美军主要太空通用数据链SpaceCDL

IoT 2周前 admin
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美军主要太空通用数据链SpaceCDL

    数据链是各个用户之间依据共同的通信协议,按照固定的传输格式,去传输数据的通信。在军用领域,战术数据链可以通过单一网络或多种通信媒体将战斗机、舰艇编队,或地面控制站台等战术单位联系在一起,为联合作战提供支持。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

战术数据链是传递战术数据的链路。它有三个基本特征:

一是战术性,即是战术级用户之间的通信;

二是数据性,即是数据形式的通信;

三是链路性,即是按链路协议进行的通信。

天基通用数据链(Space CDL)是指利用卫星信道实现通用数据链格式传输的数据链,主要用于卫星与地面侦察情报监视数据的传输,具有全双工、抗干扰等特点,使用的卫星包括军用和民用通信卫星。天基通用数据链是通用数据链(CDL)由空基向天基的延伸。通过配备天基CDL载荷、成像侦察卫星等天基情报监视和侦查(ISR)平台,能够兼容美军CDL标准,可以利用现有战场CDL地面设施完成卫星任务下达和数据实时接收。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

天基通用数据链示意图

CDL主要为满足特殊应用,采用透明转发模式,不同于Link-16和Link-22,也不同于更通用的战术数据信息链(TADIL)。Link-11、Link-16和Link-22等数据链能够通过网络实现与多种平台的多种信息互通,链路很灵活,也可满足多种需求,但带宽比较窄;CDL指的是利用一系列可互操作的数据链路,通过多种方式的扩充和配置,满足特殊应用平台的使用。例如,可选择的配置包括所使用频段(X或Ku频段)、数据率(最高可达274兆比特/秒)以及传输功率。CDL系列数据链之间的互通可通过指定数据链波形(RF和数字)、控制和协调硬件配置选项等来实现。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL
机载通用数据链卫星扩展示意图

1. 组成及特点

天基CDL必须在空基CDL基础上有所改进。一是天基CDL载荷必须能够适应真空、空间辐射和极端温度变化等空间环境条件;二是天基CDL载荷应具有更小体积、更轻的质量和更低功率,同时可提供空间系统的标准接口;三是空间环境对信号的传输和加密等方式也提出了新要求;四是需调整地面指控、处理和分发体系,以满足战场战术应用需求。

      目前使用的机载卫星CDL系统主要有SENIOR SPAN和SENIOR SPUR。SENIOR SPAN采用国防卫星通信系统(DSCS)II/III的SPAN机载数据链系统(SADL),工作在X频段。SENIOR  SPUR工作在Ku波段,提供宽带卫星能力。美国国防部希望将卫星数据链标准化,最终目的是制定一个通用的卫星CDL规范。另外,美国国防部还通过租用商用卫星转发器的方法满足对侦察带宽的需要。

表1 SPAN机载数据链系统速率 

名称

命令链路的最小、最大速率

返回链路的最小、最大速率

机载数据链系统3

750bps、6kbps

386kbps、3.088Mbps

机载数据链系统4

750bps、6kbps

386kbps、3.088Mbps

机载数据链系统5

6kbps、24kbps

3.088Mbps、12.352 Mbps

美军CDL系列共包括5种类型数据链:第一类支持最高飞行速度2817.5千米/小时、最高24.38千米的空基平台;第二类支持飞行速度最高6125千米/小时、最高45.72千米的空基平台;第三类支持飞行速度最高6125千米/小时、最高152.4千米的空基平台;第四类支持轨道高度最高1389千米的卫星;第五类数据链支持运行于更高轨道的卫星。天基CDL属第4或5类。

表2  CDL定义的5类数据链

美军主要太空通用数据链SpaceCDL


天基通用数据链主要有以下特点:

美军主要太空通用数据链SpaceCDL  全向ISR信息传输,接入多类型的卫星资源。天基CDL共支持三种链路:上行链路,传输速率为200kbps~2Mbps;低数据率下行链路,传输速率最高为50Mbps;高数据率下行链路,传输速率为274Mbps。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL ISR专用CDL是美军ISR系统的专用数据链。“通用数据链”中的“通用”指各军种通用,强调CDL系统的互操作性,而非用途上的“通用”。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL 传输速度快。为了近实时传输ISR平台收集到的图像、影像数据,CDL下行链路典型传输速率为10.71~45Mbps,最高传输速率可达到137Mbps或274Mbps。未来,CDL还将传输更高速率的(548Mbps和1096Mbps)数据。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL 带宽不对称。CDL的上行链路主要用于向ISR平台发送指令和控制数据,因此不需要太高的带宽。CDL上行链路的典型传输速率为200kbps,最高可支持45Mbps。

