数据链技术的发展及其在空面导弹中的应用

周学武，邹敏怀，张邦楚，黄剑斌，刘涛

（中航工业洪都，江西南昌330024）

0 引言

网络化制导技术是新一代飞行器急需解决的重大基础性问题，也是新一代精确制导武器的智能化、信息化要求，是实现空面导弹协同搜索、协同攻击，充分发挥整体威力、取得“1＋1＞2”的系统效应关键技术[1]。先进的指挥数据链系统在教练机训练和空面导弹使用中起到催化剂作用，极大地提高了装备研制的效费比。

美军从20世纪50年代开始了数据链技术的研究，建设了卫星广域数据链、战区通用数据链、军兵种专用数据链等满足多军种网络中心战需求，C4ISR系统建设随数据链技术发展成为最热门的军事技术研究领域，对其各种主战、侦察平台、先进导弹以及装备训练系统均已加装或准备加装数据链。充分体现了数据链技术能够支持、产生新的作战样式或对传统作战样式的提升，使得作战样式/战争样式发生了质的改变。其相对传统平台中心战而言，数据链技术是实现多平台连接的系统作战概念，数据链在其中起到了桥梁作用，提高了整体作战效能。

本文研究在下一代空面武器设计论证中，如何结合国家信息化体系建设趋势，分析空面武器数据链协同应用需求及武器协同战术数据链应用的可行性。

1 国内外研究现状

1.1 国外研究现状

1.1.1 协同成为武器技术发展热点之一

自协同作战概念提出后，美国、俄罗斯发展了相应作战武器系统。美国的网火作战系统，利用数据链实现广域多点武器发射协同制导技术。侦察/打击巡飞弹药，可与预警机、无人机、战斗机以及其它侦察/打击巡飞弹药等进行组网，实现对大面积目标区域的广域搜索、侦察、定位和战场态势评估，通过低速双向数据链实现信息共享，并为其它武器实现对目标的指示，可与其它攻击平台组网或弹弹之间组网，协同攻击目标，达到最佳的攻击效果。

俄罗斯提出了一些导弹群协同作战的观念和方法。俄罗斯Л-700花岗岩超声速反舰导弹可将陆、海、空基传感器，甚至卫星获得的信息融合，解算目标数据，实现目标信息共享，进行飞行任务规划，实施自主攻击，其领弹-攻击弹的攻击方式充分体现了协同使用的思想。

1.1.2 数据链技术发展带动了作战武器系统发展

美国从上世纪80年代初期开始一直在提升武器数据链能力，如图1所示。休斯公司上世纪80年代初期研制出的双向L波段武器数据链，主要用于精确制导武器和航空炸弹如GBU-15。美空军的F-111、F-15、F-16、B-52、F-18等飞机已装备美国空军超过3000套AN/AXQ-14系统。雷神公司研制兼具指挥、控制和通信功能，主要应用于制导武器如AGM-62导弹、控制AGM-62、AGM-84E、AGM-154等导弹，装备海军的F/A-18、P-3C、S-3B等飞机。在1999年的“盟军行动”中，美军的F/A-18战斗机就曾利用AN/AWW-13数据链接收无人机的侦察情报，并利用AN/AWW-13对增强型远程对地攻击导弹进行制导控制。

马丁公司研制了 “监视微型攻击巡航导弹（SMACM）”导弹，加装了LINK-16数据链系统。该数据链可分为单个武器控制“超视距”点对点型；多个控制者和武器通过网关进行超视距连接“节点网络”型；多个用户通过卫星接入国防部的全球信息栅格（GIG）的“综合网络”型。在WDLNACTD的多项试验中，验证了将Link-16用作武器实时指挥、控制的可行性，比如SDB、GBU-40、JDAM、“鱼叉”III等。

图1 美国数据链技术发展带来的武器系统变革

1.1.3 作战样式随技术发展而改变

新军事革命技术模式——系统集成 （System of Systems），将独立的情报侦察与区域监视、指挥控制、作战武器三方面的进行有机结合，做到实时互动，如图2所示[3]，使得战场态势透明在指挥者面前。

