戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境建模方法研究

摘 要： 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，憑借統(tǒng)一的通信協(xié)議實現(xiàn)了傳感器平臺、武器平臺、指控平臺的互聯(lián)互通互操作，顯著提高了信息分發(fā)效率，提高了作戰(zhàn)系統(tǒng)的整體效能，已成為作戰(zhàn)行動的有力支撐。然而，由于數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作戰(zhàn)運用涉及的人員多、裝備多、覆蓋地域廣，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)的實裝演練難以開展，作戰(zhàn)訓(xùn)練難以組織。基于此背景，對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)與作戰(zhàn)環(huán)境的關(guān)系進(jìn)行剖析，對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)支撐作戰(zhàn)的模式進(jìn)行了研究，并對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)支撐環(huán)境模型的基本結(jié)構(gòu)以及建模基本方法進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞： 戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈； 數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)； 支撐環(huán)境； 建模

中圖分類號： TN915?34； TB324.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2016）21?0047?03

Research on modeling method of tactical data link supporting environment

DAI Senqiang， YU Yimin

（PLA Academy of National Defense Information， Wuhan 430010， China）

Abstract： The tactical data link system can realize the connectivity and interoperability of the sensor platform， weapon platform， command and control platform by virtue of the unified communication protocol， and improve the efficiency of information distribution and overall efficiency of the military operation system significantly， which becomes the strong support for military operation. Since the military operation application of the data link system involves a lot of staff， many equipments， and broad coverage area， it is hard to develop the real equipment drill of data link system， and organize the military operation drill. On the basis of this background， the relationship between data link network and military operation environment is analyzed， the military operation mode supported by data?link network is researched， and the fundamental structure and basic modeling method of data link network supporting environment are studied.

Keywords： tactical data link； data link network； supporting environment； modeling

0 引 言

作戰(zhàn)環(huán)境廣義上指的是作戰(zhàn)空間中人員和武器裝備外的客觀環(huán)境，作戰(zhàn)環(huán)境確定了作戰(zhàn)行動的邊界條件，對所有作戰(zhàn)單元構(gòu)成的整個作戰(zhàn)體系的能力發(fā)揮進(jìn)行了限制。然而身處環(huán)境之中的交戰(zhàn)各方會有意識或無意識的與戰(zhàn)場發(fā)生交互[1]，對作戰(zhàn)環(huán)境產(chǎn)生各種各樣的影響，從而改變了作戰(zhàn)行動的邊界條件。在軍事建模領(lǐng)域，通常把作戰(zhàn)環(huán)境分為綜合自然環(huán)境與戰(zhàn)爭環(huán)境兩大類[2]。美軍在使命空間功能描述（FDMS）中又將戰(zhàn)爭環(huán)境分為軍事環(huán)境與人文環(huán)境，其中軍事環(huán)境包括使命任務(wù)，力量狀況，情報、指揮控制、通信等信息系統(tǒng)，防護(hù)偽裝，各種威脅沖突等內(nèi)容[3]，這一觀點也得到了國內(nèi)外的基本認(rèn)同。

目前，隨著軍隊信息化水平的逐步提升，武器裝備對信息的需求越來越精細(xì)，對實時性的要求越來越高。戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)憑借統(tǒng)一的通信協(xié)議實現(xiàn)了傳感器平臺、武器平臺、指控平臺的互聯(lián)互通互操作，顯著提高了信息分發(fā)效率，所具備的諸如態(tài)勢共享、自由文電、電子戰(zhàn)、交戰(zhàn)協(xié)同等功能不僅為作戰(zhàn)單元提供了更廣泛的能力，也大幅提高了信息利用的效率，已成為作戰(zhàn)行動的有力支撐。

現(xiàn)今，聯(lián)合作戰(zhàn)已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭的主流，而聯(lián)合作戰(zhàn)往往覆蓋區(qū)域廣闊，參與人員、裝備眾多，開展聯(lián)合作戰(zhàn)實兵實裝訓(xùn)練和演習(xí)將耗費大量人力、物力，且存在各軍種、單位難以協(xié)調(diào)、訓(xùn)練情況及計劃方案難以評估等現(xiàn)實問題。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作為聯(lián)合作戰(zhàn)行動的重要支撐，其組織籌劃與操作使用是聯(lián)合作戰(zhàn)行動中不可缺少的關(guān)鍵一環(huán)。因此，研究數(shù)據(jù)鏈支撐作戰(zhàn)行動的建模技術(shù)，搭建面向作戰(zhàn)運用的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)仿真環(huán)境開展數(shù)據(jù)鏈裝備操作訓(xùn)練和網(wǎng)絡(luò)組織方案的推演評估對解決聯(lián)合作戰(zhàn)訓(xùn)練開展困難具有重大意義。

1 數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境概述

數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的軍事信息系統(tǒng)，其保障作戰(zhàn)活動的方式主要體現(xiàn)為作戰(zhàn)單元之間依托數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的信息交互，而且作戰(zhàn)活動會對包含數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的戰(zhàn)爭環(huán)境產(chǎn)生影響。因此，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)可視為保障作戰(zhàn)活動的支撐環(huán)境，構(gòu)成的作戰(zhàn)環(huán)境框架如圖1所示。

