数据链2.0:智能化战争的制胜利器

陈赤联 唐政 胡军锋 王瑜 姜希

1.中国电子科技集团公司数据链技术重点实验室陕西西安710068

战争的形态随着技术的发展在不断演进,从中美贸易摩擦到世界经济、文化、战争格局的不断变化,预示着战争已进入了无边疆、无边界、不分前沿和后延的时代,战争优势也从机械化逐渐向数据化和信息化快速转变[1-2].数据链作为信息化战争的基石,将战场上的作战要素连成一个有机整体,以统一消息标准和通用处理协议,实现从传感器到射手的数据/信息无缝链接,通过分布式数据处理,形成战场统一态势,面向战术任务的达成,对作战要素进行指挥控制,实现作战要素优势互补和资源共享,有效实施精确打击.纵观近几十年来的几场高技术局部战争,数据链都扮演了相当重要的角色,深刻影响了战争的进程和结局,数据链的发展推动着C3I 系统向C4KISTAR 系统的形成与发展,是将信息优势转化为战斗力的关键且有效的手段.

然而,随着物联网、云计算、人工智能等新技术的快速发展,智能科技将渗透到战争全要素全过程,加速战争形态向智能化演进[3].战场空间从传统的“陆、海、空、天、电、网”物理域向泛在社会域、认知域拓展,物联网成为战争的基础,物理域、信息域、认知域、社会域四域深度融合,使战场全息透明,智能化作战对数据链也提出了新的要求.数据链2.0 旨在通过数据链将能力分散的作战要素连接起来,形成一个有机的整体,以“聚整为零、化零为整”的思想,通过可靠数据传输和高效数据交互与共享实现全维跨域协同、高度融合与自然聚散,以松耦合方式将武器与武器联网,构建网络信息体系在战场上的应用示范—“武联网”.本文在数据链2.0— 武联网“浮云、泛网、智端”的主体架构下[4-5],针对强对抗环境下的不可靠组网传输、不完整信息态势形成、受限条件下的精确控制等难题,进一步提出智能终端决策处理、机器间智能态势统一理解、智能终端自主控制等技术发展思路,给出数据链2.0 技术体系架构模型、互操作应用模型、组网传输架构模型以及能力评测模型,为数据链技术创新发展和装备体系建设超越式发展提供了重要技术支撑.

1 数据链技术发展现状分析

数据链的研究最早开始于20 世纪50年代,随着作战需求不断发展和转变,以及通信技术和信息处理技术突飞猛进的发展,数据链性能不断提升,数据链系统也在飞速发展,以美军和北约为代表的发达国家已构建了较为完善的数据链体系架构,并形成了以Link、CDL、WDL 系列和CEC、MADL 等为代表的装备体系[6],如图1所示.

通过分析国外典型数据链发展历程,对比不同数据链的技术特征及功能与地位[7-10],可以看出数据链技术的发展推动了C3I 系统向C4KISTAR 系统的形成与发展.随数据链技术的发展推动了C3I系统向C4KISTAR 系统的形成与发展.随着战场形态从“非对称”向“对称”转变,以及物联网、云计算、人工智能等新技术的快速发展,未来战争更强调构建低成本、快响应、短周期装备的作战体系,发展跨域、智能、联合作战能力.美国DARPA 在2015年启动了SoSITE 项目,旨在通过数据链构建创新的空中“无线总线”架构,将飞机、武器、传感器和任务系统连接在一起,把空战能力分布于大量可互操作的有人和无人平台上,使关键的任务功能分散在各种有人和无人平台上,提高在竞争环境下的军事投送能力.同时,美国DARPA 开展了Dy-NAMO、C2E、CODE、DBM、马赛克战等一系列相关项目研究[11-13],探索强对抗射频环境中动态自适应网络技术,保证所有类型航空平台在面对敌方主动电子干扰时,在一定的安全等级下进行即时高速通信[14]; 研究具有更高容量,更低延迟,更强抗干扰性和更低可检测性的通信技术,解决未来竞争环境下的网络化通信资源受限问题; 开发分布式、自动化、智能化的辅助决策软件,解决对称战争环境下,信息网络受限时对作战资源的可靠管理与控制问题[15].美国旨在通过上述关键技术的突破,有效解决强对抗射频环境中的作战资源有效管理和使用问题,将战场上分散的作战资源连接成一个有机的整体,根据作战任务灵活组合使用,形成新质作战能力,从而比实力相当的竞争对手更快速且更经济地实现把全新技术集成进未来的联合作战系统中.

2 数据链技术体系

随着无人化、智能化联合作战军事需求不断深化以及信息技术的快速发展,未来作战样式从“集中式”向“分布式”转变,对数据链信息处理能力需求也从“数据处理前移”向“信息处理前移”再向“决策处理前移”不断提升,这就需要将智能化实体资源表征不断“微”化处理,从“系统级”向“平台级”再向“模块级”虚拟化统一表征,通过语法、语义、语用的一致性智能交互,消除由于人、平台、设备差异性造成的对事物认知和理解的偏差,实现“机器互识”,即机器与机器间的“无偏差”统一理解和认知.然后,根据作战任务需求,对资源要素进行动态重构,组成新质作战能力清单,从而为无人化、智能化、体系化的群体联合作战能力提升提供重要支撑.

