数据链理论与技术

第1章数据链概述 现代作战是陆、海、空、天、电多域一体的综合性体系对抗，在广阔的作战区域内，敌我双方数量众多的武器平台交织在一起，情况和位置复杂多变，各级指挥机构和指挥员必须实时掌握敌我态势，了解所属部队和武器的*新状态，聚合作战单元形成合力。数据链是适应作战需求牵引和信息技术发展的产物，它的出现和广泛运用，使信息的获取途径、传递速度、处理效率产生了质的飞跃，对丰富作战样式、变革指挥方式、拓展作战范围、提升作战效能产生了极大的推动作用。 1.1基本概念 现代作战中，对指挥控制系统、传感器平台和武器平台一体化运用要求越来越高，各军兵种作战部队、舰船、飞机等作战平台之间需要快速传送情报信息和交战指令，各级指挥员要实时共享战场态势，实现快速精确的联合作战行动。数据链实时、高效和自动传送格式化消息的特性，能够形成贯通预警探测、指挥控制、火力打击、电子对抗的战术信息保障链路，为各级指挥员、战斗员提供实时高效可靠的态势共享、指挥引导与控制、战术协同手段。外国军事专家认为：数据链是未来作战武器装备的生命线，成为整合未来军队作战力量的黏合剂，提高部队战斗力的倍增器。 1.1.1产生背景 数据链是军事作战需求和军事信息技术发展的产物。在数据通信技术出现之前，战场作战平台间的战术信息传输以模拟通信为主，战场指挥员以话音方式向战机飞行员、战舰驾驶员或单兵下达作战命令，协调指挥战场作战。该阶段军兵种作战战场相对独立，各自完成较为单一的作战任务，传输信息以战术指挥指令为主，信息种类和信息数量少，模拟体制的话音通信方式基本上能满足作战需求。 二战后，随着喷气式飞机、导弹等高机动武器平台的出现和雷达等各类传感器的迅速发展和广泛应用，使得陆、海防空及空中作战的节奏大为加快，新型作战飞机可达到数倍音速以上，敌我态势瞬息万变，当遇到多架飞机不断地改变航向或多架飞机同时交战时，指挥员仅仅依靠无线电话音持续通报敌机飞行线路和状态，并引导己方作战平台交战已经十分困难了。同时，雷达等新式传感器的发展与广泛运用，产生的战场信息种类不断增加，规模不断扩大，对信息的实时性要求日益迫切，难以通过简单的话音报告来传递情报。另一方面，计算机技术、通信网络技术和信息处理自动化技术的发展，使作战平台间以格式化报文的方式迅速地交换自身的位置、状况以及所获得敌情信息，同时将各类情报数据及作战指令处理后，以格式化报文方式，使用无线电信号传送给相关作战平台，直接自动控制作战平台任务系统，或以图形的形式直观呈现在显示系统上，使各级指挥员及时掌握战场态势并采取相应行动成为可能。而话音只能在接收方人员头脑中形成抽象的概况态势，或者由人工将话音的信息转成文字或符号，再标注到图板上形成战场态势图，除耗费人力外，在时效性或数据更新率上远远不能满足现代作战要求。 以航空作战为例，从作战装备的性能发展看：执行作战任务的战斗机从二代螺旋桨飞机、三代喷气式飞机到四代隐身超声速飞机，巡航速度、机动性能越来越高；雷达等探测设备从二坐标雷达、三坐标雷达到相控阵雷达，探测距离、探测跟踪目标数越来越大，探测精度越来越高；实施打击的导弹等武器从一般武器发展到精确制导武器，探测、定位、跟踪目标的精度越来越高。从作战模式的发展看，从军兵种独立作战到联合作战，从空中近距交战到超视距、防区外攻击，作战平台数量、作战距离、攻击目标数越来越大。这些作战需求的变化，对战术信息的快速、高效、自动传输提出了新的要求。 另外，相关资料指出，现代战争“先敌发现，先敌攻击”的条件在于信息优势。美国军方及战斗机飞行员认为，决定现代空战结果的主要因素，既不是飞机的灵活性，也不是武器的射程，而是在整个作战过程中获得和保持比敌方更全面、更准确的态势感知（Situation Awareness，SA）能力，即飞行员拥有动态的空中态势图，包括己方和敌方所有参战单元位置、航向以及航速等。