對美軍典型戰術數據鏈信號的偵察分析方法

劉東青，孫陳剛，任喜珂，彭賽陽

（95510部隊，貴陽550025）

0 引 言

戰術數據鏈（Tactical Digital Information Link）是一種按規定的報文（消息，message）格式和通信協議，在傳感器、指控系統與武器系統之間傳輸和處理戰術信息的系統［1］，是伴隨著現代“信息化戰爭”的興起而產生的一種與作戰任務和作戰過程緊密結合的信息通信系統。數據鏈可以將信息獲取、信息傳遞、信息處理、信息控制、預警探測、電子對抗等信息系統緊密連接在一起，溝通所有作戰單元，為指揮部門到作戰基本單元提供所需的各種信息，使戰場成為對己方單向透明的戰場。［2］目前，世界上已有美國、北約、俄羅斯、以色列、越南等國和中國臺灣地區裝備了數據鏈，其中美國是數據鏈體系唯一較為完善的國家。在近半個世紀的發展歷程中，美軍相繼開發并賦予編號的數據鏈就有10多種，主要包括Link?4、Link?4A、Link?11、Link?16、Link?22等。

戰術數據鏈是航母戰斗群及兩棲打擊群發揮艦載機作戰效能的關鍵。研究數據鏈信號偵察分析方法，通過偵察分析先驗知識引導己方火力對其實施有效打擊，是戰時破壞敵方指揮鏈路的關鍵，也是決定戰爭勝利走向的重要因素。因此，本文主要針對美軍現役典型戰術數據鏈信號，對其偵察分析方法進行探析，旨在為應對數據鏈目標提供通信支援。

1 數據鏈概念及基本情況

數據鏈的基本概念是內容以數字化信源數據的方式進行傳遞，且絕大部分發送方式像鏈條一樣，作用是在需要的時間和需要的地點提供信息的能力。［3］針對“數據鏈”的概念有很多定義，要弄清什么是數據鏈，首先要弄清數據鏈所具有的基本特點。其主要特點包括信息傳輸的實時性、可靠性、安全性、一致性、有效性和系統的自動化運行。

數據鏈實質上是一個圍繞戰場作戰在指揮機構、作戰部隊和武器平臺之間構建的情報、指揮控制等信息處理、分發、交換與共享的通信系統。通過該通信系統構建起能夠“共享戰場態勢、實時指揮控制、緊密作戰協同”的信息網絡。以美軍軍事系統為例，數據鏈主要應用于機載通信系統、艦載通信系統，如圖1。

圖1 美軍事通信系統

2 美軍典型數據鏈處理及分析方法流程

2.1 美軍現役典型數據鏈信號處理

（1）Link?4A數據鏈

Link?4A數據鏈路是在Link?4基礎上發展起來的，是美海軍主要應用于艦空指揮和協同的數據鏈。信號模式分為6類：控制艦載機著艦系統（ACLS）、空中交通管制（ATC）、空中截擊控制（AIC）、攻擊控制（STK）、地面控制轟炸系統（GCBS）和艦載機慣性導航系統（CAINS）。［4?5］該樣本為CAINS信號。在這種模式下，數據傳輸是單向的，受控飛機不產生應答報文。Link?4A CAINS信號時頻圖如圖2所示。

圖2 Link?4A CAINS信號時頻圖

信號參數如下：

①信號頻段：UHF，這里信號頻率為320.280 MHz

②信號帶寬：40.030 kHz

③調制方式：2FSK

④調制速率：10 kBd

⑤通信方式（含連續／突發屬性）：連續，具有16 ms周期性

⑥信源、密情等其他規格：格式報

（2）Link?11數據鏈

Link?4A數據鏈僅為滿足艦空（或地空）之間的情報共享和作戰指揮需要而建立。為滿足艦隊內部、艦隊間的通信需求，尤其是滿足出海艦隊與岸基指揮所之間迅速交換情報和作戰指揮的需要，美軍在Link?4A基礎上發展了Link?11數據鏈。Link?11采用網絡通信技術和標準報文格式，工作在HF、UHF頻段，支持戰斗群各分隊之間海軍戰術數據系統的數據傳輸，主要用于海軍岸艦、艦艦和艦空之間的作戰指揮和信息共享。［6］Link?11信號時頻圖如圖3所示。

圖3 Link?11信號時頻圖

信號參數：

①信號頻段：UHF，這里信號頻率為311.800 MHz

②信號帶寬：25 kHz

③調制方式：FM＋8PSK

④調制速率：去FM后調制速率為2 400 Bd

⑤通信方式（含連續／突發屬性）：突發

⑥信源、密情等其他規格：密報

（3）Link?16數據鏈

Link?16是為各軍兵種所有戰術作戰單元的信息交換需求而設計的，支持偵察數據、電子戰數據、任務執行、武器分配和控制數據的交換，功能上是Link?11及Link?4A的總和。Link?16數據鏈組網方式靈活，既可以組成單網也可以組成多網，尤其是可以采用“重疊網”方式，在同一個大的數據鏈網絡內根據不同的指控關系、編隊關系和話音關系構建相應的子網，多個子網同時工作，互不影響，極大地滿足了多兵種聯合作戰時在共享情報和作戰協同信息等資源的基礎上還能滿足多個指揮機構、多個作戰編隊間相互通信的需求。Link?16信號時頻圖如圖4所示。