1.1 數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)概述

美國防部（DOD）將戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈定義為用于傳輸機(jī)器可讀的數(shù)字信息的標(biāo)準(zhǔn)通信鏈路。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)采用無線通信協(xié)議和技術(shù)，實現(xiàn)陸基、空中及水面艦艇等各類平臺之間數(shù)據(jù)信息交換的信息系統(tǒng)[4]。

相較于普通的通信系統(tǒng)，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)最主要的區(qū)別在于傳輸?shù)男畔閷崟r的格式化數(shù)據(jù)，以及較高的跳頻速率[5]，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)具有如下主要特征：

（1） 抗毀性強(qiáng)，通用數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)無中心節(jié)點的工作方式，使得任意節(jié)點的毀傷通常并不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的正常運行。

（2） 抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)跳頻速率達(dá)到了每秒數(shù)萬次，每個周期內(nèi)脈沖的駐留時間在微秒級別[6]，因此，難以對其進(jìn)行監(jiān)聽；而且數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)工作帶寬高達(dá)數(shù)百兆赫茲[7]，采用掃頻式干擾及噪聲壓制進(jìn)行干擾的效果較差。

（3） 實時性好，系統(tǒng)信息格式的一致性避免了網(wǎng)間格式轉(zhuǎn)換帶來的時延，TDMA的接入方式也可顯著節(jié)省網(wǎng)絡(luò)接入所需的時間。

在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)支撐下，作戰(zhàn)平臺能獲得更加完備的戰(zhàn)場態(tài)勢、實現(xiàn)更默契的協(xié)同支援，指揮員可以實現(xiàn)更加靈活的指揮控制；使得作戰(zhàn)單元克服客觀限制因素的能力顯著增強(qiáng)，提高了整個作戰(zhàn)體系對客觀條件的適應(yīng)性。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)已成為信息化作戰(zhàn)中不可缺少的關(guān)鍵支撐。

1.2 數(shù)據(jù)鏈信息獲取方式

獲取信息是保障作戰(zhàn)及指揮的首要工作。數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)鏈接了各式各樣的傳感器平臺，能對戰(zhàn)場環(huán)境中包括地形、氣象、水文等自然環(huán)境信息以及敵方目標(biāo)的數(shù)量、種類等信息進(jìn)行搜集，并根據(jù)預(yù)先制定的規(guī)則對信息進(jìn)行綜合處理，去除冗余，形成統(tǒng)一態(tài)勢。其次，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)成員通過定期報告PPLI消息[8]，提供自身的地理位置、燃料、裝備等狀態(tài)信息。指控、協(xié)同以及網(wǎng)絡(luò)管理過程也會產(chǎn)生各類指令信息。這些信息在數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)流轉(zhuǎn)，在網(wǎng)絡(luò)成員之間交換，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)成員之間的態(tài)勢共享、指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同等動作。

1.3 數(shù)據(jù)鏈信息分發(fā)方式

數(shù)據(jù)鏈信息交互方式主要由其時隙分配及網(wǎng)絡(luò)組織情況決定，目前以美軍JTIDS為代表的通用鏈普遍采用TDMA的固定時隙分配方式，其他綜合鏈則大部分采用輪詢的時隙分配方式[9]。TDMA方式保證了可靠的網(wǎng)絡(luò)接入質(zhì)量且接入帶來的時延極小，但網(wǎng)絡(luò)接入的靈活性較低；輪詢方式則能靈活地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)成員的收發(fā)，但會耗費一定時延且不能確保網(wǎng)絡(luò)接入質(zhì)量。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)計規(guī)劃人員根據(jù)參與平臺數(shù)量、種類，作戰(zhàn)覆蓋地域范圍等現(xiàn)實情況，兼顧網(wǎng)絡(luò)接入質(zhì)量的穩(wěn)定及網(wǎng)絡(luò)接入的靈活性，選擇通用鏈或綜合鏈系統(tǒng)搭建數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，將時隙分配給各個網(wǎng)絡(luò)成員[10]，使其加入到不同的功能子網(wǎng)。即可通過各子網(wǎng)內(nèi)平臺之間的信息交換，形成各種戰(zhàn)術(shù)能力。

1.4 數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)能力

戰(zhàn)術(shù)能力是數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)支撐作戰(zhàn)活動的具體表現(xiàn)形式，數(shù)據(jù)鏈具備的戰(zhàn)術(shù)功能主要有態(tài)勢信息共享、指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同、電子戰(zhàn)等。在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計籌劃階段，設(shè)計人員會根據(jù)數(shù)據(jù)鏈消息執(zhí)行功能的不同對時隙資源進(jìn)行分配，即形成網(wǎng)絡(luò)參與組（NPG），一個戰(zhàn)術(shù)功能往往需要由多個NPG共同完成。例如，態(tài)勢共享功能通常需要精確參與定位識別（PPLI）、目標(biāo)監(jiān)視等NPG共同執(zhí)行；戰(zhàn)術(shù)協(xié)同需要武器協(xié)同、戰(zhàn)斗機(jī)?戰(zhàn)斗機(jī)等NPG共同執(zhí)行。

