高超声速飞行器数据链关键技术分析及展望

陈大薇 张永亮 段鹏飞 袁成

摘要：      数据链技术随着武器装备、 作战理念及通信技术的发展而不断更新换代， 在“无链不成导” “无导不成战”的空中作战趋势下占有重要地位。 高超声速飞行器独有的高速、 跨域等特点使得其成为空战体系中的制高点。 数据链技术为高超声速飞行器作战效能最大化提供技术保障， 反过来高超声速飞行器的发展也拓宽了数据链技术的边界， 在不同的作战任务中对数据链指标参数的要求（传输速率、 吞吐量、 丢包率、 延时等）不尽相同。 近年来， 5G、 物联网、 云计算、 人工智能等新兴技术的飞速发展加速了战场态势感知形式从物理域、 信息域向认知域的变革。 本文简要回顾了美军数据链技术的发展特点， 详细分析了高超声速飞行器由大包线飞行特性引发的数据链技术设计挑战， 探讨了高超声速飞行器数据链的顶层需求及关键技术。

关键词：     高超声速飞行器； 空战体系； 数据链； 5G通信； 人工智能

中图分类号：       TJ760； TN929.5    文章编号：     1673-5048（2023）04-0026-07

文献标识码：    A    DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0071

0引言

回顾百年空战史， 作战理论一直推陈出新， 虽然武器装备和关键技术不断更新换代， 但制胜机理却贯穿始终， 即构建空战双方攻击闭环的时间差［1］。 高超声速飞行器因其自身的高超声速性能（飞行速度大于声速的5倍）可实现杀伤链的快速闭合， 具有速度快、 距离远、 突防能力强、 攻击目标范围广等优点［2］， 早已成为美俄等军事强国的重点研究领域。 面对“无链不成导”“无导不成战”的空战态势， 在先进的战斗机及高超声速飞行器等装备的基础上， 拥有先进的数据链技术及强大的态势感知能力， 就拥有了决定空战胜负的重要力量［3-4］。

数据链技术作为高超声速飞行器的关键技术之一［5］， 对于飞行器本身而言， 可通过数据链来宏观调控飞行过程中各阶段（高速飞行、 巡航侦察等）的能量分配、 功率消耗及飞行航迹； 对于飞行器所在的网络空间， 可通过数据链来统筹规划各种链路资源， 根据不同作战任务来进行战场决策， 实现战场资源最优化、 作战效能最大化。

虽然高超声速飞行器研究历时已久， 但大多聚焦于高超声速飞行器的飞行控制［6］、 能量管理［7］、 制导方法［8］等方面， 很少专门研究高超声速飞行器的数据链技术。 本文在数据链技术的基础上， 对高超声速飞行器数据链技术进行了分析。

1高超声速飞行器数据链的发展以及特性分析

为确保高超声速飞行器充分发挥自身强大的作战效能， 需要其数据链技术具备以下特点： 高传输速率、 超低时延、 强抗毁抗扰能力、 加密安全传输、 支持快速组网及切换、 链路全方位深度覆盖等。 纵观美军数据链技术的发展， 战术数据链通过视距通信实现联合指挥控制、 信息态势共享等功能， 侧重联合指挥控制信息的基本传输， 但数据传输速率较低、 实时性不高； 宽带数据链针对侦察机等装备可实现较高的数据传输速率， 支持C， S， X， Ku等多波段传输， 主要应用于各种侦察平台（如侦察机、 无人机、 卫星等）， 其中适用于微型/小型平台之间的数据链， 其传输距离均在50 km内； 专用数据链应用于特殊军事战术领域， 针对性较强， 相比于战术数据链， 功能相对单一且信息交换形式的灵活性较弱， 如制导武器专用数据链、 防空导弹系统专用数据链、 协同作战能力及态势感知数据链等［9］。 以美军AIM-120空空导弹为例， 其所使用的双向X波段的机弹数据链支持与载机在中制导阶段的信息传输， 具备超视距通信能力及一定的保密抗干扰能力。 但是， 随着新一代武器装备的飞行速度越来越快、 攻击距离越来越远， 其对强协同、 大机动、 高隐身等特性的需求也在不断提升， 通信技术的飞速发展为推进数据链技术的更新迭代提供了有力支撑［10］。 在数据链技术演进过程中， 历经从无抗干扰措施到多维域联合抗干扰、 从集中式通信链路到去中心化分布式组网通信、 从多标准格式到J/K系列消息标准、 从视距传输到超视距传输、 从点对点传输模式到联合组网传输等多个典型的发展阶段［11-13］。 现阶段， 美国多家公司已先后进行了武器装备联网的试验验证， 如洛克希德·马丁公司推出的联合空面防区外导弹JASSM、 雷神公司推出的联合防区外武器JSOW、 波音公司推出的联合制导攻击弹药JDAM和小直径炸弹SDB等［14］。