2. 发展概况

美军在近几场局部战争中,以成像侦察卫星为代表的天基ISR平台由于传统数据传输方式的限制,难以满足战场作战人员获取实时的天基ISR数据的迫切需求。为了促进天基ISR系统的战场战术应用,美军借鉴通用数据链在空基平台的应用经验,通过“作战响应空间”(ORS)计划大力发展天基通用数据链技术。

将CDL向天基拓展不仅可节省重新研制天基ISR数据链系统的成本和时间,还可以直接利用美军现役的CDL地面系统,有效配合空基ISR平台形成多来源的战术ISR能力。因此,美军于2004年再次推荐使用天基CDL作为“作战响应空间”(ORS)计划的标准通信架构。ORS计划在发展天基CDL的过程中,采用了“两步走”的方式。首先通过“战术卫星”(TacSat)项目验证天基CDL的可行性和应用潜力,随后再通过“作战响应空间-1”卫星(ORS-1)引导天基CDL向实战应用阶段过渡。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL 战术星-2

“战术星-2”是ORS计划下的第一颗技术验证卫星,采用近圆轨道,轨道高度为413千米,轨道倾角40°,周期92.9分钟。“战术星-2”天基CDL分系统主要由调制解调器部件、电子阵列发射天线和贴片天线组成,支持3种链路:上行链路(200kbps)、低数据率下行链路(10.71Mbps)、高数据率下行链路(274Mbps)。

“战术星-2”天基CDL试验采用位于美国海军中国湖试验基地的“模块化互操作地面终端”(MIST)作为战场地面终端。MIST是美国陆军装备的移动式CDL地面终端,使用直径为1.83米的抛物面天线,支持U-2侦察机、“全球鹰”无人机等空基ISR平台的战场操作。

“战术星-2”在90分钟内成功完成从接收战场用户成像要求,到对目标进行成像,并通过CDL下行链路将图像下达给战场用户的完整任务流程。

“战术星-2”的验证结果表明,CDL/MIST是适用于战术成像卫星的可用星地链路。通过简单的软件修改,具有天基CDL载荷的战术侦察卫星能够支持美军在全球范围内的任意MIST终端。此外,“战术星-2”还验证了MIST终端在侦察卫星与空基侦察平台间的快速切换能力。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL  战术星-3

“战术星-3”携带有“先进快速响应战术军用成像光谱仪”,具有可见光、近红外和高光谱段成像能力。卫星采用近圆轨道,高度约460千米,倾角约40°,周期93.6分钟。

“战术星-3”天基 CDL 系统使用Ku频段,包括调制解调器部件、射频部件及1副直径为30.48厘米的抛物面天线和1副宽波束喇叭天线。

“战术星-3”技术验证项目使用美国陆军空间与导弹防御作战实验室的战术地面站(TGS)作为CDL地面终端。TGS是美国陆军为作战部队使用作战响应卫星系统/高空长航时系统而开发的地面站,作战用户可通过TGS进行任务规划、调度、数据下传和分发。

“战术星-3”卫星主要工作模式是:作战人员将搜集的任务指令传输给战术地面站。战术地面站生成卫星能够接收的格式化指令。接收到任务指令后,“战术星-3”能够自动转向目标区域,搜集并处理数据,通过“通用数据链”(CDL)直接将数据下传给战场用户。“战术星-3”任务中,从用户提出成像要求,到卫星成像、处理并将数据传输到用户,整个过程可在10分钟内完成。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL ORS-1 卫星

2011年6月29日,美国“作战响应空间-1”(ORS-1)卫星的发射,标志着美军天基CDL已成功完成前期技术验证阶段,并初步进入实战应用。

ORS-1卫星直接面向作战用户使用,将为美国中央司令部提供实战ISR能力支持。ORS-1卫星的轨道高度为405千米,倾角40°,周期90.5分钟。

ORS-1天基CDL系统使用Ku频段,系统外形尺寸、质量和功率均减小到空基CDL载荷的1/2左右。ORS-1 天基CDL系统为上行链路和下行链路电子器件设置了彼此独立的电源系统,以节约来自太阳能电池翼的有限功率。另外,ORS-1 天基CDL系统中去除了空基CDL系统中的处理器,而采用“灵活可编程门阵列”实现基本的配置功能,在减小外形尺寸和功耗的同时,也降低了系统的复杂程度。与此同时,ORS-1 天基CDL系统采用模块化设计,可与标准化卫星平台进行快速集成,为天基CDL系统的全面应用提供方便。

