JTIDS數據鏈系統防護性能分析

陳硯圃，姚燕飛

(西安通信學院，西安 710106)

JTIDS系統是采用高速調頻、擴頻和同步TDMA技術，綜合通信導航和敵我功能與一體，實現以預警機為中心的戰場態勢共享和聯合作戰指揮的戰術C4ISR系統［1］。面對當前日趨復雜的戰場復雜電磁環境，特別是各類電磁脈沖干擾武器強大的干擾和摧毀，JTIDS系統必須加強復雜電磁環境下的防護能力。根據敵方可能的干擾和打擊手段，積極探索和研究新的抗干擾技術、組網運用作戰模式以及各種物理性質的反偵查、反摧毀等策略和手段。在保證我方JTIDS系統不受干擾，正常運作的前提下，對敵方進行干擾和摧毀，以實現JTIDS系統的最大防護性能。

1 抗干擾技術分析

JTIDS是一種大容量、保密、抗干擾、抗毀、雙向的數據鏈系統，工作在Lx波段(960～1 215 MHz)，數據速率為28.3～115.2 kbps，系統抗干擾容限≥15 db，具有很強的抗干擾能力，這種能力取決于信號在傳輸過程中的編碼技術。

JTIDS采用時分多址(time division multiple access，TDMA)工作方式，它將時間軸劃分為長度為12.8 min的時元，每個時元分為64幀(每幀為12.8 min/64=12 s)，每幀又分為1 536個時隙，即每個時元共有64×1 536=98 304個時隙，每個時隙長度為12 s/1 536=7.812 5 ms。它的時隙分配方式決定了其編碼、字符交織、直序擴頻和跳頻的抗干擾手段，如圖1所示抗干擾技術在信號發生過程的應用。

圖1 JTIDS信號發生過程

1.1 RS 編碼

JTIDS系統在信號的發射和接收檢測時，數據部分采用了RS(31，15)糾錯編碼，即信道編碼。此類編碼技術的優點就是較強的判錯和糾錯能力，31個字符組在傳播中受到干擾和攻擊后，即便是有8個字符判決錯誤或者是16個字符無法判決，在信道譯碼時通過RS也均能糾正過來，恢復這個31個字符組的真正有用信息，確保了信號傳輸質量。

先前文獻［1］對有無RS編碼的JTIDS仿真系統進行了抗干擾分析，文獻中采用大功率干擾機對JTIDS的51個跳頻頻道同時實施干擾或部分頻道實施干擾，使敵方接收機終端的誤碼率提高，當誤碼率大于它自身的糾錯編碼能力時，JTIDS仿真系統不能正常工作，從而達到有效干擾的效果。分析結果表明在采用了RS編碼技術后傳輸誤碼率極大的得到改善(信噪比不變)。也說明了RS編碼對JTIDS系統傳輸良好的糾錯能力。

1.2 字符交織

在JTIDS系統信號傳輸過程中，錯誤在實際數字信道中往往是以串出現的，如果不能很好的解決這個問題，將會極大的影響信號傳輸的穩定性，從而影響信號接收，影響作戰運用。而交織技術的基本原理是將原有序列的連續錯誤字符串或者叫突發錯誤在時間上按照某種原則通過離散將錯誤字符隨機分配在整個字符組中，從而降低了錯誤密集度，且不增加編碼的冗余度。

1.3 直序擴頻技術

JTIDS的脈沖信號是由32個基碼構成的隨機碼序列段作為調制信號對載頻作MSK調制而形成的，具體過程就是先將待發的信息序列分成5比特組，然后將每一個5比特組按比特值移位的方式轉換為對應的循環移位碼，即從25個空間向232個空間做映射［2］，這樣使脈沖功率帶寬擴展，使信號的功率譜密度下降，干擾系統就不容易檢測到該信號。由于調制信號是一個編碼信號，所以即使檢測到信號，在提取時也會很困難［3］。