借助數(shù)據(jù)鏈重疊網(wǎng)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)成員還可以靈活地切換到其他NPG子網(wǎng)[9]，進(jìn)行信息交互，在正確的時間獲取所需的信息。憑借這種高效的信息交互，使整個作戰(zhàn)系統(tǒng)之間的信息傳遞、交互更為順暢、靈活，體系作戰(zhàn)的能力得到了顯著提高。

2 數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境模型

2.1 模型結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)鏈支撐作戰(zhàn)的表現(xiàn)形式為數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)主要由節(jié)點和鏈路構(gòu)成，節(jié)點為加入到數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的各類作戰(zhàn)平臺，鏈路則為各平臺之間的通信連接。因此，作戰(zhàn)行動與數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境之間的接口即為各節(jié)點與作戰(zhàn)平臺之間的映射關(guān)系。各類平臺依托加裝的數(shù)據(jù)鏈終端進(jìn)行信息交互的過程可視為平臺映射的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境之間進(jìn)行信息交互的過程。據(jù)此可知，數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

因為作戰(zhàn)平臺與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點之間存在映射關(guān)系，根據(jù)作戰(zhàn)平臺之間的信息交互需求即可確定網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點之間的通信連接需求，并依此進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)的組織設(shè)計。而數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的基本組成為節(jié)點和通信鏈路，需要進(jìn)一步的分析及研究。

2.2 節(jié)點模型

由上節(jié)可知，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與作戰(zhàn)平臺之間存在映射關(guān)系。為確定節(jié)點模型的種類及主要屬性特征，則需要對作戰(zhàn)平臺進(jìn)行分析和研究。作戰(zhàn)平臺之間的指揮控制及協(xié)同等活動都依賴于數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中的信息交互，因此，根據(jù)信息流程中角色的不同，作戰(zhàn)平臺可分為傳感器平臺、指控平臺及武器平臺。而在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中信息只經(jīng)歷產(chǎn)生和轉(zhuǎn)發(fā)，并不涉及對信息的分析和加工，據(jù)此可將所有作戰(zhàn)平臺映射為消息產(chǎn)生節(jié)點和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點兩大類，如圖3所示。

消息產(chǎn)生節(jié)點具備轉(zhuǎn)發(fā)的能力，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點不具備產(chǎn)生信息的能力。轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點模型直接由數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中各種通信協(xié)議組成，能實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)、中繼及網(wǎng)絡(luò)切換等功能；消息產(chǎn)生節(jié)點在此基礎(chǔ)上具備了產(chǎn)生信息的能力，在引入作戰(zhàn)平臺模型后即可根據(jù)相應(yīng)模型實現(xiàn)態(tài)勢感知、指揮控制的動作，產(chǎn)生態(tài)勢信息和指控指令。

2.3 網(wǎng)絡(luò)模型

網(wǎng)絡(luò)主要由節(jié)點及其之間的通信鏈路構(gòu)成，數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點之間通信連接的質(zhì)量會受到綜合自然環(huán)境中地形、氣象水文、電磁等條件的影響；而且，作戰(zhàn)平臺處在不斷的機(jī)動之中，相對運動產(chǎn)生的多徑效應(yīng)也會對通信連接的穩(wěn)定性造成較大影響。因此，需要構(gòu)建合理的鏈路模型來表征這些影響。

采用無向連接圖[G（V，E）]表示節(jié)點及鏈路狀態(tài)，其中[V]為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點集，[E]為任意節(jié)點[u，v]之間鏈路的集合，[（u，v）∈E；u，v∈V，]設(shè)置指標(biāo)[w（u，v）]：

式中：[m=0]表示節(jié)點[u，v]之間無法建立連接。

節(jié)點之間的距離、相對移動，障礙物的遮擋等都是對無線通信質(zhì)量造成影響的關(guān)鍵因素。設(shè)[u，v]為節(jié)點[u，v]對應(yīng)的作戰(zhàn)平臺，[d（u，v）]表示[u，v]之間的距離；[Vu，Vv]表示[u，v]的移動速度；[G（x，y，z）]為[u，v]附近區(qū)域內(nèi)的地形三維函數(shù)。可知[w（u，v）]為這些因素的函數(shù)，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3 結(jié) 語

本文首先對數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)建模與仿真的實用性進(jìn)行論證，隨后對數(shù)據(jù)鏈支撐環(huán)境概念進(jìn)行了詳細(xì)說明，提出了數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模型的基本結(jié)構(gòu)框架以及模型構(gòu)建的思路方法。由于篇幅有限，關(guān)于整個數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)模型的詳細(xì)建立過程并未詳細(xì)介紹，數(shù)據(jù)鏈作戰(zhàn)運用仿真系統(tǒng)的相關(guān)研究還有待進(jìn)一步發(fā)展。

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