數據鏈技術的發展及其在空面導彈中的應用

周學武，鄒敏懷，張邦楚，黃劍斌，劉濤

（中航工業洪都，江西南昌330024）

0 引言

網絡化制導技術是新一代飛行器急需解決的重大基礎性問題，也是新一代精確制導武器的智能化、信息化要求，是實現空面導彈協同搜索、協同攻擊，充分發揮整體威力、取得“1＋1＞2”的系統效應關鍵技術[1]。先進的指揮數據鏈系統在教練機訓練和空面導彈使用中起到催化劑作用，極大地提高了裝備研制的效費比。

美軍從20世紀50年代開始了數據鏈技術的研究，建設了衛星廣域數據鏈、戰區通用數據鏈、軍兵種專用數據鏈等滿足多軍種網絡中心戰需求，C4ISR系統建設隨數據鏈技術發展成為最熱門的軍事技術研究領域，對其各種主戰、偵察平臺、先進導彈以及裝備訓練系統均已加裝或準備加裝數據鏈。充分體現了數據鏈技術能夠支持、產生新的作戰樣式或對傳統作戰樣式的提升，使得作戰樣式/戰爭樣式發生了質的改變。其相對傳統平臺中心戰而言，數據鏈技術是實現多平臺連接的系統作戰概念，數據鏈在其中起到了橋梁作用，提高了整體作戰效能。

本文研究在下一代空面武器設計論證中，如何結合國家信息化體系建設趨勢，分析空面武器數據鏈協同應用需求及武器協同戰術數據鏈應用的可行性。

1 國內外研究現狀

1.1 國外研究現狀

1.1.1 協同成為武器技術發展熱點之一

自協同作戰概念提出后，美國、俄羅斯發展了相應作戰武器系統。美國的網火作戰系統，利用數據鏈實現廣域多點武器發射協同制導技術。偵察/打擊巡飛彈藥，可與預警機、無人機、戰斗機以及其它偵察/打擊巡飛彈藥等進行組網，實現對大面積目標區域的廣域搜索、偵察、定位和戰場態勢評估，通過低速雙向數據鏈實現信息共享，并為其它武器實現對目標的指示，可與其它攻擊平臺組網或彈彈之間組網，協同攻擊目標，達到最佳的攻擊效果。

俄羅斯提出了一些導彈群協同作戰的觀念和方法。俄羅斯Л-700花崗巖超聲速反艦導彈可將陸、海、空基傳感器，甚至衛星獲得的信息融合，解算目標數據，實現目標信息共享，進行飛行任務規劃，實施自主攻擊，其領彈-攻擊彈的攻擊方式充分體現了協同使用的思想。

1.1.2 數據鏈技術發展帶動了作戰武器系統發展

美國從上世紀80年代初期開始一直在提升武器數據鏈能力，如圖1所示。休斯公司上世紀80年代初期研制出的雙向L波段武器數據鏈，主要用于精確制導武器和航空炸彈如GBU-15。美空軍的F-111、F-15、F-16、B-52、F-18等飛機已裝備美國空軍超過3000套AN/AXQ-14系統。雷神公司研制兼具指揮、控制和通信功能，主要應用于制導武器如AGM-62導彈、控制AGM-62、AGM-84E、AGM-154等導彈，裝備海軍的F/A-18、P-3C、S-3B等飛機。在1999年的“盟軍行動”中，美軍的F/A-18戰斗機就曾利用AN/AWW-13數據鏈接收無人機的偵察情報，并利用AN/AWW-13對增強型遠程對地攻擊導彈進行制導控制。

馬丁公司研制了 “監視微型攻擊巡航導彈（SMACM）”導彈，加裝了LINK-16數據鏈系統。該數據鏈可分為單個武器控制“超視距”點對點型；多個控制者和武器通過網關進行超視距連接“節點網絡”型；多個用戶通過衛星接入國防部的全球信息柵格（GIG）的“綜合網絡”型。在WDLNACTD的多項試驗中，驗證了將Link-16用作武器實時指揮、控制的可行性，比如SDB、GBU-40、JDAM、“魚叉”III等。

圖1 美國數據鏈技術發展帶來的武器系統變革

1.1.3 作戰樣式隨技術發展而改變

新軍事革命技術模式——系統集成 （System of Systems），將獨立的情報偵察與區域監視、指揮控制、作戰武器三方面的進行有機結合，做到實時互動，如圖2所示[3]，使得戰場態勢透明在指揮者面前。