1.4 跳頻技術

JTIDS每個成員所分配的時隙中一共發射129個脈沖，各信號脈沖之間的載頻在頻段960～1 215 MHz之間作偽隨機選擇，其頻道間隔為3 MHz，均勻分為51個頻道數，相鄰脈沖的載頻最小間隔為30 MHz，并且跳頻圖案隨時隙而不同。為了與此頻段中的其他現有系統相容可不相互干擾，51個頻道分散在幾個小頻段中(969～1 008 MHz、1 053～1 065 MHz、1 113～1 206 MHz)。JTIDS的跳頻是在時隙的各脈沖之問進行的，跳頻速率是每個脈沖跳頻1次即26 us換一個頻率，故跳頻速率為38 461.5 s。

圖2 JTIDS在三個時隙的示意圖

采用這樣的技術體制可以使干擾信號不知道頻率跳變規律，跳變頻率與本地頻率合成器產生的頻率不相關，使系統具有了抗單頻及部分窄帶干擾的能力。其抗干擾能力的好壞取決于頻率點變化的多少和快慢，頻點多則表示信號帶寬、跳數快，抗干擾能力強［4］。但是由于近年來跳頻干擾技術的不斷發展，跳頻速率將不能成為抗干擾的決定因素，需要新的技術來支撐跳頻抗干擾能力的保持。

2 JTIDS組網運用分析

JTIDS系統在近代幾次局部作戰中起到至關重要的作用，可以說是戰爭勝利的加速器和戰斗力的倍增器。美國在近些年不斷對JTIDS系統技術進行完善和改進，其功能也是越來越顯著。在技術不斷完善的基礎上，想要更好的保證JTIDS系統的電磁防護性能就要依靠系統戰術組網運用。JTIDS系統是一個戰場信息系統，但是區別于一般的通信系統。一般通信系統的各個單元嚴格區分從屬和功能站，且各單元功能單一，一旦主站受到電磁干擾、摧毀和打擊，整個系統的正常的信息收發功能就會受到影響甚至系統崩潰。JTIDS系統是由平等的作戰單元通過數據鏈路組成的數據鏈系統，在抗干擾和抗摧毀方面有獨特優勢，具體體現在靈活的組網能力［5］。

從技術角度來看，一般情況下，JTIDS系統組網形式分為有中心網絡拓撲結構和無中心拓撲結構，如圖3所示。

圖3 有、無中心拓撲結構組網結構

有中心節點的網絡在網內設置一個網絡中心控制站，控制其他基控站的接入和數據收發。一旦網絡的基控站增多，那么網絡中心站的吞吐性能就會降低，同時網絡延時效應就會增大。在復雜電磁環境中有中心節點網的應對能力較差，如果網絡中心站遭受干擾和實施電子打擊后，全網數據傳輸和處理將會受到嚴重影響;某一基控站遭受干擾和電子打擊后，部分局域內的信息(如導航、定位和偵察)丟失，對整體戰局影響較大。

無中心節點網絡在網絡中沒有設置中心節點，所有基控站(數據單元)地位平等，只需其中某一節點的時間基準，在網絡運行后即使沒有網絡時間參考也能正常運行多達幾個小時的時間，因為在最初網絡開始運行時參考的時間是網絡時間，在幾小時內能夠保持系統運行穩定。網絡靈活性高，應對電磁環境復雜的戰場生存能力強。但是由于此網絡中各數據單元戰術等級不高，在戰場全局中多運用于子網。

在實際作戰運用時，尤其是復雜電磁環境下多兵種聯合作戰中，單一的拓撲網絡不能單獨完成數據傳輸和處理任務，需要多網結合，即多數據鏈結構，如圖4所示。

在實際作戰前，要依據具體的作戰想定、作戰計劃、作戰對象及作戰區域電磁環境等情況制定網絡組織。網絡組織的好壞將直接影響系統防護性能。

圖4 多鏈拓撲結構組網結構

3 反干擾、反偵察及電子進攻手段分析［6］

一般來說，在復雜電磁環境下，反偵察、反干擾技術手段主要集中在對己方電磁信號靈活管控和對敵方信號的偵察及回避上，可簡單總結為“控、偵、散、避、騙、藏”6種戰技術手段，對敵電子打擊可總結為“阻，抗，擊”3個戰術階段。