作为实战应用系统,ORS-1 卫星通过“虚拟任务控制中心”(VMOC)和“分布式通用地面系统”(DCGS)完全融入美军的ISR网络体系。VMOC是基于网络环境的卫星任务规划和数据接收处理的综合系统,可通过标准的可视化界面,协助作战用户及时获取卫星任务状态、规划调度资源,协调不同用户需求,实现最大作战效能。DCGS是美军各军兵种通用的多源ISR信息综合应用系统,可对来自卫星、飞机以及地面和海上ISR平台的数据信息进行近实时接收、分布式处理和分发。

对于战术任务,战场作战部队可通过战区的TGS地面站制定卫星成像任务和接收图像数据,并将数据集成到DCGS系统之中进行进一步处理和分发;而对于常规任务,空间操作中心(SOC)可通过美国本土的CDL地面站制定成像任务和接收图像数据,生成图像情报产品,并通过SIPRNET向作战用户分发。

经历“战术星”项目的成功验证后,ORS-1天基CDL系统运行效率进一步提高。在执行战术任务过程中,从战场指令下达到完成数据下传的时间有望缩减到6.5分钟。

3. 未来规划

ORS办公室在《ORS实施计划》中提出了“爬、走、跑”的三个阶段性目标。

“爬”的目标是:作战人员开始介入ORS概念,同时进行ORS计划重点发展技术的验证,为后续工作建立基础,利用已有资源开展实验和验证。目前,已完成该阶段工作。

“走”的目标是:突破支持CDL天基应用的瓶颈技术,将ORS升级为由作战人员驱动的概念,并与现有结构进行集成。

“跑”的目标是:提供端到端的ORS结构,随时随地根据作战人员需要提供全范围的空间能力支持。2015年开始。

作为美军ORS计划的关键技术之一,天基CDL技术也将在此基础上向更高阶段发展。在“爬”阶段的“战术星”项目中,美军通过改造空基CDL载荷初步验证了成像侦察卫星的战术应用能力。在未来发展中,美军将继续通过携带天基CDL载荷的ORS-1及后续ORS卫星推动天基CDL技术的实战应用,并将发展重点向CDL地面段转移,进一步促进空间ISR系统与美军现有ISR体系的集成,并最终全面应用于美军全球作战。

根据ORS未来规划,美军将大力推进以多任务空间操作中心、虚拟任务控制中心和分布式通用地面系统等为代表的ORS地面系统建设,力求使ORS战术侦察卫星通过空军卫星控制网和“全球信息栅格”完全融入美军ISR战术体系,成为空基ISR系统的有效备份和重要补充,形成“空天一体化”的ISR作战网络全面满足美军各军兵种的战术作战需求

卫星通信是通过卫星作为中继站,在地球上的两个地方进行通信的方式。卫星通信可以覆盖到地面难以覆盖的区域,可以用来提供电话、数据传输、广播和其他通信服务。卫星通信常常用于海上、荒郊野外、偏远地区的通信,也被广泛应用于军事、航空、海洋、交通等领域。
卫星通信使用到的频段涵盖L, S, C, Ku, Ka等,而最常用的频段是C(4~8GHz)和Ku(12~18GHz)频段,而Ka(27-40GHz)频段是后起之秀。
目前地球赤道上空有限的地球同步卫星轨位几乎已被各国占满,C和Ku频段内的频率资源被大量使用,而Ka频段的频率工作范围要大数倍,在现代军事和民用通信上都有广泛的应用前景。
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目前卫星业务C频段用于卫星固定业务,通常6/4GHz表示为上下行频率;Ku频段用于卫星固定业务及直播卫星业务,最常使用14/12GHz。
C频段使用比较早,频率低,增益也低,天线口径较大(通常1.8米以上)。虽然相对其它频段遭受地面微波等干扰的几率大些,但其雨衰远小于Ku频段,更远远小于Ka频段。更适于对通信质量有严格要求的业务,比如电视、广播等。
Ku频段频率高、增益也高,天线尺寸较小,便于安装,从而可有效地降低接收成本,方便个体接收。相对来说受地面干扰影响小,因此特别适合做动中通、静中通等移动应急通信业务、卫星新闻采集SNG及DTH业务。
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Ka频段由于雨衰比Ku频段更大,对器件和工艺的要求更高,一直发展缓慢。随着C和Ku频段的卫星轨位资源日趋枯竭,频率带宽日趋紧张受限,特别是硬件制造水平的提高,近十年来Ka频段的发展迅猛。
Ka频段的特点类似于Ku频段,雨衰更大,但可用频段带宽也更大,可为高速卫星通信、千兆比特级宽带数字传输、高清晰度电视(HDTV)、卫星新闻采集(SNG)、VSAT业务、直接到户(DTH)业务及个人卫星通信等新业务提供一种崭新的手段。
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Ka频段的主要缺点是雨衰较大,但其增益高,可通过适当增加天线口径来适量消弱这种影响。Ka频段卫星研制及相关应用研究,对于跟踪国际先进卫星通信技术、更好地利用航天技术服务民众生活,其意义十分重大。
卫星通信的主要发展趋势是:充分利用卫星轨道和频率资源,开辟新的工作频段,各种数字业务综合传输,发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展,卫星通信地球站日益小型化,卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。