数据链2.0 面向未来智能跨域协同作战互操作应用需求,在抗毁顽存的网络传输支撑下,通过语法、语义、语用操作,完成知识、策略等信息的高效流动、转换,形成共识机制,实现战场资源高度融合与自然聚散,降低作战成本,增强体系作战快速响应能力.数据链2.0 体系架构如图2所示.

图1 数据链装备体系发展

图2 数据链2.0 体系架构

数据链2.0 体系架构的核心要素为数据、规则、控制和应用.

1)约束数据:区别于物联网在物理实体之间交互的数据,数据链的数据是指在作战要素之间交互的数据,这些数据具有精细颗粒度、实时高效、短消息的特征.

2)组合规则:数据链将构建基于开放共识、去中心、安全的分布式规则库,通过数据共识机制对规则进行动态组合应用,实现灵活适配动态作战任务变化的快速响应能力.

3)协同控制:区别于移动通信从基本业务覆盖到高密时敏控制,数据链的协同控制是从信息处理前移到决策处理、具有机器互识特质,对微端进行智能实时控制.

4)广泛应用:数据链的应用以关联作战、平战共用、军民两用为目标,以数据链的任务自适应要素级跨层组网协议为例,其技术思想可与工业物联网从IP 网络到跨层协议优化互为借鉴.

数据链2.0 通过全域作战要素数字化统一表征技术对物理实体资源进行感知和虚拟化,然后通过任务自适应的抗毁网络架构和组织、多功能一体化波形与自适应传输控制等关键技术实现机器间的统一理解和认知,再通过基于统一建模理论的数据链互操作性测试与评估、智能终端控制等关键技术实现对终端的控制,从而完成智能跨域协同作战任务.技术架构如图3所示.

图3 数据链2.0 技术架构

2.1 数据链总体技术

数据链总体技术旨在针对未来无人化、智能化联合作战新军事样式变化,结合物联网、云计算、人工智能等新技术发展,研究数据链2.0 技术体制、指标体系、集成应用等理论与方法,构建以侦控打评信息高效流转为核心特征的智能跨域杀伤网应用架构模型,重构新质作战能力清单,实现战场资源的弹性优化管控,支撑发现即摧毁能力形成.

数据链技术体制如图4所示,是指为保证数据链满足作战任务所作技术规定的总和,如网络运行与管理体制、消息格式设计、信号波形标准、数据保密机制、抗干扰体制、时空同步机理、工作模式规定等.

数据链指标体系如图5所示,是指若干个相关联系的战术功能指标、技术性能指标以及其他与数据链装备应用相关的指标.指标体系的全面性、层次性直接关系到数据链系统的评估质量.

数据链集成应用架构模型如图6所示,是指通过各类作战要素数据进行分类处理形成对作战要素准确描述的信息,将“观察链”与“杀伤链”无缝连接,缩短发现到打击的时间,增强情报侦察的确定性,减少操作人员引入的误差和不确定性,改变目前“观察”与“杀伤”相互孤立且交互不可靠的现状.

图4 数据链2.0 技术体制

图5 数据链2.0 指标体系

图6 数据链集成应用架构模型

2.2 互联互通互操作技术

互联互通互操作技术旨在解决“数据链2.0—-武联网”形成“发现即摧毁”能力过程中的智能跨域互操作问题,如图7所示,其技术思路可以概括为两大标准、三大模型和多功能网络.

图7 数据链互操作技术思路

1)两大标准:促进物理要素和信息系统融合的数据元素字典和促进作战流程和网络信息融合的消息协议标准,共同构成了简捷、高效的机器交互语言系统.

2)三大模型:态势理解模型、群智决策模型和协同控制模型,是数据链智能化互操作的引擎.

3)多功能网络:网络传输和时空同步一体化网络,是数据链互操作的基础支撑.

互联互通互操作技术通过全域作战要素数字化统一表征,将物理域实体要素通过数字化虚拟映射至信息域;构建全维域作战要素互操作模型,通过语法一致描述、语义规则统一、语用行为规范,消除人、平台、设备差异性造成的对事物认知和理解偏差,使得机器与机器间智能统一态势理解、决策控制与战术协同,从而实现“机器互识”,为网络信息体系向战场末端聚能提供重要支撑.数据链2.0 互操作模型如图8所示.

2.3 数据链组网技术

数据链应用于战场前沿,网络更易受敌方干扰与攻击,网络结构必须具备适应复杂战场环境和具备抗毁抗侦的能力; 满足快速部署、用户动态接入、分布式管理等要求,数据链网络必须具备基于任务和态势临机组网; 强对抗条件下实现智能微端实时控制,数据链网络必须具备不依赖于外部导航设备的自主时间同步和相对导航、作战要素信息实时接入与安全可靠传输能力.即需解决面向任务的自组织网络快速构建、强干扰环境时敏信息可靠传输、满足协同感知与控制要求的高精度自主时间同步与相对导航等难题.

