無人機數據鏈技術應用研究

曹厚平+馬曉雷+丁振

【摘要】 無人機的應用范圍變得越來越廣泛，數據鏈系統作為無人機系統的重要組成部分，主要負責飛機與地面站之間的數據信息傳輸，本文對數據鏈的發展情況，尤其是無人機數據鏈發展情況進行了研究探討。

【關鍵詞】 數據鏈 無人機

Research on Application of Data Link Technology of Unmanned Aerial Vehicle

Abstract：The applications of UAV become more and more widely， data link system as an important part of UAV system， mainly responsible for aircraft and ground stations between the data transmission， this paper on the data chain development， in particular， no The development of human-computer data chain has been studied.

Keywords：Data Link； UAV

隨著科技的飛速發展，現代戰場軍事裝備已呈現出明顯的無人化趨勢。無人機數據鏈，主要負責飛機與地面站之間的數據通信，數據鏈作為信息化戰爭的一大基石，是C4 ISR 系統框架的組成部分。它在傳感器、指揮控制單元和武器平臺之間實時傳輸戰術信息，是實現信息鏈式運動的橋梁，是獲得信息優勢，提高各作戰平臺快速反應能力和協同作戰能力，實現作戰指揮自動化的關鍵設備。

一、無人機數據鏈技術發展現狀

民用無人機數據鏈主要是基于GCS協議，該協議是專門針對點對點鏈路而設計，并未涉及數據鏈組網方面的規程，在數據鏈通用性方面仍然缺乏統一的標準。軍用領域的戰術數據鏈發展相對比較迅速，其中以美國和北約的Link-4A、Link-4C、Link-11、Link-16、Link-22等戰術數據鏈使用最為廣泛，各種數據鏈比較見表一。

1、Link-4是一種非保密的數據鏈，包括Link-4、改進型的Link-4A和Link-4C其工作其工作在UHF頻段（225.000MHZ～399.975MHZ）。

2、Link-11是美國海軍20世紀60年代研制成功的一種低速戰術數據鏈，是目前主要的空地數據鏈路，也是使用最廣泛的空空數據鏈路。Link-11系統工作在頻段HF或UHF頻段，采用半雙工、輪詢/應答的主從工作方式，在主控站的管理下進行組網通信，傳輸速率為2250bps，具有保密功能，但是無抗干擾能力。

3、Link-16是美國及北約國家三軍聯合戰術信息分發系統（JTIDS）的主用數據鏈路，又稱為 TADIL J 戰術數據鏈，工作在960～1215 MHZ的通信頻段，采用時分多址（TDMA）組網方式，傳輸速率高達238kbps，是保密、大容量、抗干擾和無節點的數據鏈鏈路，采用JTIDS/MIDS傳輸特性和技術接口設計規范所規定的協議、約定和固定長度報文格式。它采用 J 序列報文，報文標準由美軍標準 MIL-STD-6016 和北約標準STANAG 5516 和 STANAG 5616 定義。通信標準則遵循 JTIDS 和 MIDS 規定。

Link-16 戰術數據鏈在戰術數據鏈發展史上占有重要地位：它標志著戰術數據鏈從單一軍種到三軍通用的一次躍升。盡管 Link-16 戰術數據鏈在 20 世紀 80 年代就已經用在美軍 E-3A 預警機上，可以說是投入使用多年，但關于其的改進和升級從未停止，其中就包括衛星戰術數據鏈（Satellite Tactical Data Link， STDL）、可變報文格式（Variable Message Format， VMF）計劃以及聯合距離延伸（JRE）計劃等。Link-16 戰術數據鏈是隨著武器系統的發展、作戰樣式的改變，為支持現代戰爭而研制的?，F代戰爭的特點是信息化的聯合作戰和精確作戰，參戰單元眾多，分布在陸?？仗斓膹V大區域，戰爭節奏快，敵我雙方交錯在一起，交戰雙方激烈爭奪制信息權。Link-16 戰術數據鏈的主要功能是在參戰單元之間實時交換戰術信息，使各參戰單元掌握實時戰場態勢和傳送指揮控制命令。

4 Link-22數據鏈是美國和北約為提高對抗能力、通信傳輸能力、與Link-16數據鏈兼容能力以及數據鏈的互操作能力，而設計和改進的數據鏈Link-11系統。

20世紀90年代末，為適應現代戰爭要求，實現戰區防空、導彈防御，美國海軍開始研制“協同作戰能力”（CEC）系統，這是一種革命性的戰術數據鏈，主要有復合追蹤，識別和捕獲提示，以及協同作戰三大功能，它的意義在于通過戰術數據鏈第一次實現多平臺武器系統的協同作戰，提高了武器的打擊威力。

