美军天基通用数据链及发展

魏晨曦

(北京跟踪与通信技术研究所,北京 100094)

美军天基通用数据链及发展

魏晨曦

(北京跟踪与通信技术研究所,北京 100094)

现代战争的作战样式已经发展到由指挥控制系统、侦察监视系统、联合火力打击系统等各种系统构成的作战体系的对抗。而这种体系对抗的胜负是取决于所有参战武器装备所构成的体系的整体作战效能。这就在客观上要求不同的武器系统之间实现互联、互通和互操作，各种资源被充分共享。通过数据链，可以将众多复杂的武器平台以及指挥控制平台有机地连为一体，实现战场态势共享，缩短决策时间，提高指挥控制速度及协同作战能力，发挥体系的整体作战效能。天基通用数据链(Space CDL)作为美军“作战响应空间”(ORS)计划下重点发展的关键技术之一，成功验证了成像侦察卫星的战术应用能力，并将成为美军构建多源战场情报体系的重要手段。

通用数据链；天基通用数据链；作战响应空间(ORS)；战术卫星(TacSat)

0 引言

在美军“军事转型”战略和“网络中心战”、“空天一体化作战”、各军兵种“联合作战”等概念引领下，美军空间装备面临着由战略支持向战术应用拓展，以及与战场信息化装备相集成等全新挑战。与此同时，在美军最近进行的几次局部战争中，以成像侦察卫星为代表的天基情报、监视与侦察(ISR)平台却由于传统数据传输方式的限制，难以满足战场作战人员获取实时的天基ISR数据的迫切需求。

为充分挖掘天基ISR平台的战术应用潜力，美军高度借鉴通用数据链(CDL)在空基平台的成功应用经验，通过“作战响应空间”(ORS)计划大力发展天基通用数据链技术。ORS计划下的“战术卫星”(TacSat)技术验证项目首次实现了CDL技术的天基应用，并成功验证了在战场条件下直接向低轨道成像侦察卫星下达任务指令，以及实时接收战术图像数据的能力。在此基础上，美军通过ORS计划下的首颗业务卫星(ORS-1卫星)推动天基CDL的实战应用。未来，美军还将借助于天基CDL，逐步完成天基ISR平台与现有ISR战术体系的集成。

1 美军通用数据链

美军的数据链发展大致划分为20世纪50～60年代“烟囱式”阶段、70～80年代联网阶段和90年代至今的一体化建设阶段。美军数据链经过几十年的发展，先后研制了40余种数据链系统，形成了适应信息化作战需要的数据链装备体系。美军为了满足其作战需求，发展了一系列专用和通用的数据链。20世纪90年代，美军研制了通用数据链(CDL)，并指定CDL作为图像和信号情报采集系统中使用的标准通信链路，反映了数据链将向大容量、通用化方向发展的趋势。

美军为了实现全球范围内的态势共享，提出了借助于卫星通信及其它远距离传输信道，形成一体化数据链系统的方案。一体化数据链系统在体系结构上分为3个层次，如图1所示，底层是陆、海、空和海军陆战队各军种本身的为某个局域服务的数据链；中层为Link16数据链，它把局域数据链联成统一的数据链，将三军数据链联系在一起；上层为远距离数据链，把各个Link16数据链联成国家甚至全球范围的数据链体系，在统一的网络管理下工作，从而达到整个作战空间范围内的态势共享，为三军联合作战和盟军协同作战提供更好的支持。

图1 一体化数据链示意图

2 美军天基通用数据链

2001年美军首次提出天基CDL概念。CDL作为美军充分定义并取得高度成功的数据链系列，长期应用于空基ISR平台，其功能贴近天基ISR平台的需要。将CDL向天基拓展不仅可以节省重新研制天基ISR数据链系统的成本和时间，还可以直接利用美军现役的CDL地面系统，有效配合空基ISR平台，形成多来源的战术ISR能力。

因此，美军于2004年再次推荐使用天基CDL作为ORS计划的标准通信结构。ORS是美军在2001年为确保军事航天技术优势、推动空间系统重大转型而提出的全新概念，其主要目标是：确保空间力量聚集于及时满足联合部队指挥官需求，并最终达到通过及时地增加、巩固和利用空间力量增强空间控制和空间支持能力，天基CDL正是ORS计划提供“为美国中央司令部服务的天基ISR能力”的基础。ORS计划在发展天基CDL的过程中，采用“两步走”的方式：首先通过TacSat项目验证天基CDL的可行性和应用潜力；随后再通过ORS-1卫星引导天基CDL向实战应用阶段过渡。

2.1 技术验证阶段

2003年，美国国防部转型办公室(OFT)提出了TacSat项目，通过一系列成本低廉的小型卫星，验证可实现战场快速响应的卫星平台和有效载荷技术，分别于2006年12月和2009年5月发射的TacSat-2、TacSat-3均将天基CDL作为重点验证的有效载荷技术之一。