目前战术数据链已发展成为可传送数据、数字语音、图形、图像、文本等多种格式信息的“战术数字信息链(TADIL)”。战术数据链由两部分组成:一是数据链路;二是数据系统。从前者看,它是一个通信系统;从后者看,它是一个信息系统。战术数字信息链是战术数据系统间战术信息交换的主要手段,采用无线网络通信技术和应用协议,实现陆基、机载和舰载战术数据系统间的信息交换。它是最大限度发挥战术系统效能的系统,由系统与设施、通信规程和应用协议组成。

战术数据链内容涉及数据链组成、结构、功能、环境、消息标准、波形协议、信号发送、故障检测、网络管理、数据链操作等内容。

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       首先关于数据链是怎么来的,如下图,数据链的基础构成是数字通信,模拟通信不满足新的作战需求,于是数字通信便获得广大的发展和应用

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

  

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

       那么什么是数据链呢?不同角度有不同描述。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

      如上图,按我的理解来说,它就是一个特殊用途的互联网技术,不过它的输入输出不是键盘鼠标显示器,而是更广阔的平台

      

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

​       上图就是数据链的输入输出控制

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

      为了快速准确的处理数据,对数据链的信息进行了分类

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     数据链的优势在哪,说白了就是信息整合能力和交互能力提升,加上计算机的辅助决策,让决策更为快速准确,获得以小博大的优势

     

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

       上图是实现数据链的三大要素,一个简单的介绍,更详细的内容在后续章节会陆续展开

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

      上图是对美军的基本分类做一个介绍     


蓝军常用战术数据链

TADIL A/ Link 11

TADIL B/ Link 11B

TADIL C/ Link 4

TADIL J/ Link 16

北约增强型11号链/ Link22 

可变报文格式(VMF)

陆军战术数据链路1(ATDL-1)

过滤性JTIDS报文规范(IJMS)

联合战术信息分发系统JTIDS

多功能信息分发系统MIDS 

宽带数据链

公共数据链(CDL)

战术公共数据链路(TCDL)

高整合数据链(HIDL)

微型/小型无人机用数据链 

 战术情报广播系统TIBS

卫星战术数据链STDL

卫星战术数据信息链J S-TADIL J

JTIDS距离扩展 JRE 

专用数据链

防空导弹系统专用数据链:

“爱国者”数字信息链PADIL

导弹连数据链MBDL 

美海军陆战队专用数据链

陆基数据链 GBDL

连际数据链 IBDL

点到点数据链 PPDL 

 E-8联合监视目标攻击雷达系统专用监视控制数据链SCDL

LAMPS舰载直升机数据链

增强型定位报告系统EPLRS

态势感知数据链SADL

协同作战能力CEC

自动目标移交系统ATHS

改进型数据调制解调器IDM

 为了满足战术信息传输的需要,美国等北约国家于20世纪50年代开始研制和装备“战术数字信息链路”(TADIL),简称数据链。数据链是一种按规定的消息格式和通信协议实时传输格式化数字信息的战术信息系统。在美军近几场局部战争、尤其是伊拉克战争中,数据链发挥了重要作用,已成为三军联合作战中进行实时或近实时指挥控制、战场态势信息分发的主要手段。

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 数据链的分类主要依据的是其应用目的,从逻辑上讲不是很严格。例如,用于各军兵种多种平台之间交换不同类型信息、满足多样化任务需求的数据链一般称为通用数据链,包括Link 11、Link 16等;专门为某个军种或某种武器系统(如防空导弹)完成特定作战任务而设计、功能与信息交换形式较为单一的数据链则称为专用数据链,如“爱国者”导弹数据链;用于情报、监视与侦察(ISR)等数据传输的ISR数据链,等等。

  随着网络中心战概念的实施,现有数据链已无法满足传输声音、图像等大容量数据的需要。为此,美军正在研制各种新型数据链,如ISR数据链、网络数据链、弹药数据链以及激光通信数据链。