二、無人機數據鏈系統概述

數據鏈路當需要在一條線路上傳輸數據信息時，除了必須有一條物理線路外，還必須有一些必要的通信協議來控制這些數據的傳輸。如果把實現這些協議的軟件和硬件加到鏈路上，就構成了數據鏈路，無人機數據鏈路系統是連接飛機和地面控制站的數據通信系統，實現無人機系統中的傳感器平臺、控制平臺、任務平臺和監測平臺之間各種數據信息的處理與傳輸，通過數據鏈路系統，各平臺之間形成數據連接關系。

三、無人機數據鏈系統的基本組成

無人機數據鏈系統包括三個基本組成要素：傳輸通道、消息標準和通信協議。

3.1傳輸通道

傳輸通道都具有一定的的性能指標，如通信頻段、發射功率、接收靈敏度等；處在傳輸通道中的各設備之間均有標準的數據接口，通過選擇合適的信道、功率、調制解調器、編解碼及加密算法，滿足數據鏈信息的傳輸要求，如通信距離、數據帶寬、傳輸速率、時延、通信方式、抗干擾及可靠性等。傳輸通道的基本組成通常包括有戰術數據系統（Tactical Data System， TDS）、接口控制處理器（Interface Control Processor， ICP）、數據鏈終端設備（Data Terminal Set， DTS）和無線收發設備等如圖1所示。endprint

數據處理系統主要完成格式化消息的處理，通常有多種實現方式。數據處理系統接受各種傳感器數據（如數據、電子羅盤數據、數據、高度氣壓計數據等）和遙控指令數據（如遙控器信號、參數、軌跡規劃指令）等，并將其封裝成標準的信息格式，用于進一步的存儲與分發。接口控制單元主要是用來完成不同數據鏈的協議和接口轉換，實現無人機系統數據信息的共享和狀態信息、控制指令的準確傳遞，保證對鏈路數據信息的一致性理解。

數據終端設備一般由調制解調器、網絡控制器及加解密設備構成，并且帶有用于鏈路控制的鏈路處理器，是數據鏈系統的核心部分和最基本單元，在通信協議的控制下進行數據收發和處理。

3.2消息標準

消息標準是對鏈路中傳輸的數據信息的傾結構、數據內容、數據類型、數據接收發送規則等方面的詳細規定。制定標準的數據傳輸格式，有利于處理器生成、解析及處理，這需要設計具體的格式處理和數值轉換程序。

3.3通信協議

通信協議就是數據鏈系統在通信的過程中，有關數據信息的傳輸時序、傳輸條件、傳輸流程及傳輸控制方式等方面的規約，主要解決各種應用系統的格式化消息如何通過信息網絡可靠且有效地建立鏈路，從而達成數據交換的目的。通信協議主要包括有網絡協議、頻率協議、鏈路協議、接口標準和操作規程等內容。

四、無人機數據鏈系統的主要特征

無人機數據鏈 通過無線傳輸信道，在規定的周期內，按照規定的消息格式和通信協議，向特定的鏈接對象傳輸必要的數據信息，其主要特征體現在以下幾方面：

4.1實時性、可靠性和高精度

無人機的飛行狀態受地面站控制命令的直接控制，因此不允許控制命令有太長的延遲，并且對控制命令的產生、發送、傳輸和接收的可靠性、精度等方面也有非常高的要求。

4.2通用性和標準化

數據鏈信息傳輸采用標準化的信息格式，包括幀格式、接口標準和傳輸速率等，對無人機系統中的各種數據信息進行規范化處理后，通過統一的信道傳輸，這樣不僅提高了信息傳輸的效率，同時也提高了數據鏈系統的互操作性。

4.3抗干擾和安全性

數據鏈性能關系到無人機系統的信息交換在實際飛行過程中，飛機往往處在極其復雜的電磁環境中，當受到來自其他同頻或相近頻段的無線射頻設備的信號干擾時，要求整個系統仍能正常運行。若在開放的環境條件下，傳輸通道中的數據被其他設備截獲后，要求數據鏈必須具備較強的保密能力。

4.4傳輸方式的多樣化

為適應各種應用平臺的不同數據交換需求，保證信息可靠、實時地傳輸，數據鏈可以采用多種傳輸介質和方式。

4.5小型化、模塊化設計

機載設備要求體積小、重量輕，模塊化設計便于維護和升級。

五、結束語

無人機數據鏈技術的應用要求越來越高，它隨著新裝備、新技術的發展而發展。我軍無人機數據鏈建設起步較晚，要實現信息化的目標，就必須關注外軍數據鏈進展，充分借鑒合理經驗，利用新技術，走一條適合我軍建設實際的跨越式發展道路。

參 考 文 獻

[1]駱光明，楊斌，邱致和，等數據鏈一信息系統連接武器系統的捷徑北京：國防工業出版社，2008

[2]梅文華，蔡善法數據鏈北京：國防工業出版社，2007

[3]易牧，胡延霜，李保林，等無人機數據鏈系統介紹科技信息，2009endprint