信息优势需求同样对战术信息的通信传输提出了新的要求，如表1-1所示。 针对不断发展的作战需求，传统通信方式在时效性和准确性方面存在很大问题。主要表现如下。 （1）传递的信息类型有限。早期的战术信息以指挥控制指令为主，很少传输空情、地理环境、天气环境等保障信息，更无法传输图像。因此作战平台使用人员获得的信息量很小，难以对战场态势的敌、我、友状态全面掌握，限制了单平台作战能力的发挥。 （2）传递的信息量有限。模拟体制下多采用人工操作的方式处理、传输战术信息，此时作战人员成为“接口”，受限于人工处理、存储与显示能力，传输信息数量、传输信息内容、传输信息粒度明显受限。 （3）信息处理速度有限。战术信息依靠作战人员进行人工处理，速度慢，无法实现自动和快速处理。 （4）信息传递的实时性有限。依托人工的处理方式，使得一次通信时间至少在秒级以上，信息的“保鲜度”低，难以适应现代快速作战要求。 （5）通信容量有限。通信容量的直接反映是指挥引导容量。受话音通信设备和指挥人员人工指挥方式的限制，每个指挥控制台*多可以同时完成几批战机的指挥引导任务，指挥引导容量较小，无法组织实施大规模、多任务的空战。 （6）信息传递的距离有限。话音方式传输距离无法自动实现超视距，需要依靠地面通信网等其他通信装备的辅助才能实现。 话音通信与现代空战通信需求的对比如表1-2所示。从表中看出，模拟通信技术无法满足现代空战对实时性、信息种类、传输带宽、通信容量、抗干扰等通信传输性能的要求。20世纪50年代开始发展的数据通信技术，具有强大的数据处理能力和自动化能力等优点，能够形成自动处理数据、自动高速传输数据的通信链路，提供新的数据通信性能，满足现代空战新的作战需求。 可以说，数据链是战争形态和信息技术演进发展到一定历史阶段的产物，是作战需求牵引和信息技术推动共同促成的结果，它的出现和广泛运用，使信息的获取途径、传递速度、处理效率产生了质的飞跃，对丰富作战样式、变革指挥方式、拓展作战范围、提升作战效能产生了极大的推动作用。其中数据链系统装备是数据链系统功能和技术特征的物化载体。 1.1.2定义与内涵 1.基本定义 准确地理解数据链的定义和基本概念，要从以下几个相关概念进行认识。 1）数据 数据，是对一切事物的本质运动及其外在形态变化的数字化表述。数据由数字、字母和符号等组成。在军事领域中，数据是对部队、人员、装备、物资、设施、位置、态势、情报、指挥、行动、军语和报文等与军事活动密切相关的信息的数字化表述。数据可以表述事物的形态，如一架飞机在空中飞行，它的高度、速度、航向、空间位置、外表形状等。数据可以反映事物的变化，如侦察监视敌方电磁信号多少、飞机起落的架次、舰艇活动的范围等。数据可以控制事物的运动，如下达“向x号高地发起进攻”“击毁xx目标”等命令，都可以变成一串串数据直接传递到部队或武器平台，指挥控制部队或武器平台实施作战。可以说，从人们的日常生活，到国家的政治、经济活动，以及军队的各种行动，都离不开数据的支持。 2）数据通信 数据通信，是按照一定的通信规定或协议在计算机或数字设备之间完成数据的传输、交换、存储和处理的整个通信过程。数据通信的三个*基本要素是：数据终端、通信设备和标准规定。数据终端是数据通信的核心，将话音、图像、文字、数字等各类信息内容转换成数字信号；通信设备是数据通信的基础，传递、交换和处理数据信息；标准规定包括数据编码规则、通信组网协议等，是数据通信的灵魂，它将各类信息统一变成计算机和通信设备能识别、交换和处理的数据或联网的标准。数据通信，是世界上发展速度*快、内容*丰富、应用领域*广泛的通信方式。目前，地球上*大的数据通信网是国际互联网。 3）数据链 数据链起源于美军，美军认为：“战术数字信息链路通过单网或多网结构和通信介质，将两个或两个以上的指控系统武器系统链接在一起，是一种适合于传输标准化数字信息的通信链路，也简称为TADIL”。