通用数据链:Link系列为主

  实际上,美军将数据链称作TADIL,Link是北约的叫法。目前应用的Link系列数据链主要有Link 4/11/16等,正在研制Link 22。Link 11与Link l6(尤其是link 1 6)目前仍占据数据链的主导地位。在2010年以前,美国空军、海军及海军陆战队的所有作战飞机都将加装Link 16,在“联合战术无线电系统”(JTRS)系列产品中也将装有Link 16及Link11/22,因此Link 16用户将会激增。

Link4  是50年代末研制的非保密数据链,主要用于海军对舰载飞机的指挥引导,后来经过2次改进,主要产品是Link 4A/4B/4C。目前装备Link 4的平台主要有E-2C、E-3预警机,F-14、F/A-18战斗机,EA-6B、ES-3电子战飞机等。

  Link 11  是70年代投入使用的,用于舰船之间、舰船与飞机之间、舰队与海军陆战队之间、舰队与陆地之间的双向情报交换,主要产品是Link 11A/B。装备Link 1l的有美国海军航母、巡洋舰、驱逐舰:两栖战舰,E-2C、E-3预警机,S-3 A、P-3 C反潜飞机等。

  Link 16  于80年代问世,通信容量、抗干扰力和抗毁性大大提高,应用范围从单一军种扩展为三军通用。Link16是美国和北约部队广泛采用的一种具有扩频、跳频抗干扰能力的战术数据链,也是美军用于指挥、控制和情报的主要战术数据链,具有通信、导航和敌我识别能力,可提供重要的联合互通能力和态势感知信息,主要装备美海军战舰、空军战斗机、预警机以及陆军防御系统等。Link 16终端包括联合战术信息分发系统(JTIDS)终端和多功能信息分发系统(MIDS)两代产品。MIDS虽是新型终端,但与JTRS以及“软件通信体系结构”(SCA)不兼容,因此,美国JTRs计划还将增加新的波形。

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 Link 22  是北约国家共同开发、用以取代Link 11的下一代数据链系统,也称北约改进型Link 11。它是一种保密、抗干扰的超视距战术通信系统,主要应用于海上舰队,可在陆地、水上、水下、空中或太空各平台之间,进行电子战数据交换以及指挥控制指令与情报信息传递。为了在信息格式上与Link 16兼容,Link 22采用了由Link 16衍生的信息标准以及Link 16的结构和协议。Link 22采用时分多址方案,在高频和超高频频段采用跳频模式以提高抗干扰能力,通过情报自动化网络管理技术提供更好的互操作性及更优异的性能。预计Link 22将在2015年前取代Link 11。

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ISR数据链:数据传输速率高

  虽然Link系列数据链能够有效传输信息,但数据传输速率无法满足ISR图像传输的要求。因此,美国国防部于80年代开发出通用数据链(CDL),并于1991年命名为ISR标准数据链。CDL数据输率高达274兆比特/秒,一般在10.71兆比特/秒左右。目前,CDL已装备U2侦察机、战术飞机侦察吊舱等各种主要的ISR平台。

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多平台通用数据链(MP—CDL) 由于CDL终端之间存在互操作问题,因此美国空军正在实施MP—CDL计划,目的是在网络化环境下提供经济可承受且作战有效的视距、宽带、空一空与空一地的数据链路。MP—CDL工作在Ku波段,将来可能扩展为X波段和Ka波段,理论传输速率为10~274兆比特/秒,具有很强的抗干扰能力。它采用“网络广播”和“点对点”工作模式。当采用网络广播方式工作时,可以同时向32个(最多50个)用户发送信息;采用点对点工作模式时,可在2个平台之间进行高速数据交换。MP—CDL将在机载与地面ISR平台之间提供网络中心数据链路,成为军方装备的第一个完全网络化的CDL。在改进的“联合星”和新的E一10飞机上都将装备该数据链,其地面站将作为全球信息栅格的网关。

  战术通用数据链(TCDL,又称“鹰链”) CDL与MP—CDL适合于“联合星”及“全球鹰”等大型战略装备,但不适用于小型战术平台。为此,美国国防先进研究计划局实施TCDL计划,开发成本低、重量轻、支持多种战术ISR平台的数据链。TCDL与CDL兼容,相互间可以实现近实时链接与互操作。TCDL是美国海军构筑网络中心环境下先进ISR网络的重要装备,目前,P一3C巡逻机、RC一1 2侦察机、AH一64D与UH一60直升机以及“猎人”战术无人机都装有TCDL,“先锋”、“捕食者”、“影子一200”战术无人机以及MH一60R直升机也将装备TCDL。

