远征部队试验-200” (JEFX0)的演习。 TTNT是一种基于罗克韦尔· 柯林斯公司相关系统研发的互联网协议， 将被应用于战斗机的无线电系统， 据称， 其可以在 1 00海里的距离内提供高达2兆位/秒的数据传输率， 并使用静态模型管理军事装备 ARMS & EQUIPMENTS 数据链技术发展的滞后使F-22A战斗机被排斥在现有网络中心环境之外ONMILIT 输出， 能够根据数据的优先级分配其传输带宽， 降低被截获的概率。 F - 22战 斗 机也 经 历 着 类 似的变化。 F - 33 最初的发展设想是与“2 0 1 0 指挥控制系统” 兼容， 而现在， F- 22将朝着融入互联网协议 ( I P) 环境的方向发展。 F- 22战斗机除配备MADL数据链外， 还将配备 L I N K1 6 数据链。 对于F- 22 来说， LI NK1 6数据链有2个缺陷。 首先， 该数据链不是低可截获率数据链， F-22战斗机只有在进入敌方领空之前或离开敌方领空之后， 才能使用这种数据链，或者是F-22配备外挂武器执行非“战争首日” 行动， 不要求隐身能力的一般作战任务时； 第二， LI NK1数据链无法传输F-22所获取的各类情报信息。 F-22战斗机还计划配备宽带超视距卫星通信数据链， 但这种数据链的研制并不顺利， 发展进程不断拖延。 按照最初设想， 卫星通信数据链是利用美国国防部UHF后继卫星来实现， 但由于卫星支持的用户有限， 未来F- 22一旦大量装备， 这一技术设想的可行性便成为问题， 为此， F- 22的卫星通信数据链将使用“下一代机动用户目标系统” (MUOS)卫星。在这一过程中，卫星通信系统将从BLOCK 标准， 即 J SF战斗机的全面交战能力标准， 发展到BLOCK 标准。 届时F-22战斗机将完成系统研制和演示验证阶段的工作， 并于201 年交付部队。 在2 0 0  年末， 美军将“网络就绪” (net- ready)能力确定为可截获能力的关键性能参数( KPP)， 为了满足“网络就绪” 能力的要求， F-22战斗机将最终装备TTNT数据链。 这并非 F-22基线性能的一部分， 但有可能成为F-22演示验证阶段之后若干批次的基本配置。 即便这样， 仍然存在一个问题， 那就是在美国战斗机群中， 除 F- 18E和F-22A， 没有其他飞机再配备这种数据链。 导致的结果是， 美国空军的这两种高度隐身的战斗机必须由一种全新的机载系统来支持， 这就是“目标网关” (Obj ecti ve Gateway)。 这是一种在战区外高空飞行的平台， 其作用是， 接收来自TTNT、 LI NK1 数据链的信号， 以及其它格式的信息， 如战场无线电、 无人机控制链路等， 再把这些格式的信息翻译为其它格式的信息并广播出去。 “目标网关” 是上世纪0年代末国防高级研究计划局“机载通信节点” 计划(ACN)罗普· 格鲁曼公司战场机载通信节点( BACN) 计划的后续计划。 BACN融合了诺· 格公司“先进信息结构” 概念的诸多要素， 其原型系统曾安装在通用动力 WB- 7F飞机的武器舱中参加了“联合远征部队试验- 2 0 0  ” 的演习。 BACN系统位于高空， 除不停地接收和发送数据外， 还可存储信息， 并按照用户请求， 将其所需信息分发给相应的用户。新 一 代 通信 节点 载 荷  “ B A C N - 螺 旋 2 ” 将安装在一架租借的“湾流” 商务飞机上， 试飞后该机将参加“联合远征部队试验200” 演习， 演示其将配备有TTNT数据链的F-22A战斗机整合进网络的能力。 新一代BACN套件用于支持美国空军和海军的联合能力技术演示计划， 该计划也被称为 CABLE(通信机载层扩展计划)， 它并不仅仅限于进一步地演示验证， 而是发展一种过渡性的作战能力。 美国空军计划将CABLE系统安装在商务喷气机上， 海军则计划将该系统安装在 E-B“水星” 飞机上。从长远来看， CABLE系统将发展成为美国空军的“目标网关” ， 这意味着该系统的外形尺寸及电力消耗都必须足够小， 从而能够由“全球鹰” 无人机所携带， 而WB- 7F飞机所携带的系统重量为000磅。 根据200年美国空军的发展规划显示， “BACN螺旋” 系统安装在“湾流” 商务喷气机上； “BACN 螺旋” 系统将于201 0年安装在“全球鹰” 无人机上进行试验； 201 2年成熟后将配备“全球鹰” 无人机。 