外军导弹数据链现状与发展启示

蒋开创, 夏高峰, 王恋恋, 李腾飞

(上海无线电设备研究所,上海 201109)

0 引言

数据链是网络信息体系向作战平台延伸的关键性装备。导弹武器数据链是导弹武器与作战体系之间信息无缝铰链的基础,可支撑新型导弹武器形成基于信息系统的体系化作战能力[1-3]。

导弹作为远程打击的主要武器,在作战中起着至关重要的作用,各种具有精确制导能力的智能导弹技术不断得到发展和应用[4]。导弹武器数据链技术是现代导弹武器的关键技术之一。通过与现代信息技术相融合,导弹武器数据链技术在战术导弹的应用中逐渐完善,已成为现代信息化战争中导弹武器的基础保障[5]。近些年美军导弹武器作战样式向分布、协同、认知等方向发展,数据链可支撑武器跟踪、火力控制、态势感知、协同应用,是导弹武器能力跨代、作战样式创新发展的关键。

1 导弹数据链需求与能力分析

1.1 导弹联合作战应用分析

在信息网络支撑下,作战样式从线性捆绑的平台中心战模式,向基于网络协同的分布式多维战场空间的网络中心战转变。基于信息网络支撑的分布式动态杀伤作战如图1所示。

图1 分布式动态杀伤作战示意图

通过网络信息系统将侦察、通信、指挥、打击、保障等作战要素有机融合,实现信息流实时联通,促进基于信息系统的作战要素“分散布置、实时生成、适时聚集、精准释放”的分布式动态杀伤[6]。

信息化联合作战特征表现为多类型、多层次作战要素广域战场空间的异地部署、态势高度分散和火力精确控制。以时间为轴线的预先、静态、线性的传统作战,在信息系统支撑下,向流动、全域、非线性、多维一体的灵活动态作战转变。

导弹数据链为导弹武器与作战体系之间提供全域无缝信息保障,具有链路平台一体化、信息传输实时化、传输内容格式化、时间空间一致化、传输方式多样化等特征,并具有较强的抗干扰和保密数据传输能力。数据链为导弹武器提供了广域信息互联、透明战场感知、统一时空基准能力,可支撑导弹武器按照“高中低垂直兼顾、远中近全程覆盖、快中慢无缝衔接”的模式开展联合作战,实施兵力广域分散统筹部署,精确控制火力释放[7-8]。数据链支撑下的导弹武器联合作战如图2所示。

图2 数据链支撑下的导弹武器联合作战

通过数据链将各独立分散的导弹链接成信息共享的有机体,实现资源共享、信息融合以及决策算法等协同处理,并从作战任务、作战区域、作战程序、作战空间、作战时间等方面进行合理规划和统筹控制,达到导弹武器联合作战效能的最大化。

1.2 导弹数据链作战能力分析

战术数据链是联合作战网的骨干,而导弹数据链是联合作战网络向武器末端延伸的网络接入分支。导弹数据链有数据更新速率高、抗多普勒效应、信息自动处理等要求。导弹数据链链接导弹、飞机、舰船、卫星等机动作战平台,解决战术前沿端到端的实时互联互通,基于消息协议和处理规则自动实现战术信息处理,有效达成导弹与其他平台端到端的互操作。导弹数据链的主要功能是完成武器弹药的制导、导弹武器编队协同,可分为导弹控制数据链和导弹协同数据链。

导弹控制数据链用于实现导弹发射平台、控制平台、武器弹药、传感器之间的实时链接,满足对导弹“人在回路”的实时管控需求。导弹控制数据链可实现弹-星-地-舰等平台铰链,导弹在脱离发射平台后,可利用数据链由作战网络中的任意平台控制,降低视距传输对发射平台的限制。利用数据链可在线更新制导指令,修正飞行弹道、对目标进行重新瞄准和锁定,提高导弹发射平台的战场生存能力,提高导弹武器超视距打击能力、打击精度和灵活机动性能。

导弹协同数据链用于实现导弹平台间目标探测、毁伤、识别等作战要素的实时链接,满足导弹武器体系化协同作战的实时、高效、可靠信息传输需求,支撑导弹协同探测、协同制导、协同编队、协同打击等集群作战样式。利用导弹协同数据链可以构建大规模的弹药集群作战能力,实施大规模、多波次、跨区域的打击,支撑弹群多传感器信息融合共享能力形成,提高导弹搜索能力和跟踪精度,提高导弹的体系综合作战效能,降低单弹任务载荷需求。