图2 战场要素系统集成

随工业技术水平的提高，美军以网络中心战为主要作战样式，已在隐身目标探测、战区导弹防御系统（TMD）等多级一体化的探测、指令、决策上装备了第三代信息融合产品，支持多雷达组网、多传感器组网以及天基平台支持陆海空战场传感器要素。其代表性的系统为多传感器组网系统（MSNS），包括探测组网、情报组网；协同作战能力处理器（CEP），实现多平台火力传感器信息全分布式融合。“战术瞄准网络技术”(TTNT)是一种基于因特网协议、高速、动态、Adhoc的数据链网络，可实现空军对时间敏感目标和移动目标的快速瞄准和精确打击。TTNT的核心技术可以支持基于网络中心战部队版本的互联网协议，连接战术飞机和地面节点，可以将全球信息栅格的能力拓展到移动平台上。TTNT是下一代数据链的代表，可以包含200个以上成员，可以看作大型网络。最近的测试表明其网络容量高达10兆，信息延迟优于1.8毫秒，网络管理协议更新速率和新用户自组网的时间均为3秒，作用距离200多公里，每个用户的通信容量优于2兆。

1.2 国内研究现状

联合信息分发系统JIDS[4]是我军自行研制的一种通信、导航、识别综合电子系统，具有强抗干扰、高保密、强抗毁生存能力。JIDS为多军种联合作战的自动化指挥系统使用起到了重要作用，是集通信、导航、识别于一体的系统。主要用于陆海空主战武器平台的指挥控制、战术协同和以预警机为中心的战场信息共享、联合作战指挥。然而此系统有位置信息更新率较低、较难支撑空面导弹战术数据链的网络化使用下重要信息共享能力，如战场态势姿态信息、目标协同信息、远程指挥信息等。

根据我军信息化和机械化综合发展以及新军事变革的要求，多平台数据融合技术长足进展。在武器协同数据链技术研究方面，武器协同数据链与平台传感器系统、武器系统、指挥控制系统和火控系统紧密数据交换关系，开展了各军、兵种作战平台之间实时建立低时延、高可靠的信息共享网络，高精度的时空统一体系和网络化、分布式、实时的协同处理机制研究，以满足对敌目标探测识别-精确定位-精确打击-效果评估一体化的作战需求。

2 武器数据链在空面武器的应用条件

2.1 明确网络化协同制导数据链战术功能

在美国等发达国家实现了以数据链使用为特点的三级层级系统，如图3所示，其系统功能明确，制导数据链隶属于数据链体系的第三层，与平台传感器系统、武器系统、火控系统紧密结合。此系统建立在机载、弹载以及作战平台具有合适的数据链系统、数据频段分配、数据量通信能力等基础上。

图3 作战网络层级

在采用多军种联合作战样式下，且数据链技术、卫星通信保障均处于待完备状态，在未来一段时间内需要发展武器数据链技术和装备空面武器数据链系统。空面武器协同功能可以采取采用统一规划、分军种实施，先建立和明确现阶段空面武器协同数据链的同源平台协同作战数据链为基础，后发展非同元协同平台的协同数据链系统，从同类武器协同装备到战场全武器协同两步走。逐步实现低时延、高可靠的信息共享网络和高精度的时空统一体系以及网络化、分布式、实时的协同处理机制，满足对敌目标探测识别-精确定位-精确打击-效果评估一体化的作战需求。

数据链技术在战场主要实现信息的互联互通，平台对武器的互操作功能，在美国无人机编队作战中明确提出智能化等级与其信息交互能力关系[2]，其中，1级为基本的一对一强制性或指令性的信息连通；2级为离散(一系列)的一对一的固定任务连通；3级为集中式一对多信息连通和平台信息交互与共享；4级为分布式多对多可动态配置链路和平台信息交互与共享；5级网络中心下分布式多对多平台信息交互与共享。在未来空面武器应用数据链后，其作战向智能化方向发展，根据空面武器的智能化程度，提出协同制导数据链战术功能。