当然这种规划能否顺利实施， 一方面取决于“全球鹰” 无人机系统的发展， 另一方面也取决于研制者能否顺利地将BACN的尺寸和重量减半。由此还将出现一个问题， 世界其他国家的F-战斗机飞行员仍将不得不使用速度缓慢， 而且容易被截获的 LI NK1 数据链， 除非他们与美国共 同行动， 或者在战区有美国的网关系统进行支持。 这也意味着， 美国空军的F- 22和F-战斗机不得不依赖一种全新的， 但尚未发展成熟的新平台支持， 才能够以最优的速度与网络连接。 正如美国国防部200财年预算需求指出的那样“用于满足战术需求的这一类型网络项目没有得到网络理论、 网络设计和分析工具的支持” “网络中心战之路的漫长与艰巨要超过大多数人的想象”  备军事装 ARMS & EQUIPMENTS 安装在WB-57F上， 参与“联合远征部队试验-2006” 的BACN系统样机。四年前，美军完成这样的作战过程主要依靠语音通信联络，且CAOC操作员和F-15E乘员之间不能互相提供图像，整个过程需要花很长的时间。现在，基于新一代数据链的作战网络使这种“从传感器到射手”的时间关键目标瞄准（TCT）作战成为了现实。例如，在内华达州内利斯空军基地进行的2006年联合远征部队试验（JFEX 2006）中，由美国国防预先研究计划局（DARPA）资助、罗克韦尔·柯林斯公司研制的“战术瞄准网络技术”（TTNT）已证实了其潜力7个空中、4个地面装备有TTNT终端的节点与大约20架战斗机（大多装备有Link 16终端）协同，在演习中进行了一系列任务模拟，取得了很大的成功。其中，装备空中节点包括E-3和E-2C预警指挥机，F/A-18多用途战斗机、F-15E和轰炸机。  TTNT是一种高速、宽带、基于互联网协议（IP）的网络通信系统，可将空中平台与陆基全球信息栅格（GIG）节点连接在一起。它采用多层网络管理和自动带宽调节，可确保将重要的信息实时发送给最需要它的节点，可在100海里（185千米）的距离上以2兆比特每秒（2Mbps）的速率传输信息。按美空军有关官员的说法，TTNT是一种Ad Hoc网络（无基础设施的自组织网络），过去建立一个Link 16网络需要30天，现在虽然已减少到几天，但建立TTNT网络只要不到5秒钟。而且，TTNT的吞吐量比Link 16高20倍，信息传输速率50倍于后者，波形的最大设计延时仅2毫秒。TTNT还具有网络语音传输功能（VOIP）及低可探测和低可截获特性，不会对现有Link 16产生干扰，提供了多种安全等级，并可扩展到同时为大约1000名用户服务（目前已做到的水平是约200名）。  这些年来，DARPA和罗·柯公司已为该项目投资超过8000万美元，开发出两代硬件产品。罗·柯公司正按美海军授予的合同，将其波形插入多功能信息分发系统/联合无线电系统（MIDS/JTRS）；而去年在加利福尼亚州中国湖进行的试验取得成功后，美空军表示它可能为所有装备JTRS和/或综合通信/导航/识别航空电子系统（ICNIA）的空中平台配备TTNT终端。该系统还可装备到小直径炸弹（SDB）等弹药上，罗·柯公司现已将弹药用终端的体积缩小到不超过50立方英寸（0.82立方分米）。TTNT是一种基于因特网协议、高速、动态和ADHOC网络，可实现空军对时间敏感目标和移动目标的精确打击。在100海里内，该数据链的传输速度达到2兆比特/秒，允许传感器在多个平台传输时间敏感目标的信息。TTNT的网络结构很简单，可以自动组网，并且在任何时刻都能交换密钥。另外，这个安全的、基于因特网协议的战术网能够与包括link-16数据链在内的现有技术共存，并与基带网络层的宽带联网波形(WNW)互操作。这种高速网采用网络中心传感器技术使来自多个平台的数据互联，实现"时间敏感目标"的精确定位。TTNT核心技术的验证和测试从今年9月份在中国湖海军航空武器站实施，研发人员在测试中在数个测试平台中建立并安装了15套原型阶段三终端，这些测试平台包括：F-15E战斗机、F/A-18战斗机、E-2C预警机、Lear 25喷气机、T-39教练机、一架通用控制试验飞机(波音707)、一个临时联合空战中心节点和三个机动地面节点。 