基于TacSat项目对系统成本和研制周期的严格限制，以及技术验证项目相对较低的可靠性要求，TacSat-2和3均采用了基于“商用成品”(COTS)的空基CDL系统。

2．1．1 TacSat-2

TacSat-2天基CDL试验采用位于美国海军中国湖试验基地的“模块化互操作地面终端”(MIST)作为战场地面终端。MIST是美国陆军装备的移动式CDL地面终端，使用直径为1.83m的抛物面天线，支持U-2侦察机、“全球鹰”无人机等空基ISR平台的战场操作。TacSat-2任务中对MIST的软件进行了修改，使MIST天线能够根据内置的卫星星历表对TacSat-2进行跟踪。

作为首颗携带天基CDL载荷的技术验证卫星，TacSat-2在90min内成功完成了从接收战场用户成像要求并对目标进行成像，再通过CDL下行链路将图像下传给战场用户的完整任务流程。TacSat-2的验证结果表明，CDL/MIST是适用于战术成像卫星的可用星地链路。通过简单的软件修改，具有天基CDL载荷的战术侦察卫星能够支持美军在全球范围内的任意MIST终端。另外，TacSat-2还验证了MIST终端在侦察卫星与空基侦察平台间的快速切换能力。TacSat-2天基CDL系统演示示意图如图2所示。

图2 TacSat-2天基CDL系统演示示意图

2.1.2 TacSat-3

作为TacSat-2的后续验证项目，TacSat-3天基CDL系统除支持274Mbit/s高速下行链路外，还可以通过较低的数据率支持手持式的“远程操作视频增强接收机”(ROVER)，并且增加了网络能力。其传输示意图如图3所示。

图3 TacSat-3天基CDL系统传输示意图

TacSat-3技术验证项目使用位于美国科罗拉多州陆军空间与导弹防御作战实验室的战术地面站(TGS)作为CDL地面终端。TGS是美国陆军为作战部队使用作战响应卫星系统/高空长航时系统而开发的地面站，作战用户可通过TGS进行任务规划、调度、数据下传和分发。TacSat-3项目使用的TGS采用拖车式的3.05m直径的S频段自动跟踪天线和lm直径的Ku频段卫星通信天线。

在验证过程中，首先由战场用户向TGS提出成像任务需求，TGS生成格式化的任务指令数据并上传给TacSat-3。接收到任务指令后，TacSat-3可自主完成目标成像和数据处理工作，并通过天基CDL直接将战术图像产品下传给战场用户。TacSat-3任务中，从战术用户提出成像要求，到卫星进行成像、处理并将高光谱数据传输到战术用户终端，整个过程可在l0min内完成。

对于实时性要求不高的常规任务，用户也可通过“保密互联网协议路由网络”(SIPRNET)，利用任务操作中心和空军卫星控制网(AFSCN)向TacSat-3下达任务指令和接收图像产品。

2.2 实战应用阶段

2011年6月，ORS-1卫星成功发射。在TacSat验证项目的基础上，这颗ORS计划下的首颗业务卫星配备了重新设计的天基CDL系统。ORS-1卫星的发射，标志着美军天基CDL已成功完成前期技术验证阶段，并初步进入实战应用阶段。

与TacSat以试验验证为主要目标不同，ORS-1卫星直接面向作战用户使用，为美国中央司令部(USGENTCOM)提供实战ISR能力支持。作为ORS计划下的首颗业务卫星，ORS-1卫星在任务周期安排和可靠性方面，均提出了高于TacSat验证任务的要求。同时，ORS-1卫星的研制资金也相对宽裕。因此，ORS-1卫星不再采用修改空基CDL载荷的方式，而是重新设计了适用于成像侦察卫星的具备“空间等级”(space qualified)的CDL系统。ORS-1天基CDL系统才是真正意义上的首个“天基CDL”系统。

美国空军航天司令部第14航空队第50航天联队的第1空间操作中队负责通过空军卫星控制网(AFSCN)对ORS-1卫星进行运行控制，该控制中心是位于美国洛杉矶空军基地的多任务空间操作中心(MMSOC)。作为实战应用系统，ORS-1卫星通过“虚拟任务控制中心”(VMOC)和“分布式通用地面系统”(DCGS)完全融入了美军的ISR网络体系。

VMOC是基于网络环境的卫星任务规划和数据接收处理的综合系统，可通过标准的可视化界面，协助作战用户及时获取卫星任务状态、规划调度资源，协调不同用户需求，实现最大作战效能。DCGS是美军各军兵种通用的多源ISR信息综合应用系统，可对来自卫星、飞机以及地面和海上ISR平台的数据信息进行近实时接收、分布式处理和分发。

经历过TacSat项目的成功验证之后，ORS-1天基CDL系统的运行效率进一步提高。在执行战术任务过程中，从战场指令下达到完成数据下传的时间能缩减到6.5min。