高超声速飞行器作为新一代武器装备的代表， 在距离地面20～100 km范围内机动飞行， 主要包括高超声速导弹、 空天飞机、 高超声速侦察机等， 其典型的动力学特点、 飞行航迹及作战任务等特性对数据链技术的设计带来了诸多挑战。

1.1跨域飞行， 信道复杂

高超聲速飞行器飞行于临近空间， 垂直高度跨度大， 既包含天气变化较平稳的平流层（55 km以下）， 也包含空气稀薄的中间层（55～85 km）， 还包含小部分增温层（85～100 km）， 并纵跨非电离层（60 km以下）和电离层（60～100 km）两种具有完全不同特点的空间。 数据链作为链接战场不同平台及装备之间的纽带， 按需及时处理、 传输战术信息。 信息在自由空间内主要以电磁波、 光波等形式进行传输， 以电磁波为例， 其传输的信道环境复杂程度将直接影响信息传输的质量（准确性、 实时性、 传输速率等）， 进一步影响高超声速飞行器自身的态势感知、 姿态控制、 作战策略规划等。 由此可见， 有必要对临近空间的电磁特性进行研究， 以便采用相应的技术手段提升高超声速飞行器数据链在复杂电磁空间中的鲁棒性。

1.2高速运抵， 实时性高

高超声速飞行器飞行速度快， 对传输指令的实时性要求很高。 处于高超声速运动的飞行器， 其表面会出现明显的高超声速效应（高超声速流的薄激波层、 高熵层、 黏性干扰、 高温效应、 低密度流等）， 具有复杂的气动热特性。 从数据链的角度来看， 在35～80 km的大气层中， 以大于马赫数为10的速度运动时， 产生的热量将使飞行器周围的空气形成等离子鞘套［15］， 屏蔽部分电磁波， 无法进行有效通信， 即黑障效应。 在进行高超声速飞行器航迹规划及通信链路时隙分配时， 需充分考虑这类现象， 采取相应技术手段或战术战略以有力规避其带来的影响。 例如， 可以采用间歇通信的方式进行传输， 避免在恶劣信道环境下持续通信造成的资源浪费， 也可以设计合理的战术规避策略， 缩短飞行器处于恶劣信道环境的时间， 进而优化高超声速飞行器的资源能量分配及机动能力规划。

1.3任务多变， 机动响应

高超声速飞行器在飞行过程中， 通过舵的偏转来调整自身的飞行姿态， 完成巡航、 突防、 空间往返等不同战场任务。 不同的任务对高超声速飞行器的机动性、 快速响应能力要求不尽相同。 另外， 高超声速飞行器的作战任务规划会随着战场环境的变化而实时变化。 高超声速飞行器发射前， 通过数据链网络综合战场态势进行决策， 完成其发射前的自检工作， 并制定初步的航迹规划进行装订； 在巡航过程中， 后方指挥控制中心根据战场任务确定是否需要通过数据链与高超声速飞行器通信， 如原航迹规划任务突变、 安全受到威胁或无法实现原定计划等， 通过传输新的航迹信息或态势变化信息以辅助高超声速飞行器自身规划新的航迹， 进行实时任务规划。 构建灵活、 稳健的通信网络可使高超声速飞行器的强机动能力在战场中发挥出最大效能。

1.4智能发展， 体系保障

高超声速飞行器由于难以预测的气动热特性及多变复杂的周围环境， 使其具有明显的动力学不确定性。 因此， 如何使高超声速飞行器对自身有限能量进行合理、 高效、 智能地规划， 是保证顺利完成战场任务的重要前提。 对于可重复使用的高超声速飞机， 如引入智能技术， 可在有限的资源能量供给下， 智能规划确定何时需要较小能量保持姿态飞行， 何时需要较大能量进行机动， 以实现效能最大化； 对于高超声速导弹， 由于需要在特定时间内到达特定区域进行打击任务， 此时需要在整体能量有限的约束条件下高效规划各个阶段的任务分配及资源能量消耗， 保证成功完成打击任务过程中智能分选并回传所探测到的高价值态势信息， 使作战体系的信息态势共享达到最大化［16］。

2高超声速飞行器数据链技术架构

数据链技术是实现高超声速飞行器杀伤链高效、 快速闭合的有力支撑。 空战战场杀伤链的发展， 无论是美国空天军协会提出的F2T2EA（发现、 锁定、 跟踪、 瞄准、 交战、 评估）， 还是美国空军博依德上校提出的OODA环理论（观察、 判断、 决策、 行动）， 亦或是C4ISKR系统（战场指挥、 控制、 通信、 计算机、 杀伤、 情报、 监视、 侦察系统）， 其内核均源于“顺序作战”， 而未来信息化战场作战将由“顺序作战”向“同步作战”、 “杀伤链”向“杀伤网”、 “静态固化链”向“动态灵活网”趋势跨越式发展［17］。