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战术通用数据链(TCDL)终端

  小型无人机数据链 手持发射无人机比战术无人机级别更低,通常配备背负式地面站,代表产品为塔迪兰光谱链路公司的MRS一2OOO背负接收系统。MRS.2000为远程接收站的替代品,是一种全数字化、坚固耐用、便携式的智能计算机,用于搜集和分发来自无人机的视频图像和遥感数据。MRS一2000工作波段包括C波段、L/S波段和Ku波段,有效距离从8千米(使用全向天线)到48千米(使用定向天线)。美军“先锋”无人机已配备MRS一2000,并在伊拉克战争中成功使用。另外,该公司研制的“星链”(STARLINK)微型数据链终端,用于实时传输、显示微小型无人机收集的图像及其他信息,重量仅400克,与MRS-2000兼容。

  

弹药数据链:向多功能发展

  为了与武器平台之间沟通瞄准信息,精确弹药也需要装备数据链。洛克希德·马丁公司为AGM一62“白眼星”导弹研制的增程数据链(ERDL)是较早一代的弹药数据链,可以传输从导弹发射到击中目标期间的视频图像。现代弹药数据链的功能更多,使飞机能够控制飞行中的弹药并重新瞄准。对远程武器、尤其是待机时间较长的弹药,数据链的应用越来越多。除了具有飞行中重新瞄准能力,弹药数据链还具有ISR功能。例如,英国“风暴影子”巡航导弹就利用超高频数据链进行作战毁损评估。

  洛·马公司正在为“未来作战系统”研制的非直瞄发射系统(NLOS—LS)包括精确攻击导弹(PAM)和待机攻击导弹(LAM)。其中,LAM的滞空时间达30分钟、射程110千米,不仅能够摧毁目标,而且可以通过数据链传输目标情报。LAM的数据链选用“士兵无线电波形”(SRW),在1.2兆赫时的传输速率为900千比特/秒~2.4兆比特/秒,在4兆赫时的传输速率为8兆比特/秒。这表明,随着通信技术的进步,“非数据链路”能够而且正在提供所需的链接能力。

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“未来作战系统”中的精确攻击导弹(PAM)和待机攻击导弹(LAM)


通过弹药数据链传输信息

  

网络数据链:链接各种平台

  “网络数据链”(NDL)  较高的频率是提供ISR所需高数据速率的有效办法。NDL的工作频率在2吉赫以上,主要用于地面环境,将各种地面平台尤其是“未来作战系统”联成网络。作为“联合战术无线电系统一集群1”(JTRS Cluster 1)现代化的一部分,波音公司正在研制该系统。

  “网络飞行数据链”(Inter/lntra Flight Data Lin k,IFDL)  是诺思罗普·格鲁曼公司专门为F/A一22“猛禽”战斗机开发的,供其在飞行中传输态势信息、自动(不必采用无线电呼叫)共享目标与系统数据,具有较低的被截获概率。

  定向网络波形(DNW)技术 是波音公司于2004年公布的战区移动定向通信技术。它采用时分多址技术,工作频率15吉赫,每条链路数据速率200兆  比特/秒,通信距离250海里,可同时与  另外6个节点通信。与其他下一代波形  一样,它也使用IPv6和移动自组网或网  状网络,避免了使用分散网络带来的平  台问题。DNW可使战区中的士兵从不  同来源(如指挥中心、战斗机及无人机)  接收所需的各类信息。

  战术瞄准网络技术(TTNT)  在国防先进研究计划局的资助下,由罗克韦尔·柯林斯公司开发。TTNT是下一代  数据链的代表,其优势主要体现在:首  先,它与Link 16互不干扰;其次,容  量次于移动自组网能力,克服了网络计  划编制方面的诸多问题;第三,最多可  以包含2000个成员,可以看作大型网  络。最近的测试表明,其网络容量高达  l0兆比特/秒,信息延迟为1.7毫秒,网  络管理协议更新速率和新用户进入移动  自组网的时间均为3秒,作用距离l21  海里,每个用户可以使用的通信容量为  2.25兆比特/秒。

  激光通信数据链:带宽足够用

  激光通信的容量高达吉比特/秒量级以上,可谓“无限带宽”,预计在1O年后用于军事。例如,美国“转型卫星通信”系统(TSAT)将在卫星之间以及卫星与高空载人飞机/无人机之间提供高达10吉比特/秒的激光链路。为了利用TSAT传输的信息,美国空军正在实施“多通路激光空间终端”(MALST)计划,由诺斯罗普·格鲁曼公司开发的终端技术将建立基于固体激光通信的10吉比特/秒星际链路。