2 国外导弹数据链发展现状

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。美军从20世纪80年代起,将导弹数据链纳入整个数据链体系中,大幅提升了导弹武器作战打击与杀伤能力[9-10]。

2.1 导弹数据链发展历程

导弹数据链技术的出现与发展和导弹制导体制、作战样式的发展密不可分。早期的导弹数据链主要用于实现作战飞机与武器弹药间的互通,即作战飞机机组人员可在发射武器弹药之后,继续向其传输更新后的目标坐标信息,并接收武器弹药上加装的传感器所获得的情报信息。

以外军空空导弹数据链发展为例,伴随着空战体系的演变,空空导弹经历了四代发展[11]。以美国“麻雀”-1、AIM-7A等为代表的第一代空空导弹采用驾束制导体制,导弹在照射器的波束内稳定飞行直至命中目标,载机和导弹没有目标数据传输的需求。以美国“麻雀”-3A、英国“火光”等为代表的第二代空空导弹采用连续波半主动雷达制导,以美国“麻雀”-3B、俄罗斯R27等为代表的第三代空空导弹采用单脉冲主动雷达制导,导弹根据目标回波和载机雷达的直射波,确定自身与目标的相对位置,无中制导,也没有使用数据链。随着空中作战样式发生深刻变革,以美国AIM-120、俄罗斯R-77、欧洲“流星”等为代表的第四代空空导弹具备超视距全向作战、灵活发射、他机制导等能力,采用指令中制导、惯性制导、主动雷达末制导等复合制导方式,空空导弹与载机在中制导段的信息传输依靠导弹数据链。

导弹数据链体系的构建得到了美国各军种的关注,美国多家导弹和炸弹制造公司先后制定了将各自研制的武器联成网络的验证试验计划。如洛克希德·马丁公司推出了联合空面防区外导弹(joint air-to-surface stand off missile,JASSM)、雷神公司推出了联合防区外武器(joint stand off weapon,JSOW)、波音公司推出了联合制导攻击弹药(joint direct attack munitions,JDAM)和小直径炸弹(small diameter bomb,SDB)等。随着数据链对导弹武器体系作战效能提升能力的逐渐凸显,导弹数据链也被美军纳入到整个数据链体系中统筹发展。

新一代导弹是机械化、信息化时代的产物,导弹自主能力、智能化水平越来越强,射程越来越远,速度越来越快,精度越来越高,发射方式越来越灵活。随着导弹武器不断发展,外军导弹数据链也在不断演进。为适应导弹高速度、大机动、强隐身的特点,美军在新一代导弹武器中更加强调通过集成数据链,实现网络信息获取与网络制导能力。基于海、陆、空、天全域数据链网络保障,实现导弹武器与作战体系的深度融合,大力发展空天融合、大纵深、大尺度的分布式、跨域协同作战能力。

另外,国外不仅在新研导弹武器上考虑数据链技术,加装数据链也成为对早期导弹型号进行改进的一项重要内容。

2.2 美军导弹数据链发展情况

美军数据链在远海、远域协同作战的需求牵引下,不断引入通信抗干扰、软件无线电、基于互联网协议(IP)的组网、先进芯片等技术,推进数据链装备体系的完善。战术数据链技术不断演进,经历了从无抗干扰措施到时频空能多维综合抗干扰、从集中式到无中心分布式自组网、从消息标准不统一到逐渐统一到J/K系列标准簇、单网传输速率由每秒几千比特到每秒上百兆比特、从视距传输到超视距延伸、从设备分立到基于软件无线电的综合化设备形态的发展历程,使用模式从单链应用向多链综合运用的体系集成转变[12]。

美军先后发展了机载吊舱直控、机弹双向直通、卫星中继、舰/岸基雷达引导等导弹数据链,满足对导弹“人在回路”实时管控的需求。通过“金帐汗国”等项目开展弹间协同数据链研制。在协同应用上,弹机、弹星、弹船等导弹控制链路从对飞行中导弹的目标调整、制导修正、参数装订等应用,向支撑导弹智能化集群、网络化协同等方向发展,提升导弹自主协同探测、协同打击等能力。美军典型导弹加装数据链情况见表1,典型导弹数据链实物如图3所示。