作为杀伤链闭合的技术支撑， 数据链技术的核心是数字通信技术， 包括信息传输技术、 组网技术、 信息处理技术等， 多种通信技术的高效融合可有力支撑数据链技术的构建， 进而有效保障杀伤链高效闭合［18］。 高超声速飞行器數据链技术架构如图1所示。 其中， 应用层中实现的作战任务， 是从战术层面给出典型的任务场景， 包括巡航侦察、 诱偏突防、 协同打击等； 物理层针对信息传输技术， 通过波形选择、 编译码技术及鲁棒性算法实现强对抗环境下抗截获通信； 建链层针对网络构建及组网技术的突破， 从抗毁抗扰、 网络动态接入、 网络资源优化等方面保障跨域高动态高可靠自组网的建立； 处理层针对态势信息融合进行信息处理， 通过多维域信息融合处理， 有效进行路由选择、 协同控制， 进而构建战场态势智能感知智能融合汇聚决策及联合优化等关键能力［19］。 本节主要针对高超声速飞行器数据链中关于物理层、 建链层及处理层的技术能力构建进行深入分析。

目前， 通信技术以5G（5th Generation Mobile Communication）、 物联网、 云计算、 区块链等新兴技术为典型代表， 正向着“万物互联、 全域覆盖”的方向飞速发展［20］。 除了武器装备的超高速、 超远距、 强协同等高需求的驱动外， 通信技术作为数据链技术的核心， 其相应技术的革新也将驱动数据链技术的更新迭代。 高超声速飞行器数据链技术面临着全维跨域协同决策、 信息跨链智能融合的军事发展需求， 迫切需要构建“跨域网、 动态链、 智能端”为主体架构的高超声速飞行器智能数据链， 从而形成强对抗环境下跨链抗截获通信技术、 跨域高动态高可靠自组网技术、 战场态势智能感知融合汇聚决策技术等数据链关键技术谱系， 对战场通信资源进行智能汇聚及联合优化， 确保“武联网”的有力构建及强杀伤链的有效闭合。

2.1强对抗环境下跨链抗截获通信技术

随着电子对抗技术的螺旋上升式发展， 反高超声速飞行器的通信技术及装备同样呈现出愈来愈强的发展态势。 为保证高超声速飞行器的作战能力， 在对其可能遇到的电子对抗技术进行深入研判的基础上， 综合分析各种可用的数据链保障技术， 以达到最优的态势感知效果， 使高超声速飞行器及时准确进行机动决策， 充分发挥空战效能。

强对抗环境下跨链抗截获通信技术面临的挑战及相应技术手段总结如图2所示。

2.1.1强抗毁抗扰技术

高超声速飞行器数据链系统在复杂的战场电磁环境中， 易受敌电子干扰压制及无线网络攻击， 因此构建高超声速飞行器数据链系统的强抗毁抗扰能力十分重要。 目前， 针对电子对抗、 网络入侵等攻击手段， 需要高超声速飞行器数据链技术在信号波形的选择、 编码方式的设计、 功率能量的控制、 网络拓扑的构建等方面着重考虑， 综合时域、 频域、 空域、 功率域、 信号域、 信息域、 认知域及网络域等多方面进行技术突破［21］。 现有的面向指挥控制的数据链技术多采用扩频、 高速跳频、 跳时、 高维编码、 强纠错编码、 交织、 分级发射等技术实现抗干扰， 同时， 毫米波相控阵定向天线技术、 自适应功率控制技术、 低截获概率波形技术等通信技术也被广泛应用。 而对于高超声速飞行器的数据链抗毁抗扰技术， 鉴于高超声速飞行器自身的高速特点， 部分技术是无法直接应用的， 如扩频、 跳频的信息域方法， 需要较高的兆级下行速率； 对于定向波束的功率域方法， 难以适应高速移动的情况。 由此可见， 仅依靠通信技术的突破很难全方位保障高超声速飞行器的可靠、 稳定通信， 需要从顶层架构的角度进行设计， 一方面可以借助于所在网络整体的抗毁抗扰能力的提升， 来保证高超声速飞行器在网络域中的强抗毁抗扰能力； 另一方面， 通过不同情况下使用不同数据链的方法， 整合各数据链优势， 以高效实现高超声速飞行器自身的强鲁棒性。