圖2 戰場要素系統集成

隨工業技術水平的提高，美軍以網絡中心戰為主要作戰樣式，已在隱身目標探測、戰區導彈防御系統（TMD）等多級一體化的探測、指令、決策上裝備了第三代信息融合產品，支持多雷達組網、多傳感器組網以及天基平臺支持陸海空戰場傳感器要素。其代表性的系統為多傳感器組網系統（MSNS），包括探測組網、情報組網；協同作戰能力處理器（CEP），實現多平臺火力傳感器信息全分布式融合。“戰術瞄準網絡技術”(TTNT)是一種基于因特網協議、高速、動態、Adhoc的數據鏈網絡，可實現空軍對時間敏感目標和移動目標的快速瞄準和精確打擊。TTNT的核心技術可以支持基于網絡中心戰部隊版本的互聯網協議，連接戰術飛機和地面節點，可以將全球信息柵格的能力拓展到移動平臺上。TTNT是下一代數據鏈的代表，可以包含200個以上成員，可以看作大型網絡。最近的測試表明其網絡容量高達10兆，信息延遲優于1.8毫秒，網絡管理協議更新速率和新用戶自組網的時間均為3秒，作用距離200多公里，每個用戶的通信容量優于2兆。

1.2 國內研究現狀

聯合信息分發系統JIDS[4]是我軍自行研制的一種通信、導航、識別綜合電子系統，具有強抗干擾、高保密、強抗毀生存能力。JIDS為多軍種聯合作戰的自動化指揮系統使用起到了重要作用，是集通信、導航、識別于一體的系統。主要用于陸海空主戰武器平臺的指揮控制、戰術協同和以預警機為中心的戰場信息共享、聯合作戰指揮。然而此系統有位置信息更新率較低、較難支撐空面導彈戰術數據鏈的網絡化使用下重要信息共享能力，如戰場態勢姿態信息、目標協同信息、遠程指揮信息等。

根據我軍信息化和機械化綜合發展以及新軍事變革的要求，多平臺數據融合技術長足進展。在武器協同數據鏈技術研究方面，武器協同數據鏈與平臺傳感器系統、武器系統、指揮控制系統和火控系統緊密數據交換關系，開展了各軍、兵種作戰平臺之間實時建立低時延、高可靠的信息共享網絡，高精度的時空統一體系和網絡化、分布式、實時的協同處理機制研究，以滿足對敵目標探測識別-精確定位-精確打擊-效果評估一體化的作戰需求。

2 武器數據鏈在空面武器的應用條件

2.1 明確網絡化協同制導數據鏈戰術功能

在美國等發達國家實現了以數據鏈使用為特點的三級層級系統，如圖3所示，其系統功能明確，制導數據鏈隸屬于數據鏈體系的第三層，與平臺傳感器系統、武器系統、火控系統緊密結合。此系統建立在機載、彈載以及作戰平臺具有合適的數據鏈系統、數據頻段分配、數據量通信能力等基礎上。

圖3 作戰網絡層級

在采用多軍種聯合作戰樣式下，且數據鏈技術、衛星通信保障均處于待完備狀態，在未來一段時間內需要發展武器數據鏈技術和裝備空面武器數據鏈系統。空面武器協同功能可以采取采用統一規劃、分軍種實施，先建立和明確現階段空面武器協同數據鏈的同源平臺協同作戰數據鏈為基礎，后發展非同元協同平臺的協同數據鏈系統，從同類武器協同裝備到戰場全武器協同兩步走。逐步實現低時延、高可靠的信息共享網絡和高精度的時空統一體系以及網絡化、分布式、實時的協同處理機制，滿足對敵目標探測識別-精確定位-精確打擊-效果評估一體化的作戰需求。

數據鏈技術在戰場主要實現信息的互聯互通，平臺對武器的互操作功能，在美國無人機編隊作戰中明確提出智能化等級與其信息交互能力關系[2]，其中，1級為基本的一對一強制性或指令性的信息連通；2級為離散(一系列)的一對一的固定任務連通；3級為集中式一對多信息連通和平臺信息交互與共享；4級為分布式多對多可動態配置鏈路和平臺信息交互與共享；5級網絡中心下分布式多對多平臺信息交互與共享。在未來空面武器應用數據鏈后，其作戰向智能化方向發展，根據空面武器的智能化程度，提出協同制導數據鏈戰術功能。