2.2 通信容量/质量与效能关系

从通信网络对分布式融合结构与效能的影响的角度上[3]，对网络容量与数据节点关系作分析。如图4所示，网络一定情况下，网络内误差椭圆面积比随状态噪声变化，当通信网络的噪声由-4dB增大到6dB时，其网络内误差椭圆面积比由0.7降到0.6，下降率为14.3℅，即网络内通信质量使得通信误差增大；同时，网络内节点数n=1,2,4,8时，n=8和n=4的极限网络质量下降率为11.4℅其质量下降率为最小，同时，网络噪声由-2dB到0dB时，n=8网络质量明显优于n=4。体现了在网络通信容量一定的情况下，节点数量增加能够提高网内成员通信质量，但在极限情况下，网内成员数量的增加对质量的提高贡献有限。

因此，基于网络带宽(速率)的通信与制导可以通过协同节点增加网络内的信息共享，能提高对区域信息的效能。但是，网络内通信容量和通信质量制约网络内成员的效能，需要一定的通信容量满足多武器节点的需求，同时，需要网络和网络节点有一定的网络质量（抗干扰能力）保证多武器节点信息的正确性。空面武器多采用图像制导方式，其数据链设计必须详细结合导弹的使用进行统筹考虑，特别在下一代空面武器的多平台、多武器协同作战中，需要武器总体结合武器使用来论证设计数据链的具体需求。

在数据链单节点效能一定情况下，数据链节点数增加能有效提高网络效能[5]，提高作战优势理论依据曼特科尔费法则是建立一个网络的费用与这个网络中节点数成正比例增长，而这个网络的潜在效能/价值则是所连接节点数的二次函数关系，如图5所示。

图4 网络内误差椭圆面积比随状态噪声变化

图5 网络建设节点数与成本/效能关系

2.3 多武器兼容网设计与通信体制选择

武器协同数据链用户成员分布广泛，且用户具有高机动性，网络成员数多，成员相对位置变化快速，用户响应时间短，且要求抗干扰能力强等特点与卫星通信、载机互通机制差异较大。单一的FDMA、CDMA、SDMA、TDMA接入体制不能完全满足武器协同数据链的需求，因此，武器协同数据链系统需深入研究时分、频分、空分等多种接入体制和支持全向、定向、全向/定向综合工作方式。

在自主作战模式下，网内成员网络资源根据空面武器任务进行分配，需满足空面武器任务数据实时性、数据通信量要求。在网内成员通信模式下，空面武器网由作战任务实时工作，根据任务要求进行动态分配资源与组网，任务结束后释放任务子网资源，任务子网按作战任务可分为定向子网、全向子网和全向/定向结合子网，子网都支持功率控制。

3 结语

从发达国家武器和武器平台的信息化发展，分析了以数据链技术发展为中心，数据链技术提升了武器作战效能，改变了传统作战样式。同时，提出了发展信息化体系作战空面武器时需结合数据链技术能力。数据链技术的发展可应用于无人作战飞机、侦察/打击一体无人机、侦察/打击巡飞导弹等武器系统，应用于传统制导武器的智能化改造。

[1]林涛,刘永才,关成启等.飞航导弹协同作战使用方法探讨[J].战术导弹技术,2005.(2):8-12.

[2]陈宗基.无人机自主控制等级及其系统结构研究 [C].中国制导导航与控制学术会议论文集GNCC2010大会报告.上海.2010，10.

[3]赵宗贵.国防科技工业局信息中心培训之“信息融合新技术”讲义[C].北京.2011，5.

[4]韩瑞,秦红磊,丛丽等.JIDS/SINS/GPS组合导航系统两级故障检测结构设计 [J].航空电子技术,2008(39)3.

[5]王小非，张鸿海.海上网络战[M].北京：国防工业出版社，2006.