信號參數：

①信號頻段：L波段，中心頻率是1 150 MHz

②信號帶寬：總帶寬255 MHz在960～1 008 MHz、1 053～1 065 MHz和1 113～1 206 MHz 3個分頻段上工作，在51個頻道上隨機發送，頻道間隔為3 MHz，共計占用帶寬153 MHz

圖4 Link?16信號時頻圖

③調制方式：MSK，采用循環碼移位鍵控編碼（CCSK）形式的擴頻技術

④調制速率：5 MBd

⑤通信方式（含連續／突發屬性）：突發跳頻，跳速76 923跳／s

（4）Link?22數據鏈

Link?22是一種抗電子對抗的超視距通信系統，在HF或UHF頻段采用定頻或跳頻抗干擾技術。單個HF網絡支持1.2～3.6 kbps數據率，單個UHF網絡支持2.4～10 kbps數據率。［7］在結構上，采用時分或動態時分多址，提供更高的靈活性，并減少網絡管理的附加操作。Link?22信號時頻圖如圖5所示。

圖5 Link?22波形與時頻圖

信號參數：

①信號頻段：3～30 MHz，這里信號頻率為7.521 MHz

②信號帶寬：2.58 kHz

③調制方式：QPSK、8PSK

④調制速率：2.4 kBd

⑤通信方式（含連續／突發屬性）：TDMA，突發

⑥信源、密情等其他規格：密報

2.2 數據鏈信號分析方法流程

鑒于數據鏈在現代化戰場上的地位和作用，針對數據鏈的偵察分析工作也變得愈發重要，尤其是在接收信號中如何獲取通信行為有關內容的需求也變得愈發強烈。然而，為了獲取通信行為，要獲取各個通信主體的信息，如數據格式、信號特征和編碼方式等。現階段，典型的常用數字信號接收處理模型如圖6所示。

圖6 數字信號接收處理模型

①信號入環節主要指的是通過天線將無線電信號轉換為電流信號；

②功分環節主要指的是將一路信號分為多路信號進行利用；

③接收環節主要指的是將信號從射頻變換到中頻，并加上一定增益和濾波，以便后續的傳輸采樣及其他處理；

④預處理環節主要指的是對中頻信號進行進一步增益濾波處理或變頻，以便進行采樣；

⑤采樣環節主要指的是利用低通或帶通采樣定理對信號采樣量化；

⑥試解調環節主要指的是采樣信號進行試調制分析與解調；

⑦試分析環節主要指的是對解調信號判斷正誤，并分析信號的編碼情況。

數據鏈信號偵察分析處理流程主要包括兩部分：明確偵察采集對象和正確偵察采集信號，其中，明確偵察采集對象主要是任務前對需重點采集的敵方數據鏈信號進行明確，引導電子戰偵察裝備在任務過程中進行偵收采集；正確偵察采集信號分為模擬采集和解調后采集，如圖7所示。

圖7 數據鏈信號偵察分析流程

（1）模擬采集：對采集的數據鏈信號經CoolEdit軟件初步分析—調制參數分析（得到中心頻率、帶寬、符號速率）—初步編碼分析（確定信道編碼類型、幀結構特征、糾錯、擾碼等編碼參數）—信源恢復等流程，準確掌握敵方數據鏈信號戰技性能參數、使用規律等特征。

（2）解調后采集：對采集的數據鏈信號先經過解調處理后采集，然后再通過初步編碼分析（確定信道編碼類型、幀結構特征、糾錯、擾碼等編碼參數）—信源恢復等流程進行信號處理。

3 存在的問題

目前，對美主要戰術數據鏈的偵察研究還存在諸多問題，主要體現在：

①頻段寬帶信號偵控能力不足，對重點頻段鞭長莫及；

②對微弱信號偵察還需進一步攻研突破；

④現有情況研究尚未形成體系，影響偵察效率。

為解決上述問題，在對美軍戰術數據鏈信號進行偵察分析時可以考慮從以下方面入手：

（1）基于偵察信號的目標個體識別可行性分析。信號層面：通過電子戰偵察機、地面超短波信號接收設備，從中頻和基帶輸出的接口，配置高精度采集設備進行信號采集，建立積累數據鏈樣本數據庫，統計分析樣本分布及其特征偏移，提取數據鏈信號細微特征，為信號識別技術研究打下基礎；同時，利用機器學習算法進行訓練模型建模，完成目標個體識別。信息層面：可以對消息共享幀中解析出來的ID與個體目標進行關聯，同時進一步解析戰術數據中可能攜帶的個體信息，用于目標個體識別。

（2）基于偵察信號的目標作戰意圖輔助研判。通過對不同任務場景下數據鏈信號特征及工作模式梳理總結，可以對艦船、戰斗機等目標戰術意圖進行初步研判。一方面，可以通過目標數據鏈信號消息共享幀中解析的經緯度消息，實現航跡標繪，根據目標不同任務活動區域及飛行特點研判其戰術意圖。另一方面，可以通過數據鏈信號突發特征，掌握數據鏈網絡中目標數量和消息傳輸速率，結合測向定位及解析得到的經緯度消息，掌握目標相對位置關系，綜合分析其戰術意圖。

4 結束語

戰術數據鏈已成為軍隊指揮、控制與情報體系傳遞信息的主要工具和手段，對其進行深入的研究分析可為未來作戰提供通信支援。本文首先介紹了數據鏈信號概念及基本情況，在此基礎上對美軍現役典型數據鏈信號進行了分析，給出了數據鏈信號偵察分析方法流程，并就對美數據鏈信號偵察分析存在的問題提出了下一步實施建議，為該領域的研究分析提供借鑒和參考。