2.1.2跨链通信技术

针对不同功能的数据链， 高超声速飞行器在飞行过程中， 无论是因为陆、 海、 空、 天跨域引起的跨链， 还是由于高超声速飞行器自身作战任务的需求， 亦或是保持自身链路的高鲁棒性及安全性， 均会涉及数据链的跨链选择问题。 快速、 合理地选择合适的数据通信链路， 是高效适配不同应用场景下不同任务需求的关键。 未来的复杂战场中， 单一数据链技术功能难以保障多种差异化任务， 未来战场的数据链发展必然呈现出多种异构数据链共存、 互为补充的态势［22］。 如何自主选择、 快速配置最佳数据链， 是各平台、 武器装备面临的共同问题。 高超声速飞行器作为重点开发的武器装备， 需要具备自主智能地进行数据链选择、 数据链配置、 数据链重构等功能。 基于智能计算方式的数据链适变方法， 可以通过选择主数据链、 辅数据链及多数据链协同的方式进行结合， 定制优先级策略。 当主数据链的性能不足以满足高超声速飞行器当前的作战需求时， 可以切换至辅数据链， 同时整合其他可用数据链信息， 以协同高超声速飞行器实现信息融合、 态势感知和作战能力的提升。

2.1.3加密抗截获技术

高超声速飞行器数据链进行自主选择及切换过程中会受到敌攻击， 存在信息被截获的风险。 对此， 需要针对性地采取措施。 一方面， 需对可信终端的身份进行认证， 严选接入控制； 另一方面， 需简化身份认证的协议设计， 保证高超声速飞行器快速入网。 两者相互制约， 最终需要识别恶意身份伪造的同时， 保证可信用户的服务质量要求（QoS）， 满足快速入网/退网的实时需求。 另外， 对于多数据链的协同管理， 需构建信息安全感知体系， 提升共享信息的抗伪造性与抗篡改性， 保证信息的高抗截获性。 目前， 这方面可参考的通信技术很多。 在信号阶段， 可采用随机信号或类噪声信号传输信息， 将信息隐藏在信道中， 实现隐蔽、 安全传输； 在编码阶段， 可采用配有时变密钥的高保密通信技术， 使非可信用户即使截获信息也无法破译， 而可信用户可通过解密的传输信息知晓信息是否被截获、 被篡改、 被伪造； 在网络构建阶段， 可对身份认证机制进行多层加密， 保证可信用户快速接入， 而非可信用户在进行尝试性破译时， 信息已经损坏， 以此来构建多层高超声速飞行器数据链技术的防护机制， 实现高超声速飞行器的高度安全性。

2.2跨域高动态高可靠自组网技术

相比于战术数据链（Link系列）传输速率有限、 组网灵活性受限、 易截获等特点， 高超声速飞行器所使用的数据链， 需要具有高动态、 高可靠性、 高传输速率、 低传输延时、 灵活组网等特点， 且可横跨陆、 海、 空、 天各域。 随着数据链技术的发展， 目前美军典型数据链技术有协同作战能力（CEC）、 战术目标瞄准网络技术（TTNT）、 机间数据链（IFDL）、 多功能先进数据链（MADL）和武器数据链（WDL）等［23-25］。 其中， TTNT可实现高速飞行器之间的通信传输， 但其一跳的通信距离不足200 km。 因此， 针对高超声速飞行器高速飞行的特点， 需要构建超远程、 高速率、 大宽带、 低延时、 灵活组网、 抗截获的智能数据链， 才能有效保障高超声速飞行器根据战场态势自主灵活选择最优链路和平台进行组网通信、 实时传输， 以大幅提升高超声速飞行器的作战灵活性及协同作战能力。

2.2.1拓寬通信覆盖范围， 增加网络节点数量

高超声速飞行器可在短时间内按预定航迹飞至敏感地区， 执行侦察、 攻击等任务， 但其功能单一且灵活性弱。 另外， 在复杂强电磁环境下， 高超声速飞行器的数据链十分脆弱， 将面临通信链路中断或信息传输不及时等诸多问题。 构建全面深度覆盖的数据链网络体系可有效保障高超声速飞行器在飞行全过程中的灵活性及安全性。 当前， 面向弱覆盖区域的网络覆盖问题， 一方面， 需要加大网络节点的部署及其感知范围， 可通过侦察卫星、 空中中继平台、 无人长航时侦察机等装备实现全天候、 全周期、 全方位的覆盖， 也可考虑低成本、 无污染、 可自行分解的传感器的广泛布设来实现深度覆盖； 另一方面， 可开发更低信噪比条件下的目标检测技术， 如利用量子成像技术实现对隐身战机的识别与侦察， 或弱信号检测技术将信噪比下限下降一个数量级等。 面向大幅增加的数据链网络节点引起的干扰及网络容量分配问题， 需要考虑超密集组网技术来设置临时中心节点， 通过通信能力及处理能力较强的临时中心节点进行组网， 有效解决子网络的干扰、 资源协同、 拓扑管理等问题， 提升空域、 频域的利用率。 其中， 在5G技术中发展较好的是非正交多址接入技术（NOMA）［26］， 通过采用时、 频、 空域及编码域的混合传输方式， 大大提升了5G网络的节点数量， 进而提升频谱利用率。 但NOMA对多普勒偏移较敏感， 在高超声速飞行器数据链技术应用中还处于研究阶段。

