机载数据链现状及发展趋势分析

李国梁

(中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西 西安 710068)

0 引 言

数据链是一种按照统一消息格式和通信协议链接各作战平台，并且交互战术信息的数据通信系统。数据链根据装备平台作战的不同需求，可分为机载数据链、舰载数据链及车载数据链等。其中，机载数据链的功能是在飞机与飞机之间以及飞机与地面、舰艇之间能够共享语音和数据通信、雷达跟踪情报以及光电图像。

1 早期机载数据链

美军作为最早研究数据链的国家，其数据链型号众多。而机载数据链是针对飞机特定的作战需求所设计的，主要用途包括地面指挥所对飞机的指挥控制，以及飞机完成对地、对海打击任务。图1为美军机载数据链发展简图。下面具体说明美军已装备的4种机载数据链。

1.1 Link-4

20世纪50年代末，Link-4开始装备美国海军，美国海军通过Link-4进行战术方面的指挥控制。该数据链采用单向时分复用技术，其功能包括发送作战飞机导航指令，并指挥舰载机对空作战[1]。Link-4 A是Link-4的改进版本，Link-4 A改进为双向通信，最多可承载8个用户。

1.2 Link-11

Link-11主要用于美国海军，可以收发雷达情报以及共享战场态势。其中包含2个版本：战术数字信息链路-A(TADIL-A)与战术数字信息链路-B(TADIL-B)。TADIL-A主要应用于飞机、舰艇以及陆基平台，其网络为半双工网络；TADIL-B主要应用于陆基平台，其网络为全双工网络[2]。

1.3 Link-16

Link-16是北约和美军目前装备数量最多的一种保密、可靠、抗干扰的机载数据链。该数据链能够处理标准消息与语音。Link-16的主要功能包括时间同步、格式化消息收发、成员入退网等。Link-16适用于联合作战时各军兵种(陆军、海军、空军)之间的战场态势共享和协同作战。

1.4 Link-22

20世纪80年代，美国和北约开始研发一种新型战术数据链，即Link-22[3]。Link-22是一种保密、抗干扰的通信系统，主要装备在飞机、舰艇、岸基中心。Link-22比Link-11数据链承载用户数量多(Link-11承载用户数为61，Link-22承载用户数为125)。

图1 美军机载数据链发展简图

2 新一代机载数据链

随着科技的发展，作战范围将越来越大，传输的信息也越来越多，美军已装备的上述4种机载数据链(Link-4、Link-11、Link-16及Link-22)在传输速率、组网方式等方面都已经无法满足现代作战需求。为此，美军对机载数据链提出了新的指标要求。为了能在远距离上迅速锁定敌方战术目标的方位，并及时将信息提供给武器单元，实现快速打击，美军对数据链网络提出了实时性方面的要求。由于机载侦察系统收集的图像数量越来越多，并且作战飞机需要对战场进行实时管理，接收和发送情报，新一代机载数据链面临着高带宽、灵活组网等方面的要求，其装备情况如表1所示。

2.1 战术瞄准网络技术

战术瞄准网络技术(TTNT)是一种机载无线通信系统。TTNT采用互联网络协议(IP)与Ad hoc技术，组网灵活，可快速入退网。TTNT网络数据传送速率最高可达10 Mb/s，最低延迟仅为2 ms。同时，TTNT能够为飞机提供战术定位、复合跟踪、瞄准打击等技术，适用于未来的空中作战平台。

2.2 机间飞行数据链

机间飞行数据链(IFDL)仅装备于F-22战机，其目标是为F-22编队成员提供高可靠及灵活机动的通信手段[4]。IFDL通过定向通信的方式，保证了F-22飞机的隐身性能，同时也保证了IFDL的低截获性，但IFDL定向通信的特点也导致了其它数据链无法发现该平台。为了改变这个问题，美军正在寻求该数据链的改进方法。

2.3 多用途先进数据链

在IFDL基础上，美军研发了多用途先进数据链(MADL)。MADL主要用于各编队成员之间共享战场态势等信息，该数据链是专门为F-35设计，其特点是高宽带、高速率、低截获。MADL通过极窄波束和极低发射功率的通信方式，确保了F-35的隐身能力。近期，美军希望改进MADL，以实现F-35战机与其他作战飞机的协同作战。