图9 给出了数据链2.0 网络架构,通过电磁态势分布式协同感知、任务自适应的抗毁网络架构和组织理论与技术、智能化网络设计规划与在线动态网络规划技术、轻量化网络监视管理理论与技术的突破,构建触发式窄脉冲智能交战网络,解决高动态、强对抗条件下的网络抗毁抗侦架构问题,将智能预规划与在线动态规划相结合,智能调整网络资源,支撑节点随遇接入,并智能适时调整网络拓扑,为构建复杂电磁环境下的抗毁顽存弹性网络提供技术支撑.

图8 数据链2.0 互操作模型

图9 数据链2.0 网络架构

2.4 数据链传输与控制技术

针对未来无人、智能跨域协同作战任务,数据链传输与控制技术更强调边缘智能环境感知、可重构传输架构与自适应传输控制,通过设计多功能一体化波形,扩展实现通信、定位、识别、干扰、探测、控制的一体化功能集成,支撑战场末端侦控打评全流程战术功能实现; 通过设计合理的信号格式与帧格式,保证业务、定位、控制信息同步交互; 采用通信协议跨层优化设计方法,提升数据传输与控制的时效性; 通过物理层联合多域设计方法,完成抗干扰、抗截获、高隐蔽的可靠链路设计,从而提高强对抗战场环境下信息的低时延、高可靠、广覆盖、智能化传输控制能力,实现体系协同侦扰抗诱骗作战效能提升.数据链2.0 传输与控制架构如图10所示.

图10 数据链2.0 传输与控制架构

2.5 数据链测试与评估技术

数据链效能的发挥与作战方式、作战筹划、作战流程等紧密相关,随着作战向无人化、智能化、体系化发展,数据链测试与评估技术主要是解决数据链装备从战场“源头”到“应用”的体系级全生命周期测试评估问题,通过研究数据链装备性能指标动态测试技术、数据链系统功能验证技术、基于统一建模理论的数据链互操作性测试理论与方法、基于信息价值模型的数据链体系贡献度评价方法、数据链效能评估方法等测试方法和技术,构建内外场联动的测试评估一体化平台,支撑新质作战能力按需生成与迭代提升,提高测试评估方法与平台的自动化、智能化与通用化程度,为摸清数据链性能底数和效能底数、促进数据链好用管用奠定技术基础.数据链2.0 测试与评估架构如图11所示.

内外场联动的数据链测试评估一体化平台如图12所示,由平台控制子系统、数字仿真子系统、数据管理子系统、半实物模拟子系统和外场验证子系统组成,针对体系对抗涉及陆海空天潜赛博等各作战域,传统实装试验靶场将难于满足验证、测试、评估、优化一体化发展需求,采用虚实混合仿真技术实现大规模异构数据链测试评估资源的集成和管控,形成测试评估标准规范.

图11 数据链2.0 测试与评估架构

图12 内外场联动的数据链测试评估一体化平台

2.6 数据链终端技术

数据链终端技术旨在设计集通信、定位、识别、控制一体化处理的智能终端,针对系统要求,通过采用软件无线电等先进技术实现数据链装备的综合化,提高数据链设备的可靠性、可重构性、资源共用性;通过采用微电子和芯片技术实现设备的小型化,扩展数据链设备的用户范围; 研究宽频段大功率自适应发射技术、数据链多功能波形实时动态构建技术、数据链多用户信息并行可靠收发处理技术,以及数据链天线设计技术和基于空时信号处理的自适应调零天线设计技术等,共同支撑实现数据链2.0 智能化端机设计与实现.

综上所述,数据链2.0 针对作战进程的不断深化,将作战要素之间交互的数据深入细化表征,将网络信息体系中能够支撑作战任务的有用信息进行实时高效、短消息编码,以适应战场末端强对抗条件下高可靠信息交互要求;通过构建基于开放共识、去中心、安全的分布式规则库和数据共识机制,实现战场末端高动态条件下的灵活快速响应; 不断提升微端智能化控制水平,以实现不完整信息条件下的自主智能态势感知与决策处理,从而支撑发现即摧毁能力的形成,为实现网络化信息体系条件下智能跨域协同作战效能提升提供重要技术支撑.

3 结论

针对未来信息化、智能化、体系化跨域联合作战新军事应用需求,融合新技术发展,数据链2.0 构建以全域作战要素互操作、侦控打评信息高效流转为核心特征的智能跨域杀伤网,通过智能决策处理前移、机器一致态势理解、智能微端控制等关键技术研究与发展,实现网络信息体系向战场末端聚能,支撑发现即摧毁能力的形成.数据链技术的快速发展必将成为加速军事智能化作战样式变革的重要支撑力量,对未来信息化、智能化、体系化联合作战模式产生重大影响.