  同时,美军还在开发机载激光通信终端技术。该终端可接收在轨卫星的信息,然后将其传输至战术级别的机载设备,以比目前射频系统更高的速率向用户提供ISR数据。

  数据链管理提上日程

  随着数据链应用的增加,数据链管理问题已提上日程。数据链管理方案能够对数据链和网络服务进行自动化智能控制,提高作战效率。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

目前10多个国家、19种作战平台安装了L16数据链终端


  网络平台通信管理器(IPCM)

  这种多数据链管理方案由L一3通信公司开发,在2004年8月美军举行的远征部队试验演习期间做了演示。IPCM可以实现对数据链和网络服务的自动化智能控制,支持多平台通用数据链、多任务战术通用数据链与航空通用传感器,以及未来的网络中心协同瞄准计划、JTRS、多任务海上飞机及战术机载侦察系统。利用IPCM技术,可以连续监视与地面站关联的飞机位置,预测保持TCDL“鹰链”链接所需的数据传输速率及平台天线的变化,可以大大减少数据链中断率,明显改善无线网络的性能、宽带数据链的链接以及数据链的可用性。

数据链自动报告系统(DLARS)

  由洛克希德·马丁公司与美国空军指挥作战实验室联合开发。它可利  用Link 16链接自动报告系统,发布战区作战管理核心系统各数据库的近实时信息,为机组人员提供飞行任务支持。在2004年联合远征部队演习第3阶段的演示中,DLARS系统使装备Link l6数据链的飞机可以与内华达州内利斯空军基地的空军作战中心共享数据,并将实时任务信息从飞行员那里传递给空战规划人员。

       在介绍Link-16数据链前,先说一下,美军为什么会研制Link-16数据链,美军在海湾战争前用的最广泛的是Link-4和Link-11数据链,但是在在实际应用中,美国海军尴尬的发现其不能与其他军种愉快地共享信息,导致作战协调不便,也就是说,不能满足多兵种联合作战,都是各兵种专用。因此,美军研制并使用了联合战术信息分发系统,即JTIDS,北约代号为Link-16,就是16号数据链。
二、JTIDS/Link16数据链作用
那么现在就有一个疑问,Link-16数据链都会传递一些什么信息,如何做到战场指挥的。
从承担的战术任务来看,可把网中成员大致分为三种:
1. 当为任务执行员:
        例如,进行空中压制,拦截,近空支援,空投和营救等的用户成员。这种成员数量众多,但是要发射的消息很少,每个用户发射JTIDS消息的频率很低,典型的情况下是每12s-30s报告一次位置和状态,2min至10min回答一次指挥和控制成员的要求、命令和询问。
2. 监视、控制和指挥成员:
        它们的数量很少,但JTIDS发射很频繁。这种成员包括地面上的战斗报告中心或预警机,它们发射的信息主要是有关雷达产生的跟踪报告。
3. 第三种成员是空中接力成员(中继)
       也是时隙占用最多的成员,它在收到消息的下一个时隙转发消息,使不在视距内的成员进行相互通信,因此,它占用的时隙等于系统内其他成员所占时隙的总和。

美军主要太空通用数据链SpaceCDL


三、JTIDS/Link16数据链简介
经过之前的介绍,应该对Link-16数据链有一个大概的了解了,那么下面开始进一步的介绍。
JTIDS是以Link-16战术数据链为支撑的综合系统,它是Link-16的通信载体部分。JTIDS系统是Link16战术数据链的通信部分。JTIDS:Joint Tactical Information Distribution System 联合战术信息分发系统,是一个综合的通信、导航、识别系统,具有容量大,速度高、抗干扰能力强、是时分多址的信息分发系统研发目的是为了适应海陆空三军联合作战研制的。
JTIDS在1976年开始研制,1979年生产样机,80年代初开始装备部队。目前美军及北约军队的预警机、战斗机、水面舰艇等多种平台上装备大量的JTIDS端机,已形成有效的战斗力JTIDS的可以使己方的各级指挥员能够随时监视战场中在战术链中己方和敌方的情况,并能及时的下达命令和进行武器控制。
四、JTIDS的端机分类

美军主要太空通用数据链SpaceCDL

JTIDS端机分为三类:
1.第一类端机——指挥和控制终端
为指挥和控制端机,用于大型空中、地面和水面指挥平台,地面战术空中控制中心和海军战术数据系统指挥舰等。
2.第二类端机—— 战术端机
用于各种战术飞机,主要用于空中预警指挥飞机和水面舰船。
第三类端机——小型端机
打算用于导弹、小型车辆、遥控飞行器和单兵背负武器上。
 