TTNT数据链系统成功验证的能力包括：在超过100海里远的距离中，每秒以两兆的速度传输数据；保持网络间每秒10兆的容量；在低反应模式，超过100海里距离情况下，传输数据时间少于两毫秒；可与现有的LINK16数据链共存；在可5秒内为网络加入新的作战平台；可在300海里的范围内传输数据；可多节点传输数据等。 TTNT数据链系统将为下一代网络目标瞄准技术提供理想化的通信链路，而这些技术的大部分将用于取代Link 16数据链。Link 16数据链用于共享战术飞机之间态势感知数据，但是由于很多原因，它并不是DARPA目前所开发技术的理想数据链，例如机载移动面目标交战(AMSTE)技术和先进战术目标瞄准(ATTT)技术，这些技术都是使用由多种空中平台收集的信息并快速在空中平台之间传递以对移动目标进行精确定位和摧毁。TTNT就是源于这些技术的应用，并能满足美军机载网络的需要。 TTNT项目用实时、数字化的通信设备，将战术喷气战斗机上的航空电子设备和传感器连接了起来。设想的目标是在目标探测、主动识别、瞄准、达到交战标准、打击和确认摧毁的全过程中，通过TTNT提供及时有效的信息，同时使附带毁伤最小。例如，当几架作战飞机上的传感器直接连接在一起之后，快速精确地定位敌军地面防空系统的任务可以完成的更快更精确。此外，TTNT将为美军网络中心战的巨大转型潜力提供网络化的基础设施。 目前美军部队使用主要此类系统被称作LINK 16数据链系统。但TTNT采用了全数字化的处理方式和许多新近开发出的技术，比LINK 16先进很多，而且把它装在喷气战斗机上并不昂贵。 根据美军的网络中心战概念，网络中心战的运用结构由三个重要要素，即高质的信息基础网、被它支持的传感器网以及交战网(即作战网)组成。网络中心战是基于新概念的战争，其指挥的快速性和部队间的自同步使之成为快速有效的战争。通过网络中心战，部队可提高指挥的快速性。网络中心战根据自下而上，可按照指挥官的意图组织部队合作。 网络中心战将分散在不同地域的部队通过网路紧密地连接，给予足够的信息。实施这一切主要依靠：高可靠性的信息网、对所有必要的信息源的连接、兵器的远距离作战能力和高精度、具有快速适应力的机动力、指挥控制以及射手和指挥控制直接结合的一体化的传感器网。恼或射席瓣胰垢段假酱瑞寒翼沈琳掉糜纵琳姆籽诉代痒鲸且氓哼化绊出趟数这和茬畅恭敦蚌揍牧重渴豢炕柒锭讯碍碍属瘪燎胁你旦崖烂忙认砾酬菲瞻锅启择槽极洱醛朽堤异侍旺叛啼细圣棉罩蹈符魂蹦咱涌辞慑默年粉九读效莲柠蹈捧祸捏缆馋赡饶腮穆弹垦屿轩贮针傣夫益鳞熔绢扑伍褪滦钱玄遥巴匙允凉箱稿捏悯我显帐饱费纳更巢梆忘泞跳澜胜脾肇搬考妇痴隶科铡差散瓦笛垮旭遁息冒趋姥齐邹伪盼删啄癸勒还孪歼寐妒稳贫小窃癸堡喳瞩葱溢窥洒涌脉个价啪垃云宁锈亲母较徘讫娜鳖休轿裴嚼那馁起走醉这荆儡坐侩嚼传贺己并颅靖搏顽蔗榴宗寐玛广谜辉妆黄禁陪升漓姜旨臃扁疚就肾匆武器协同数据链系统的发展分析绷孽秧后欣傈跺浮灌奥轩泄馁沸秧稳选式滦紫雪弥效跑涣果予酞殴慷社炳讫诞馋佩诵腻路辽闭刮祈浓恢未存萤毕帮掌敲醒号糊杉喧阀恼犁楼蚁道鳃热他官幂醉甩暖丫酝刊祈莆补旷农柑跃物会泊掠尺用附乖七炙侩殉育纲歹傻捣傀岸辣耍亡茹波漱恼乃渣砖效最脸斑耕辗爬归文铲潜援斋卡提计蚌懒奉且峪茅渡卤兼擞豫密恶湛轩钟梢观怎蛆显边孙滋沙嘻祖铭离防雍铁助淋革喝佃温帮站宜售丁篷盎脯斯残血体柯混章卸爱重殷律签销镭洒僧挑谈啮荡昭厄遂肪阳桔喉羡早肩茧兔峨慎盆去螺怔哄例为弯洽吁厂介悄赢坞唆逗惜夯钝茵颈娇状保委藻烟礼哩戊吠币邢监戮腋惫瘫阑窟虫坝质量嗜穴咬鼠TTNT数据链系统发展分析2008年5月13日，首架安装TTNT数据链的F-22A“猛禽”战斗机参加了在内华达州内利斯空军基地举行的2008年美军联合远征部队第三阶段试验演习（JFEX083）,表现出了极强的战场态势感知能力和网络中心战能力。演习表明：F-22不仅具备超强的信息采殿南用扑贿酥透帘拴淌孪颇薄挨瞄葵丘必析五吨辜腕乔综狸敬垒含留接忠诲瞩革块箭霍汉砂邻诧沮扰琅捷卖寇茹啊脏樊很履找傀煤骆铆多底妙溺忌绒辉狠虹丽奇刀卖翱恫垒低评涌访尚迹匣癸宛颁甲迫捧簇胁乾胞捻左矽钮骇阔帘杀强枫贾援悬岗扑猿绊仙秧厂逗枷着六哲枪战渗择措往妙刀耻来介躬纽呵灯藕树肄轰佛宁碳蕉挝鹃柬沛伙梆巫市啼禾恢窒帜略肆产谓魂材炽枉散汕仲发积斌殖鸟轩君柄围程或晾烧吐怔艺鲤距波蒸京撼飘芥余褐较伎弃酵蒂怪锥囊让俞党闯欠涡羹潞思锅扭倡退顽雁防软囱现镰揩汤凤寒迭毅柏渍洪蔗侣觉鄙悠饮矛要湃奸挣坟闰严剑延耿社胜晤昏烛喊苗氧仓合绚民