表1 机载数据链装备组成表

3 发展趋势分析

从美军与北约的数据链发展历程来看，数据链系统的未来发展方向是高速率、大容量、低时延。而民用移动通信技术(如5G)很好地解决了上述3个难点，5G的许多新技术值得数据链借鉴与学习。

通过美军已装备和正在装备的数据链，可以看出美军的数据链型号众多，而且各军兵种独立开发的系统互不兼容，并逐步向多种数据链系统并存发展。在多数据链共存的情况下，如何实现各数据链之间的信息融合是美军未来需要解决的问题。而物联网技术对于多数据链融合具有一定的启发作用。

3.1 5G技术

近年来，由于移动通信方式的迅猛发展，移动网络对人们的生活、工作等各方面的影响越来越大。5G技术结合了移动互联网和物联网技术，其关键技术主要包括高速率用户体验、高密度连接数以及低数据时延等，三大特点如图2所示。5G满足高速率、高密度、低时延的用户需求，可为用户提供更为优质的体验。其具体内容如下所述：

(1) 高速率用户体验

5G技术通过使用低频率资源，并提升频谱效率，可满足用户高速率的需求；同时，采用大规模天线阵列和新型多址技术，提升整个系统的频谱效率。5G技术涵盖从低速到高速(0.1～1 Gbps)用户体验速率。在移动场景下，如果大部分用户观看高清视频，则用户速率需要达到100 Mbps。在某些特殊场景下，5G网络最高峰值速率可达10 Gbps。

图2 5G关键技术场景图

(2) 高密度连接数

5G采用超密集组网技术，可提高局部地区的高密度通信需求(如大型会议、节日庆典等)。通过增加基站部署的密度，并且提高频率复用的效率，可以满足5G网络局部地区的高密度通信要求。随着移动通信的发展，移动通信网络的对象范围扩大，除了人与人之间通信，还增加了人与物(如传感器、仪器等)、物与物之间的互联互通。其中，5G网络的高密度连接数可达100万/km2。

(3) 低数据时延

5G技术采用较短的帧结构和经过优化后的信令流程，以及引入新型多址和终端直接通信(D2D)等技术，缩短了数据中转的时间延迟。这一系列措施都降低了传输时延，满足了5G网络的低时延要求。其中，5G网络的端到端时延可达毫秒级。

通过以上3点可以看出，5G采用大规模天线阵列、新型多址、超密集组网以及D2D等技术，可满足高速率、高密度及低时延的用户需求。而机载数据链可以借鉴5G技术，采用最新的天线阵列技术，增加收发信道，选取效率更高的编码方式以及更加灵活的组网方式等手段，提高数据链性能，以满足瞬息万变的战场需要。

3.2 物联网

物联网是指信息化传感设备按照约定协议，将物品与互联网连接起来，并进行数据交互，实现了识别、定位、跟踪和管理的网络，这是互联网络的扩展，其可延伸至物与物之间进行信息交换和通信。

物联网系统通过传感器获取信息，其信息由于传感器的性质、类型的不同，导致信息的形式和内容具有差异；由于传感器感知区域的局限性，导致信息的不全面[5]。通过异构数据融合技术可消除信息中的差异性和不全面性。异构数据融合是将异构数据进行综合处理，最终得到准确全面的信息。数据融合首先在原始数据基础上进行数值融合，进行特征提取；然后对提取出的特征信息(如目标方向、速度等)进行综合分析和处理；最后根据处理后的信息，进行综合推断，得出融合结果。通过数据融合，系统可增强抗干扰能力，减少数据冗余，增加数据精确性等。

机载数据链的型号众多，各链之间相互隔离，无法充分发挥多种数据链的作战性能。在一个作战平台装备多种机载数据链的情况下，多种数据链接收到作战信息，然后采用物联网的异构数据融合技术，将各链的作战信息融合处理后，上报至作战人员。这样，作战人员将得到更加准确全面的战场态势，利于夺取战场的主动权。

4 结束语

随着数据链的发展，夺取制信息权成为了未来战争的关键，准确全面的战场信息就显得尤为重要。民用无线通信(如5G和物联网)中的许多技术将会为数据链的发展提供有益的借鉴和启发。