3.1 實施嚴格管控己方電磁信號策略，穩固JTIDS系統電磁防護基礎

在復雜電磁環境下作戰，信息系統的信息傳輸必須把握電磁環境變化時機，應該注意遵循以下原則:

1)避重就輕。在電磁環境條件最好時收發等級優先的數據，保證系統基本運行。

2)靈活機動。自主選擇系統運行條件良好的地理位置和電磁環境，主動收發重要數據。

3)嚴控嚴管。對己方電磁信號嚴格管理控制，隱藏指揮機構，必要時做到停放自如。

3.2 實施反偵察和反干擾手段，阻止敵方定位干擾，增強JTIDS系統電磁防護能力

為減少系統被敵偵察和干擾，采取反偵察和反干擾措施，欺騙敵方的偵察監視系統，打擊敵方數據鏈系統，提高指揮所戰場生存能力。

針對多傳感器信息融合技術、星載紅外線探測器、合成孔徑成像雷達等監視偵察技術手段，應采取防光學、紅外、雷達的隱身偽裝措施對己方單元進行變質偽裝;在電磁上根據單元等級及背景的電磁輻射能力，反射分布特征，采取電磁特征偽裝、形態偽裝等措施。在敵方偵察形態上采取電子佯動、迷惑和改變指揮所及其他單元在結構上的特征使敵方難辨真假，降低敵方的偵察能力和偵察效率。

主動利用各種電子打擊手段對敵方信息系統進行干擾和打擊，使敵方自顧不暇，我方順利完成各類數據傳輸。具體實施可以利用無源或者是有源噪聲電子設備壓制敵方電磁信號的傳遞;利用光電感應元件(如鍍金電磁波干擾物、特質膨化石墨干擾機等)對敵方實施光電干擾，使敵方不能正常接收數據;充分利用新型電磁干擾設備(如空中平臺的自衛電子對抗裝備、支援型專用電子戰飛機及電子干擾吊艙等)對敵實施干擾。

3.3 實施反摧毀對抗敵方電子打擊，確保JTIDS系統全方位安全穩定

積極采取各類反擊手段和防護措施，削弱和摧毀敵方打擊和干擾行動，保證我方系統安全穩定。在實施反摧毀手段時我方需利用假的雷達、指揮所、反導彈輻射逼近警告系統及具體作戰單元構造一個模擬JTIDS系統，以誤導和誘惑敵方電磁干擾設備的攻擊，使己方真實系統避免遭受敵方的電磁和導彈打擊;還可以利用敵方偵察、干擾和打擊的時間偵察出敵方系統電磁頻段和具體位置，便于實施打擊摧毀。

4 結束語

JTIDS系統防護的在戰爭中重要性不言而喻，在復雜電磁環境下的戰爭中，武器上的攻防已經不是戰爭的中心，戰術信息傳輸系統之間的攻防成為戰爭勝負的決定因素，只有保證信息傳輸系統的正常，才能占得先機，奪取戰爭勝利。因此戰術信息傳輸系統的防護性能研究是一個重要的研究內容，也具有重要研究意義。

［1］ 段亞軍，武昌，李成恩.JTIDS系統抗干擾性能分析［J］.裝備指揮技術學院學報，2007，18(5):82.

［2］ 曹乃森，王軍誠，唐華.一種對Link－16數據鏈的干擾策略研究［J］.空軍第一航空學院學報，2010，18(4):28.

［3］ 季健忠.戰術數據鏈的分析與仿真研究［M］.西安:西安電子科技大學，2003.

［4］ 蔡曉霞，陳紅，郭建蓬，王可人.JTIDS信號對抗技術研究［J］.航天電子對抗，2004(4):54 －55.

［5］ 王文政，周經綸，羅鵬程.戰術數據鏈網絡體系研究［J］.計算機工程，2008，34(7)123 －124.

［6］ 徐伯夏，丁國輝，黃靖.復雜電磁環境下C4ISR系統的防護研究［J］.電光控制，2011，18(3):102 －104.

［7］ 劉宏波，黃向清，李麗華，等.采用故障樹的數據鏈系統故障模式［J］.火力與指揮控制，2012(3):180－183.

(責任編輯周江川)