五、Link-4到Link-22演变

美军主要太空通用数据链SpaceCDL


1.Link-4
Link-4是用于作战飞机无线电指挥引导的非保密数据链,它提供了控制站和受控飞机之间的战术指挥、控制、目标和导航的数据交换,减少了语音通信,工作在UHF频段,采用单频时分多址技术。之后不断改进为Link-4A和Link-4C两种,Link-4A供美军所有航空母舰上的舰载飞机使用,Link-4C是专用于F-214战斗机的空空通信数据链。
2.Link-11
Link-11是一条用于交换战术数据的数据链,用来连通参加作战的战术部队,比如海上舰艇、飞机和岸上节点,主要采用高频传播,在视距范围内还使用超高频实现各种作战平台的关联,以点名呼叫形式,为各部队提供通信并交换数据信息。
3.Link-14
Link-14是一条在高速和高频两种频率上工作的数据链,它通过安装有Link-11的指定舰船以及其他的平台提供计算控制的战术数据广播。
4.Link-16
Link-16是20世纪60年代末,为了适应未来战争的需要,美军提出了三军联合发展战术数据链路LinK-16的设想,1975年制定出发展规划,1982年开始研制,1994年开始在美军、北约和盟国部队使用。
5.Link-22
Link-22是北约正在研发的可经过中继系统进行超视距通信的保密、抗干扰的数据链,可在陆地、水面、水下、空中或空间各种平台间交换目标航迹信息,实时传递指挥控制命令与警报信息。
六、JTIDS的工作方式
 

美军主要太空通用数据链SpaceCDL


JTIDS采用的TDMA工作方式,每个时元12.8分钟,划分为64帧,每帧12秒,被分为1536个时隙,每个时隙7.812ms,每个时元总共有98304个时隙。每个时隙共发射129个脉宽为6.4us的脉冲,脉冲重复周期为26us。
 

美军主要太空通用数据链SpaceCDL


所有陆海空的指挥单位和重要作战单位所装备的设备叫端机,即系统成员,每个时元中分别分配给网中成员一定数量的时隙,用于发射信号,其余时隙用于接收信号。这种以周期性的时元为联系的时隙和集合体,叫系统网,如图所示,基本工作过程是每个系统成员根据预先分配的时隙向空中发射它所得到情报以及控制命令,从而在空中形成信息池,其他系统成员从信息池中取得他们所需要的信息和要接受的命令。由于系统是时分多址系统,各成员之间是严格同步的,利用TOA(信号到达时间)技术及一定的数据处理功能完成导航功能,统中某一成员通过知道自己准确的测地位置时,相对导航功能会把测地数据传导到系统所有成员,使每个成员都得到整个战场敌我分布状态。
 
六、JTIDS组合扩频通信体制
JTIDS采用了跳频、软扩频和跳时的组合扩频通信体制
1.跳频
跳频是JTIDS中首要的扩频方式,跳频频段为960MHz1215MHz之间,在这255MHz按照伪随机方式进行跳变。为避免对原有系统的干扰,实际跳频点分布在三个频段上:
969MHz到1008MHz(14个频点),1053MHz到1065MHz(5个频点),1113MHz到1206MHz(32个频点),在整个960MHz到1215MHz频段的两端各留有9MHz未用,以免与频段外工作的系统发生干扰。在ACRBS/IFF所使用的1030MHz和1090MHz左右各预留了40MHz的保护频段。
2.软扩频
它采用32M序列对每个字符信号进行软扩频。由于这些伪随机序列段之间为周期移位关系,所以分别代表相应的数据。移位位置由信息源决定。每个基码长0.2微秒,则每个脉冲即32位伪码序列长6.4微秒,其后还有19.6微秒不发送信号。采用MSK调制,其瞬时带宽为3.5MHz。
3.跳时
每个时隙除信息段占3.354ms,还余4.4584ms作为保护段和跳时使用。通过保护段,确保视距内所有成员在下一个时隙开始之前都能收到信号、避免信号重叠。按系统直接通信作用距离海里公里考虑,留2ms做保护段就够了。因此每次发送信息的起点可以不和时隙起点对齐,而作随机跳时,称为定时抖动,时延范围为0-2.4585毫秒,随时隙不同而随机变化。JTIDS对信号载体实施加密,其核心参数,包括抖动时间、伪码序列、跳频图案均随时隙发生变化,这些由不断更新的密钥掌控,上述过程被称为发射加密。

原文始发于微信公众号(无线通信安全):美军主要太空通用数据链SpaceCDL

版权声明:admin 发表于 2023年1月18日 上午6:05。
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