根据ORS计划的未来规划，美军将大力推进以MMSOC、VMOC和DCGS等系统为代表的ORS地面系统建设，力求使ORS战术侦察卫星通过AFSCN和“全球信息栅格”(GIG)完全融入美军ISR战术体系，成为空基ISR系统的有效备份和重要补充，形成“空天一体化”的ISR作战网络，全面满足美军各军兵种的战术作战需求。此外，未来的ORS星座还将通过中继卫星支持遥测、指令数据的超视距传输。

3 美军天基通用数据链的下一步发展

美军天基CDL系统的发展充分借鉴了空基CDL系统的发展经验，走出了一条“空转天”的新型技术发展道路。实践表明，天基CDL在天基ISR数据战术应用领域具有广阔的应用前景。未来，天基CDL技术将以ORS计划为契机，逐步将其影响辐射到整个美军空间侦察体系，甚至扩展到民用和商用卫星遥感领域。

1)借助ORS计划，快速转入全面应用阶段。

经过TacSat-2、TacSat-3的验证，以及ORS-1卫星的成功发射，美军天基CDL作为一项新兴技术，在短短几年的时间里就完成了从概念到验证，再到初步应用的转化过程。天基CDL技术得以快速研发成功，一方面在于空基CDL技术的高度成熟，为天基CDL提供了较高的起点；另一方面，航天技术快速研发也是ORS概念的内在要求。

未来，随着ORS计划阶段性目标的逐步实现，天基CDL也将转入全面应用阶段，这一目标最快将在2015年实现。

2)加速网络体系更新换代，促进指控系统完成转型。

天基CDL载荷需要相应的地面基础设施，美军虽然已经充分利用了现有的空基CDL地面基础设施，但仍需要对传统的卫星控制网络和军事航天系统指控管理体系进行升级、改造。同时，面向战场作战的应用模式也对美军空间系统的指控体系提出了新的要求。

未来结合ORS计划的现阶段目标，美军将继续推进与天基CDL技术相适应的地面设施建设、网络体系集成和相关技术研发，并在此基础上开展方便战术作战应用的空间系统指控系统转型。

3)引发应用模式空前变革，发挥民用领域应用潜力。

天基CDL技术具有提供实时战术图像的能力，为空间成像系统的应用模式带来了一次巨大的变革。地面用户可以根据紧急任务需求，现场提出成像要求，并通过手持终端等设备直接接收处理后的卫星图像，这种应用模式不仅能够用于支持美军作战，而且在民用领域也有着巨大的发展潜力。

4)形成货架式标准产品，可能应用于商用系统。

目前，以L3通信公司为代表的设备制造商已经能够提供模块化的天基CDL载荷产品，以及相应的地面系统解决方案。商用卫星遥感运营商可以通过标准的卫星接口，在其下一代成像卫星上直接应用天基CDL技术，以达到扩大军方市场和缩短图像产品交付周期的目的。未来，随着美军ORS计划的成功，天基CDL载荷很可能率先用于美国运营商的商用成像卫星系统，为美军提供商用卫星侦察能力支持。

4 结束语

美军近年来的几次局部战争经验表明，战场战术应用已经成为空间侦察系统的必然发展方向，在此基础上提出的天基CDL系统已经展现出巨大的战术应用潜力。为积极应对美军天基CDL系统所代表的空间侦察系统转型，在全球作战环境下争取主动，应大力推进供成像侦察卫星战术应用使用的星地数据链系统，并尽早进行相关技术的演示验证。■

[1] 李高峰,王余涛.美军天基通用数据链发展研究[J].国际太空,2013(11)：47-58.

[2] 黄晓华.唐秀玲.空间通用数据链[J]. 通信电子战,2010(1).

[3] 金连友.外军宽带数据链发展综述[J]. 无线电通信技术,2008，34(3)：32-34.

[4] 陈颖,邓洁,许林.美军战术通用数据链的发展[J]. 电讯技术,2007，47(1)：1-3.

US military space common data link and its development

Wei Chenxi

(Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology,Beijing 100094,China)

The battle mode has developed into the combat system countermeasures, based on the composition of command and control system，reconnaissance and surveillance system，joint fire attack system，etc. The victory or defeat lies on the whole operational effectiveness composed of all joining battle weapon equipments. This is required to achieve interconnecting, interworking, interoperating among different kinds of weapon systems, and all kinds of resources can be fully shared. By way of data link, numerous complex weapon platforms and command control platforms can be connected organically, realizing battlefield situation sharing, shortening decision-making time, increasing command and control speed, and enhancing cooperative combat capability, exerting the system′s integrated operational effectiveness. Space common data link(CDL) as one of the key technologies developed by the US military forces under the operationally responsive space(ORS) program validated the tactical application ability of the imaging reconnaissance satellites successfully, and will be turned into the important method of the US military forces constructing multi-source battlefield information system.

common data link(CDL)；space CDL；operationally responsive space(ORS)；TacSat

2014-11-30；2015-02-02修回。

魏晨曦(1968-)，女，高工，从事导弹、航天领域科技情报研究工作。

TN919.6

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