表1 美军典型导弹加装数据链情况

图3 美军典型导弹数据链实物图

目前,美军导弹数据链发展情况可总结为以下几方面。

研制了弹机、弹-星-地等导弹控制数据链,用于导弹的直接控制。如AIM-120D、AIM-260等导弹采用卫星辅助制导,加装的X波段双向数据链具备强抗干扰能力,可实现导弹本机发射、他机制导的作战应用模式。导弹具备与己方战机进行双向通信、精确远程瞄准及基于其他传感器数据与目标交战的能力。允许载机在不开启本机雷达的情况下,将导弹控制权交给预警机等空中平台。借助卫星中继链路与舰船中的战术战斧武器控制系统(tactical tomahawk weapon control system,TTWCS)通信,实现目指更新、在线航迹更改、制导修正、回传图像战损评估,支持“人在回路”导弹武器控制功能。

开发了网络化多模导弹数据链,支撑导弹跨平台协同作战应用。美军智能弹药数据链现代化改造项目,利用Link16和UHF波形实现武器飞行中的通信和控制。该数据链用于多种精确制导武器,包括 AGM-154、JSOWC-1、“鱼叉”Block II反舰导弹、对地GBU-53小直径弹等。加装数据链后,导弹具备实时更新目标指示信息、改变目标或航迹、上传健康状况、上传毁伤评估图像等功能。发展武器数据链网络(weapon data link network,WDLN)、Quint网络技术(Quint network technology,QNT)等武器协同数据链实现飞机、船舰、弹药无缝链接,进而实现“传感器即射手”、“射手即传感器”。

大力发展通用型、低成本、小型化导弹数据链。如L-3公司研制的武器数据链体积小、重量轻(仅430 g),工作在L和S频段,并可以设计工作在VHF、UHF或Ku频段,数据传输速率不低于200 kbps,最高10.7 Mbps,并支持软件升级。

将导弹数据链纳入美军整个数据链体系中,避免一型导弹配一型数据链的“烟囱式”发展,为导弹网络化作战奠定基础。如AN/AXQ-14、AN/AWW-13等数据链同时应用于GBU-15光电制导炸弹、AGM-130空对地导弹、AGM-65“幼畜”空对地导弹、响应增强型防区外对地攻击导弹(standoff land attack missile-expanded response,SLAM-ER)等武器;双向打击常规武器数据链(strike common weapon data link,SCWDL)同时应用于联合防区外空对地导弹、联合防区外武器、小型空射诱饵、小直径炸弹2等武器。

开展体系集成与平台集成项目研究,打通杀伤链环路。如美国海军和陆军设置海军综合防空火控系统(naval integrated fire control-counter air,NIFC-CA)、综合防空和导弹防御系统(integrated air and missile defense,IAMD)项目群,通过多数据链与导弹平台集成,实现海军舰艇编队超视距防空反导能力以及陆军一体化防空反导系统动态组网和体系扩展能力。通过加强弹上集成网络协作自主有效载荷,提升协同作战能力,动态响应任务参数的变化,支持弹间及导弹与其他平台的互联互通和协同作战。

2.3 其他国家导弹数据链发展情况

除了美国以外,其他各国也在加快武器数据链的研制步伐。对于远程武器,尤其是飞行时间较长的弹药,数据链的应用越来越多。除了具有飞行中重新瞄准能力,弹药数据链还具有联合情报、监视和侦察(intelligence surveillance reconnaissance,ISR)功能。

以色列设计的远程导弹采用了全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星导航制导及数字跳频抗干扰数据链路,可实现高达(90～100)dB的抗干扰性能。以色列设计的其它导弹包括“瞪眼”和新型“瞪眼石”导弹,也能够根据需要安装GPS接收机和高抗干扰数据链。这些导弹主要采用光电制导、GPS制导作为备用制导方式[13]。

欧洲导弹集团(MBDA)的通用型导弹数据链(universal miniaturized missile data link,UMMD)采用定制软件定义无线电解决方案,使操作人员在交火过程中能通过保密无线通信链路与导弹交互信息。该数据链可用于视距和非视距场景,具有“人在回路”功能,可用于实现途中侦察、飞行目标更新和任务终止等功能。模块化、小型化设计使其易于集成到现有和下一代导弹武器系统中。该数据链接收机具有高动态、高灵敏度、低功耗的特点,适配载波频率范围为(2～4)GHz,具有RS232、RS422、串行外设接口(SPI)、以太网(Ethernet)等多种接口。

