無人機數據鏈技術及發展

何源潔 張華鵬

（1.中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081）

（2.火箭軍裝備部駐廊坊地區軍事代表室 河北省廊坊市 065000）

無人機（UAV）數據鏈是無人機系統的神經中樞，是無人機系統高效運行必不可少的關鍵組成部分之一。無人機數據鏈是無人機與其他信息系統、指揮控制系統、武器系統（如無人機、導彈、有人機等）等聯系的信息橋梁，是實現信息互通、互操作等聯合作戰的手段，可構建跨系統、跨平臺的信息化系統。

目前，無人機數據鏈主要用于無人機遙控、遙測、跟蹤定位、信息傳輸、態勢共享、網絡互連。這些U 關鍵特征使得UAV 在現代軍事情報偵查、武器引導、態勢信息傳輸、戰場指揮控制、復雜高危探測和高空信息采集等方面的使用成為了可能，為UAV 在戰場的廣泛應用奠定了基礎。

隨著無人機系統在各國軍事行動中的大量應用，無人系統正逐漸由支援作戰裝備向主戰裝備發展。為了適應信息化條件下作戰模式由單機獨立作戰到集群作戰、集群作戰到多兵種聯合作戰的轉變，無人系統也逐漸由點對點工作模式發展為局部網絡模式、局部網絡模式再融入全球信息柵格(GIG)中，最后融入到網絡中心戰作戰體系中。

1 國外無人機典型數據鏈

1.1 通用數據鏈

通用數據鏈是美國國防部于1991年開始發展，它在飛機和地（海）面之間提供全雙工、寬帶、點對點數據通信鏈路。上行通信速率為200kbps，下行通信速率分別為10.71-45 Mbps、137 Mbps和274 Mbps，未來將實現548Mbps 和1096Mbps 通信速率。通用數據鏈系統定義了5 種類型的鏈路，如表1所示。

表1：CDL 定義的5 種類型的數據鏈

1.2 戰術通用數據鏈路

由于通用數據鏈路終端的重量、體積和價格等因素限制了其在戰術無人機上的應用，于是美國防部提出了為戰術無人機開發戰術通用數據鏈路（TCDL）的計劃。

TCDL 是全雙工、點對點視距微波通信數據鏈路，可在200 公里范圍內，支持空-地信息傳輸，工作在Ku 頻段，上行速率為200kbps，下行速率為10.71Mbps，還能支持速率高達45Mbps 的通信方式，未來將擴展到137Mbps 和274Mbps，并以下行速率與現有的通用數據鏈路互通、互操作。該數據鏈路具有體積小、總量輕、造價低、模塊化結構等特點，能夠滿足多種需要。

1.3 高集成數據鏈

高集成數據鏈是用于艦艇與無人機之間傳輸信息的全雙工、抗干擾、高安全性的數據鏈，能夠在各種復雜環境下完成無人機的發射、回收控制，并實現一個地面站同時控制多個無人機。可與頻段更高的TCDL 一同使用，能將無人機集成到信息網中。HIDL 工作在UHF 波段，上行傳輸速率約為100kbps。下行傳輸速率為3kbps-20Mbps，都具有抗干擾、保密功能。與TCDL 不同的是HIDL 將設計成一條高綜合性鏈路，而不只是一條寬帶鏈路。

2 無人機數據鏈融入GIG分析

2.1 融入GIG的時間進程

網絡化數據鏈只是解決了局部組網的問題，為了實現信息數據的全球共享，支持全球聯合作戰，美軍發展了GIG。GIG 是美軍建設的軍事信息基礎平臺，為美軍建立新型指揮控制體系提供了強有力的技術支撐，具有全球互聯、互通、互操作的信息處理能力。

無人系統從專用鏈路發展到GIG，必須要解決如何發展和如何接入二個問題。關于如何發展問題，美軍在“2005 ～2030年美國無人機系統發展路線圖”中對發展進程進行了規劃，預計在10年～15年實現無人機從專線到GIG 的轉變。根據相關資料分析，美軍目前處于第一階段和第二階段交互階段，一方面通過對原有設備的升級改造使之具有接入GIG 的能力，另一方面要求新研設備符合標準的接入格式。

2.2 融入GIG的方式及問題

無人系統如何接入到GIG，概括地講有如下二種方法：

（1）采用網關與GIG 接口。

（2）全面研究一種支持IP 傳輸波形，以獲得良好的適應能力。

美軍在推進無人系統接入GIG 的過程中發現存在幾個問題：

（1）GIG 的傳輸帶寬不足。不能支持將無人平臺的高帶寬數據實時分發給戰略、戰術和作戰用戶；

（2）信息處理和數據格式不統一。許多無人系統采用了專用的信息存儲、處理和分發方法以及專用的任務數據結構，從而妨礙了不同系統、各兵種和各用戶之間的信息共享。

為了解決以上問題，特別是GIG 的傳輸帶寬不適應無人機偵察信息高速傳輸的問題，美軍在“無人系統一體化路線圖（2013-2038財年）”中提出了支持無人系統的通信網絡作戰架構。該架構規劃了無人航空系統、無人海上系統、無人地面系統通過視距或超視距手段將寬帶偵察數據傳輸給地面指揮控制站網關，所有無人系統的地面控制站網關通過國防信息系統網絡（DISN）將數據傳送到云支持的數據處理中心，數據處理中心由國防計算機中心負責，并將處理后的數據流通過GIG 分發給全球用戶。