2.2.2跨域网络实时切换， 通信安全加密保障

高超声速飞行器的高速、 高机动特性注定了其不会只存在于单一功能的网络中， 在陆、 海、 空、 天一体化网络中将会从一种网络架构快速进入另一种网络架构中。 因此， 高超声速飞行器数据链需具备网络快速切换的功能， 同时， 高效动态配置各网络的通信资源也是提高网络灵活性的重要手段； 另外， 构建开放体系架构可保证网络切换过程中的实时性及安全性。 近年来， 新兴发展的多种技术可以提供这方面的技术保障。 如自组织网络技术， 其重点强调网络结构的自管理， 通过合理、 高效的拓扑设计与构建， 可保证战场中各装备节点随时快速进入/退出； 而网络切片技术， 将物理网络切分成多个彼此独立的逻辑网络， 根据不同的QoS来分配相应的网络功能和网络资源， 有力实现定制化服务［27］。

2.2.3提升通信实时性， 构建网络云平台

高超声速飞行器的时敏性对其所在网络的时延依赖性较强， 而其与计算能力较强的网络中心节点间的距离也是影响时延的主要因素。 众所周知， 通信链路的一跳与多跳路径主要影响的通信指标就是时间延迟。 在高超声速飞行器的数据链技术中可考虑两个方面技术优化通信时延： 一是构建网络边缘云， 通过多接入边缘计算（MEC）［28］将数据存储和计算能力部署于更靠近战术节点的网络边缘， 以实现对高速率、 快切换的高超声速飞行器功能实现提供有力保障； 二是通过采用设备直连技术（D2D）实现高动态网络中战术节点之间的直连， 实现与网络中任一节点相连就如同与中心节点相连的计算能力， 以此来保证实现高超声速飞行器数据链对数据传输的实时性。 另外， 通过网络切片技术、 优化的路由选择算法在一定程度上也可以有效降低网络时延， 实际应用中， 可以根据高超声速飞行器的具体任务特点来选择相应的技术手段保障其通信链路的实时性。

跨域高动态高可靠自组网技术需要突破的瓶颈及相应技术手段总结如图3所示。

2.3战场态势智能感知融合汇聚决策技术

近年来， 飞速发展的通信技术为数据链未来发展指出了新的方向， 即以“融合网”“覆盖云”“智能端”为特点的“武联网”正蓬勃发展。

高超声速飞行器数据链作为“武联网”的重要一环， 通过可靠的数据传输链路、 高效的数据交互技术与实时的信息共享技术有力支撑跨域、 跨链、 跨平台的体系架构， 突破高动态、 资源受限、 复杂环境等制约因素， 对高超声速飞行器全程提供智能保障链路。

2.3.1高灵敏度的感知技术

“蝴蝶效应”告诉我们， 对微弱信息的感知预测能力， 有时可直接决定战势的走向。 面对未来作战的智能化、 无人化、 平臺化、 去中心化的发展特点， 高超声速飞行器作为数据链网络节点的典型代表， 无论是准备与其他装备建立链接， 还是对自身周围敌情进行探测， 网络节点的感知能力都是重中之重。 为了提升高超声速飞行器的自身探测感知能力， 实现与各类武器装备之间的互联互通互操作、 信息融合感知共享， 需要突破两个方面的技术。 一方面， 是来自于其他装备或平台共享的信息， 这类信息在以往的数据链中多以战术信息存在， 其典型特点是容量小、 易传输， 如打击指令、 目标定位及平台状态等。 未来的信息传输将向着海量传输信息的方向持续发展， 这部分可以参考民用移动通信网络的发展脉络。 目前， 5G技术的发展如火如荼， 将其应用在武器装备中， 必将催生出新的作战模式。 5G技术自有的万物互联特性大大促进了无人装备的飞速发展， 其大容量传输速率、 低延时、 高频谱效率等技术特点可以有效突破以往武器装备专用数据链中通信容量的“瓶颈”［29］。 另一方面， 高超声速飞行器自身感知信息的能力还有很大的发展空间， 面对海量数据的复杂环境， 感知所有信息是不切实际且无用的， 需要高超声速飞行器自身构建在海量数据中感知感兴趣数据信息的技术， 其可以基于各域网络或武器平台的经验数据， 也可以源于自身在飞行过程中的智能解算。 面对重要的微弱小信号， 需要训练出像人类“第六感”一样的高敏感度， 通过云边端一体化技术， 保障对信息的高效处理速度及精度， 以此为高超声速飞行器数据链提供高灵敏度的感知能力。