2022年6月9日,英国国防部科学技术实验室启动“弹间交谈”(It’s Good for Missiles to Talk)[14]主题竞赛活动。该竞赛聚焦于合作式弹间数据链网络的弹间协同技术,包括分布式弹群协同目标探测识别、有限带宽传输的弹间数据处理、通过协同提升导航能力、应用人工智能技术提升导弹网络应用潜力等。

3 导弹数据链发展趋势与启示

3.1 导弹数据链发展趋势

导弹数据链是导弹武器和打击平台紧密铰链的纽带,是实现移动目标打击、“人在回路”的必要手段,通过国外导弹数据链的发展研究,总结了导弹数据链的发展趋势。

(1)重视数据链体系顶层设计

以多域战、马赛克战等作战概念为牵引,美军通过体系集成技术与试验(system of systems integration technology&experimentation,SoSITE)以及NIFC-CA、IAMD等项目的研究,利用基于数据链网络的分布式架构实现跨域异构海量平台集成,由武器平台级协同向功能要素级协同延伸,实现作战功能去中心化的联合多域杀伤力。

(2)构建支撑导弹武器的信息化体系

外军通过导弹武器加装数据链,实现导弹武器与卫星、舰船、飞机等平台的互联互通,实现战场众多作战要素和作战资源的最优配置和组合,形成整体综合打击优势,实现一体化联合作战,导弹武器有效地实施精确打击,并推动网络化导弹武器发展。

(3)发展通用型网络化武器数据链

美军为解决专用武器数据链使用范围较窄、不能与其它数据链兼容的问题,致力于发展多用途视距/超视距通用导弹数据链及其微型通信硬件设备,如Link16微型端机,将武器平台纳入全球信息网络(global information grid,GIG)体系中。

(4)关注开放式体系集成架构设计

多军种联合组织开展开放式体系集成架构研究,强调数据链与平台的一体化设计,按照统一架构实现数据链与平台的集成,为多种类型、多种型号导弹武器互操作奠定基础。

(5)强调数据链的低成本和小型化

美军专用型武器数据链技术已较成熟,在追求更高作战效能的基础上,大力发展小型化武器数据链,并不断降低导弹数据链使用成本,适应导弹武器大规模使用要求。

3.2 导弹数据链发展启示

导弹数据链作为武器末端信息接入的主要手段,是导弹武器向智能化、信息化、网络化发展的关键。导弹数据链应从顶层规划、体系协同、作战应用、消息标准、抗干扰传输体制、端机小型化低功耗、测试验证方法、标准化组织等多方面开展技术研究。应统筹协调数据链与导弹武器平台一体化设计、多领域协同发展,加快导弹武器信息化、智能化、网络化发展步伐。

(1)加强导弹数据链顶层设计

通过标准化手段规范协调导弹数据链各个领域的设计开发和过程控制,避免重复的“烟囱式”发展,为构建一体化协同作战做好顶层设计。

(2)加快发展弹间和星弹数据链

构建协同编队、协同打击、协同制导等体系协同能力,及远海、远域、大时空、超视距精确作战能力。

(3)提升导弹数据链技术水平

持续开展导弹数据链综合抗干扰、隐蔽与保密传输、随遇接入、韧性互联自组织网络、宽带ISR情报态势回传、终端小型化等关键技术攻关,不断提升弹载数据链灵活性和开放性。

(4)强化数据链与导弹平台一体化集成

平台架构及任务系统应与数据链一体化设计,并加强基于数据链的联合作战层面的体系集成应用、作战使用研究。

(5)转变导弹的数据获取与应用模式

随着导弹武器智能自主决策能力、弹上处理能力的提升,应结合数据订阅、分发等技术,促进导弹武器由被动“收数据、听指令”模式向主动“要数据、给态势”转变。

4 结论

导弹平台以其全域穿透、精准毁伤的能力特征,在与强敌高烈度、全维度对抗中扮演越来越重要的角色。导弹数据链是导弹武器全域无缝信息保障的关键,通过数据链促进导弹平台融入体系、支撑体系,通过体系赋能,将自身演进与体系架构有机结合、深度融合,支撑信火协同应用。通过网络技术与智能技术深度融合,实现导弹资源解耦、能力聚合,将大幅提升导弹智能化协同作战能力,必将对未来作战样式、战争制胜机理、作战领域融合、装备发展等产生革命性影响。