3 融入網絡中心戰的關鍵技術

通過上述分析，無人機數據鏈正朝著通用化、網絡化、體系化、互操作方向發展，將無人機作為網絡中心戰體系中的一個節點，實現測控、偵察、協同、打擊的一體化。最終建立一個以數據鏈為基礎、以GIG 為依托、滿足空天地全維覆蓋的信息系統，在第一時間將正確的信息分發給正確的無人機平臺，有效縮短“OODA”的時間鏈。由此可見，根據無人機數據鏈的發展方向，接入網絡中心戰體系需要解決以下關鍵技術。

3.1 無人機數據鏈開放式體系架構設計技術

開放式標準和接口規范是降低無人系統互操作難度的關鍵，也是整合專用數據鏈的關鍵。開放式體系結構可參照和吸收美軍的聯合無線電系統（JTRS）的經驗，重點在消息格式、軟件無線電技術、動態浮動加載等技術方面開展研究。

無人機系統的消息格式主要包括飛行管理信息、航電管理信息、任務載荷信息、武器控制信息及數據鏈信息等多種，只有這些數據采用標準化的格式，才能方便地被各兵種數據處理中心識別，并進行存儲、處理、傳輸和分發。開放的體系架構必然是一個網絡化的架構，具備不斷演進的功能。通過國外的經驗可知，軟件無線電架構是一種開放的架構。軟件無線電技術可參考軟件通信體系架構（SCA）規范，ASAAC 標準等，構建軟件可定義的平臺終端。

3.2 多數據鏈融合處理與綜合集成技術

隨著無人機在多領域的應用，其用途也是多種多樣。為了支撐無人機不同的作戰應用，滿足無人機對不同類型信息的傳輸需求，無人機上需要裝備多種數據鏈。軟件通信體系架構（SCA）規范是實現無人機數據鏈綜合集成與信息互聯互通有效手段。制定統一的信息標準、網絡管理協議、波形規范和平臺集成交鏈協議，以使數據鏈具有靈活的應變能力，從而提高通信業務的質量，簡化系統硬件的組成，并通過軟件重用等技術減少新波形的開發周期。

3.3 智能綜合多域抗干擾技術

在未來戰場上，電磁環境將十分惡劣，信息化戰爭的態勢也將異常復雜。抗干擾能力的難點在于如何確定干擾頻譜并采用何種策略將其抑制。為了提高無人機數據鏈裝備抗干擾能力，需要解決多種無線信號帶來的干擾、信號特征暴露、保密性差等問題。采用多維的綜合抗干擾、抗截獲、抗檢測手段，實現多維抗強干擾信息傳輸與分發應對未來復雜電磁戰場環境，提高無人機數據鏈信息傳輸的可靠性和頑存性。主要可以從以下幾個方面考慮：

（1）時域上，通過增加發射的隨機性或減少發射時間來獲得抗干擾、隱身性能；

（2）頻域上，通過載波頻率的隨機、不規則變化來獲得隱身性能，如隨機跳頻；

（3）空域上，通過天線的智能空域濾波處理，提升抗干擾性能；

（4）智能域，通過人工智能，機器學習，自主決策采用合適的抗干擾策略，控制抗干擾波形參數，實現智能感知、學習、決策、實施，完成數據鏈抗干擾與效率的最優化。

3.4 基于人工智能的快速信息處理與融合技術

人工智能將成為下一代工業革命的助推器。美國已經將人工智能作為下一代武器裝備的核心之一。未來戰場將是個無人裝備為主的戰場，無人機不但可以通過預警機、有人機、其他彈藥武器獲取戰場信息，而且自身也攜帶較多的偵察設備，包括ESM、SAR、紅外搜索跟蹤、光電雷達、激光測距/指示等，這些信息呈現出多源、異構、海量的特點。為了解決在有限帶寬的條件下多源、異構、海量信息實時、高效傳輸和抗干擾問題，就需要使用目標特征提取與綜合識別、分布式數據挖掘、基于傳感器特性的數據壓縮等技術對海量信息進行預處理，剔除海量信息中的冗余部分，然后采用DDS 分布式數據服務，將獲取到的初步處理后的情報數據分發給網內各參戰單元。

4 總結

未來戰爭是無人化的戰爭，無人機將在未來戰爭中扮演十分重要的角色。無人系統是在以技術進步為基礎、無人機數據鏈以滿足作戰需求為前提、以提升軍事應用的深度和廣度為牽引下發展的，因此，無人機數據鏈需要開放的體系架構。無人機數據鏈網絡化以及多鏈融合的發展將進一步促進其在作戰體系中的性能發揮。無人機數據鏈通用化、網絡化、智能化的發展必將促進無人系統快速融入信息柵格，并且能夠適應無人系統作戰模式演進的需要。