2.2 通信容量/質量與效能關系

從通信網絡對分布式融合結構與效能的影響的角度上[3]，對網絡容量與數據節點關系作分析。如圖4所示，網絡一定情況下，網絡內誤差橢圓面積比隨狀態噪聲變化，當通信網絡的噪聲由-4dB增大到6dB時，其網絡內誤差橢圓面積比由0.7降到0.6，下降率為14.3℅，即網絡內通信質量使得通信誤差增大；同時，網絡內節點數n=1,2,4,8時，n=8和n=4的極限網絡質量下降率為11.4℅其質量下降率為最小，同時，網絡噪聲由-2dB到0dB時，n=8網絡質量明顯優于n=4。體現了在網絡通信容量一定的情況下，節點數量增加能夠提高網內成員通信質量，但在極限情況下，網內成員數量的增加對質量的提高貢獻有限。

因此，基于網絡帶寬(速率)的通信與制導可以通過協同節點增加網絡內的信息共享，能提高對區域信息的效能。但是，網絡內通信容量和通信質量制約網絡內成員的效能，需要一定的通信容量滿足多武器節點的需求，同時，需要網絡和網絡節點有一定的網絡質量（抗干擾能力）保證多武器節點信息的正確性。空面武器多采用圖像制導方式，其數據鏈設計必須詳細結合導彈的使用進行統籌考慮，特別在下一代空面武器的多平臺、多武器協同作戰中，需要武器總體結合武器使用來論證設計數據鏈的具體需求。

在數據鏈單節點效能一定情況下，數據鏈節點數增加能有效提高網絡效能[5]，提高作戰優勢理論依據曼特科爾費法則是建立一個網絡的費用與這個網絡中節點數成正比例增長，而這個網絡的潛在效能/價值則是所連接節點數的二次函數關系，如圖5所示。

圖4 網絡內誤差橢圓面積比隨狀態噪聲變化

圖5 網絡建設節點數與成本/效能關系

2.3 多武器兼容網設計與通信體制選擇

武器協同數據鏈用戶成員分布廣泛，且用戶具有高機動性，網絡成員數多，成員相對位置變化快速，用戶響應時間短，且要求抗干擾能力強等特點與衛星通信、載機互通機制差異較大。單一的FDMA、CDMA、SDMA、TDMA接入體制不能完全滿足武器協同數據鏈的需求，因此，武器協同數據鏈系統需深入研究時分、頻分、空分等多種接入體制和支持全向、定向、全向/定向綜合工作方式。

在自主作戰模式下，網內成員網絡資源根據空面武器任務進行分配，需滿足空面武器任務數據實時性、數據通信量要求。在網內成員通信模式下，空面武器網由作戰任務實時工作，根據任務要求進行動態分配資源與組網，任務結束后釋放任務子網資源，任務子網按作戰任務可分為定向子網、全向子網和全向/定向結合子網，子網都支持功率控制。

3 結語

從發達國家武器和武器平臺的信息化發展，分析了以數據鏈技術發展為中心，數據鏈技術提升了武器作戰效能，改變了傳統作戰樣式。同時，提出了發展信息化體系作戰空面武器時需結合數據鏈技術能力。數據鏈技術的發展可應用于無人作戰飛機、偵察/打擊一體無人機、偵察/打擊巡飛導彈等武器系統，應用于傳統制導武器的智能化改造。

[1]林濤,劉永才,關成啟等.飛航導彈協同作戰使用方法探討[J].戰術導彈技術,2005.(2):8-12.

[2]陳宗基.無人機自主控制等級及其系統結構研究 [C].中國制導導航與控制學術會議論文集GNCC2010大會報告.上海.2010，10.

[3]趙宗貴.國防科技工業局信息中心培訓之“信息融合新技術”講義[C].北京.2011，5.

[4]韓瑞,秦紅磊,叢麗等.JIDS/SINS/GPS組合導航系統兩級故障檢測結構設計 [J].航空電子技術,2008(39)3.

[5]王小非，張鴻海.海上網絡戰[M].北京：國防工業出版社，2006.