2.3.2高效灵活的融合汇聚技术

相比于探测领域内的高灵敏度感知技术， 对于感知获得的信息进行融合汇聚的技术则属于信息处理领域。 高超声速飞行器数据链的信息融合汇聚技术， 是链接其感知与决策的重要环节。 传统意义上的信息融合， 是基于多传感器、 多平台、 多源信息， 按一定规则进行关联、 估计、 分析、 汇集和综合等多级多方面处理过程， 以实现高空间分辨力、 高准确度的目标信息、 完备的战场信息等， 进而获得完整的态势感知和威胁估计。 而高超声速飞行器数据链的信息融合能力， 在以往的信息融合基础上， 还需要构建两种融合能力， 一是针对同一平台上的多维、 多类、 多域信息的融合、 汇聚， 在提取低维特征的基础上， 对高维特征进行构建， 结合模式识别技术， 得到感兴趣目标的深层次理解； 另一种是从指挥决策的角度对各维各域获得的信息进行联合处理， 以实现多级融合， 获得目标信息的多维多域特征提取， 以便行动决策。 例如， 高超声速飞行器在飞行过程中， 数据链在态势感知的基础上进行多维域信息融合， 可以预测按照原航迹行驶将会在何时何处面临何种武器的拦截， 进而计算自身存活率及敌方威胁度等， 相应列出自身将在何时何处以何种规避方案来应对， 对应确定各个方案的博弈策略、 机动消耗和整体效能， 以便高超声速飞行器进行选择决策。

2.3.3高度自主的智能决策技术

未来基于高超声速飞行器杀伤网络的构建， 必然涉及武器装备之间的要素联合及协同作战。 相比于针对作战任务的协同作战模式， 联合作战是针对作战目标而进行的统一的指挥作战模式。 两者区别在于， 战斗层面的作战目标相比于战役层面的作战任务， 具有更高的动态性［29］。 因此， 协同作战更侧重时间、 空间的协同， 而联合作战则包含协同作战及各军兵种的统一编组、 指挥、 决策， 其高动态性、 高复杂性不言而喻。 如今， 诸多新兴的通信技术为联合作战提供重要支撑， 一方面可以保障网络系统信息传输的实时性以便各军兵种进行联合作战， 另一方面可以通过作战节点进行数据共享提升联合作战的态势感知［30］。 兵法云“将在外， 君命有所不受”， 其强调的是在信息受限、 时间紧迫的条件下， 最了解敌情的人可以根据时势做出最佳决策。 作为态势感知的先行者， 高超声速飞行器等武器装备是最接近战场中心也是最了解战场情况的， 其获得的信息是最有价值且最重要的。 随着5G、 区块链、 物联网、 量子技术等新兴技术的飞速发展， “武联网”的构建为高超声速飞行器等武器装备的智能决策提供了有力保障， 实现武器智能化自主决策能力的构建未来可期。

战场态势智能感知融合汇聚决策技术中的难点问题及相应技术手段总结如图4所示。

3结论

高超声速飞行器数据链技术随着高超声速飞行器的军事需求、 新兴通信技术的成功应用而面临着前所未有的挑战和机遇。 高超声速飞行器的高速特性使其数据链需具备高动态、 低时延、 灵活切换网络及链路的功能； 高超声速飞行器的对抗特性使得其必然面临诸多敌方威胁， 其数据链需要具备抗截获、 抗毁抗扰的强鲁棒等性能， 对此， 可提供安全、 可靠链路保障的区块链技术具备借鉴参考价值； 高超声速飞行器具备的超远程飞行特性， 使得其在飞行过程中可以获得宝贵的态势感知信息， 提升自身的信息感知融合汇聚能力的同时， 可有效提升网络、 链路及平台的信息感知能力及覆盖范围。

参考文献：

［1］ 樊会涛， 闫俊. 空战体系的演变及发展趋势［J］. 航空学报， 2022， 43（10）： 527397.

Fan Huitao， Yan Jun. Evolution and Development Trend of Air Combat System［J］. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica， 2022， 43（10）： 527397.（in Chinese）

［2］ 孙长银， 穆朝絮， 张瑞民. 高超声速飞行器终端滑模控制技术［M］. 北京： 科学出版社， 2014.