近年来，国内的相关研究人员从不同的角度，对“什么是数据链”进行过多种表述。比较一致地认为：“数据链是按照统一的消息标准和通信协议，主要以无线信道链接指挥控制系统、传感器平台和武器平台，实时处理、分发战场态势、指挥控制、战术协同、武器控制等格式化消息的信息系统”。 从字面来看，“数据链”这个词由“数据”和“链”组成。“数据”主要是数据链网络内各类传感器获取的目标信息、武器平台发出的状况信息，以及各类指控系统产生的指控信息。有统计表明，实时性很强的目标位置类信息，在战场传递的战术信息中超过了80%。这类特殊信息要求传输实时、应用即时。数据链就是针对这种需求，遵循特定的数字编码标准，对战术信息进行统一、简明的格式化表述，并形成消息标准体系。格式化消息便于机器直接识别和处理，提高了信息表达和传输效率，比如一条空中航迹消息就可以包含有经度、纬度、高度、航向、速度、飞行员代号、编队内架数等含义丰富、无歧义的信息，加上纠检错等冗余信息后依然可以在毫秒级的时间内发送完毕，接收方接收后可以由机器按照统一的消息标准进行自动解析和处理，解决了传统的话音通信系统传输效率低、速度慢、难以自动处理等问题。 就“链”而言，与“食物链”等其他形式的链类似，数据链同样具有一定的链接对象、链接手段和链接关系。从链接对象来看，主要是处于某一区域内的各种机动武器平台、各类传感器和各级指控系统。由于数据链从数据的读取、传输、处理到使用都是通过机器自动进行，因此，作战平台本身具有数字化、信息化的物质基础，是成为数据链链接对象的基本条件。从链接手段来看，由于数据链主要用于机动环境，因而无线通信是数据链主要的通信手段，如短波、超短波、微波和卫星等。从链接关系来看，是根据作战任务的需要，实时传输敌、我双方的目标航迹信息，或发送战术动作指令，而在各武器平台与指挥控制平台之间构成的战术组合关系，如空空协同、舰空协同、舰舰协同、对空指挥引导等。 此外，对数据链的定义还有很多，下面列出几种有代表性的定义供读者参考。 定义一：数据链是在传感器、指控系统和武器平台之间，实时传输和处理战术态势、指挥控制、战术协同等格式化消息的战术信息系统。 定义二：数据链由数据链系统地面支撑网、数据链系统组网中心系统、机动式/固定式地面站，以及指挥所、武器平台和传感器平台数据链系统应用系统等组成，主要担负指挥所、武器平台和传感器平台间态势共享、指挥控制、战术协同、武器协调等实时格式化消息，以及自由文电和数字话音的传输和处理。 定义三：战术数字信息链是经参谋长联席会议批准的、适合于传输数字信息的一种标准化通信链路。战术数字信息链路采用一种或多种网络体系结构及多种通信手段，连接两个以上指控或武器系统，用于交换战术信息。 定义四：战术数据链是一种采用格式化消息集和通信设施，适合于为指挥控制和武器引导而连接两个以上不同位置的相同或不同的计算机化战术数据系统，传输数字信息的标准化信息交互系统。 表1-3分别从作战效能、战术功能、关键技术等不同角度对数据链进行阐述。根据数据链产生原因的分析，数据链是基于数据通信技术、支持多个作战平台完成作战任务的一种军事通信系统。因此，数据通信技术是数据链的核心，通信是数据链的本质内涵。 此外，从定义中可以进一步分析数据链的基本内涵。 一是格式化消息，解决“传什么”的问题。数据链系统传输的内容是特定的作战信息，这些信息都按照统一的标准进行简短、扼要的数字化表述，因而提高了信息表达效率，便于机器直接识别、快速处理，也是多军种信息共享的基础。格式化消息由作战需求所确定，它规定了数据链系统传送的信息内容，因而实质上决定了数据链系统的作战使用功能。 二是实时化传输，解决“怎么传”的问题。数据链系统传输的目标信息和各种指挥引导信息实时性很强，如果不在规定的时间