Sun Changyin， Mu Zhaoxu， Zhang Ruimin. Sliding Mode Control Technology for Hypersonic Vehicle Terminal［M］. Beijing： Science Press， 2014.（in Chinese）

［3］ 趙国宏， 武应华， 詹平， 等. 弹载数据链技术与运用［J］. 指挥与控制学报， 2020， 6（2）： 102-112.

Zhao Guohong， Wu Yinghua， Zhan Ping， et al. Missile-Borne Data Link Technology and Application［J］. Journal of Command and Control， 2020， 6（2）： 102-112.（in Chinese）

［4］ 段鹏飞. 空空导弹小/微型化发展趋势与启示［J］. 航空兵器， 2021， 28（3）： 18-21.

Duan Pengfei. Development Trend of Air-to-Air Missile Micro Miniaturization［J］. Aero Weaponry， 2021， 28（3）： 18-21.（in Chinese）

［5］ 陈赤联， 唐政， 胡军锋， 等. 数据链2.0： 智能化战争的制胜利器［J］. 指挥与控制学报， 2020， 6（1）： 5-12.

Chen Chilian， Tang Zheng， Hu Junfeng， et al. Data Link 2.0： The Victory Maker of Intelligent War［J］. Journal of Command and Control， 2020， 6（1）： 5-12.（in Chinese）

［6］ 王常虹， 安昊. 吸气式高超声速飞行器控制技术综述与展望［J］. 飞航导弹， 2021（6）： 122-126.

Wang Changhong， An Hao. Overview and Prospect of Control Technology for Air-Breathing Hypersonic Vehicle［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2021（6）： 122-126.（in Chinese）

［7］ 李昊炜， 秦江， 甘健洲， 等. 吸气式高超声速飞行器能量管理与利用技术现状综述［J］. 飞航导弹， 2021（7）： 12-17.

Li Haowei， Qin Jiang， Gan Jianzhou， et al. Summary of Energy Management and Utilization Technology of Air-Breathing Hypersonic Vehicle［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2021（7）： 12-17.（in Chinese）

［8］ 王勇， 张艳， 白辰， 等. 吸气式高超声速飞行器制导与控制方法综述［J］. 兵器装备工程学报， 2017， 38（4）： 72-76.

Wang Yong， Zhang Yan， Bai Chen， et al. Review of Guidance and Control Approaches for Air-Breathing Hypersonic Vehicle［J］. Journal of Ordnance Equipment Engineering， 2017， 38（4）： 72-76.（in Chinese）

［9］ 吕娜，张岳彤，陈柯帆，等. 数据链理论与系统［M］. 2版. 北京： 电子工业出版社， 2018.

Lü Na，Zhang Yuetong，Chen Kefan，et al. Theory and System of Data Link［M］. 2nd ed. Beijing： Publishing House of Electronics Industry， 2018.（in Chinese）

［10］ 张林. 弹载数据链技术应用及其发展趋势［J］. 无线互联科技， 2018， 15（17）： 149-150.

Zhang Lin. Application and Development Trend of Missile Loaded Data Link Technology［J］. Wireless Internet Technology， 2018， 15（17）： 149-150.（in Chinese）

［11］ 李喆， 顾鑫. 美军导弹武器数据链及其在体系作战中的应用［J］. 飞航导弹， 2016（10）： 61-66.

Li Zhe， Gu Xin. American Missile Weapon Data Link and Its Application in System Warfare［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2016（10）： 61-66.（in Chinese）

［12］ 任淼， 刘晶晶， 文琳. 2021年国外空空导弹发展动态研究［J］. 航空兵器， 2022， 29（4）： 33-41.

Ren Miao， Liu Jingjing， Wen Lin. Research on Foreign Air-to-Air Missiles Development in 2021［J］. Aero Weaponry， 2022， 29（4）： 33-41.（in Chinese）

［13］ 周磊. 国外导弹武器数据链发展情况研究［J］. 电子科技， 2015， 28（5）： 161-163.

Zhou Lei. The Foreign Development of Missile Data Link System［J］. Electronic Science and Technology， 2015， 28（5）： 161-163.（in Chinese）

［14］ 蒋开创， 夏高峰， 王恋恋， 等. 外军导弹数据链现状与发展启示［J］. 制导与引信， 2022， 43（4）： 45-50.

Jiang Kaichuang， Xia Gaofeng， Wang Lianlian， et al. Status and Development Inspiration of Foreign Missile Data Link［J］. Guidance & Fuze， 2022， 43（4）： 45-50.（in Chinese）

［15］ Yao B， Li X P， Shi L， et al. A Geometric-Stochastic Integrated Channel Model for Hypersonic Vehicle： A Physical Perspective［J］. IEEE Transactions on Vehicular Technology， 2019， 68（5）： 4328-4341.

［16］ 趙鸿燕. 美国面向未来战争的导弹协同作战概念发展研究［J］. 航空兵器， 2019， 26（4）： 1-9.

Zhao Hongyan. Research on the Concept Development of the United States Missile Cooperative Operations for Future War［J］. Aero Weaponry， 2019， 26（4）： 1-9.（in Chinese）

［17］ 陈怡超，刘冠邦，赵晓莲，等. 美空战场杀伤链及其韧性网络［C］∥中国指挥与控制学会， 2022： 317-323.

Chen Yichao， Liu Guanbang， Zhao Xiaolian， et al. US Air Battlefield Kill Chain and Resilient Aerial Network［C］∥ Chinese Institute of Command and Control， 2022： 317-323.（in Chinese）

［18］ 陈赤联， 王瑜， 姜希. 数据链： 破局而立者生［J］. 中国电子科学研究院学报， 2019， 14（4）： 331-337.

Chen Chilian， Wang Yu， Jiang Xi. Data Link： Change the Rules of War［J］. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology， 2019， 14（4）： 331-337.（in Chinese）

［19］ 余福荣， 张艳， 蒋雪， 等. 武器协同数据链发展趋势及关键技术［J］. 火力与指挥控制， 2021， 46（3）： 179-185.

Yu Furong， Zhang Yan， Jiang Xue， et al. Development Trend and Key Technologies of Weapon Cooperative Data Link［J］. Fire Control & Command Control， 2021， 46（3）： 179-185.（in Chinese）

［20］ 中国移动5G联合创新中心. 区块链+边缘计算技术白皮书（2020年）［EB/OL］.（2020-06-12） ［2021-08-02］.https：∥wk.askci.com/details/8018952985fa4eb4b4edfc1b3d68bfbf/.

China Mobile 5G Innovation Center. Blockchain+ Edge-Computing technology white paper （2020） ［EB/OL］.（2020-06-12）［2021-08-02］.https：∥wk.askci.com/details/8018952985fa4 eb4b4edfc1b3d68bfbf/.（in Chinese ）

［21］ 尤肖虎， 潘志文， 高西奇， 等. 5G移动通信发展趋势与若干关键技术［J］. 中国科学： 信息科学， 2014， 44（5）： 551-563.

You Xiaohu， Pan Zhiwen， Gao Xiqi， et al. The 5G Mobile Communication： The Development Trends and Its Emerging Key Techniques［J］. Scientia Sinica： Informationis， 2014， 44（5）： 551-563.（in Chinese）

［22］ 陳明德， 王群. 数据链多域联合抗扰抗毁技术［J］. 通信技术， 2022， 55（9）： 1171-1177.

Chen Mingde， Wang Qun. The Anti-Jamming and Invulnerability of Multi-Domain Technology for Data Link［J］. Communications Technology， 2022， 55（9）： 1171-1177.（in Chinese）

［23］ 张中亮. 多数据链集成技术研究［D］. 北京： 中国舰船研究院， 2015： 1-6.

Zhang Zhongliang. Research on the Technology of Multi-Data Link Integration［D］. Beijing：China Ship Research and Development Academy， 2015： 1-6.（in Chinese）

［24］ 孟强勇， 王丽欣. TTNT数据链研究［J］. 飞航导弹， 2014（7）： 76-81.

Meng Qiangyong， Wang Lixin. Research on TTNT Data Link［J］. Aerodynamic Missile Journal， 2014（7）： 76-81.（in Chinese）

［25］ Zhang L D， Yin H， Zhang J E. The Architecture of the Weapon Cooperation Data Link［C］∥China-Ireland International Conference on Information and Communications Technologies （CIICT）， 2008： 467-470.

［26］ Goktas M B， Ding Z G. A Wireless Power Transfer Assisted NOMA Transmission Scheme for 5G and beyond MMTC［J］. IEEE Wireless Communications Letters， 2022， 11（6）： 1239-1242.

［27］ 兰洪光， 马芳， 韦笑. 基于5G的数据链关键技术研究［J］. 战术导弹技术， 2022（2）： 59-66.

Lan Hongguang， Ma Fang， Wei Xiao. Research on Key Technologies of Data Link Based on 5G［J］. Tactical Missile Technology， 2022（2）： 59-66.（in Chinese）

［28］ 陈文韵， 刘晨熙， 彭木根. 基于智能边缘计算的数据链：原理、架构与挑战［J］. 无线电通信技术， 2022， 48（1）： 54-59.

Chen Wenyun， Liu Chenxi， Peng Mugen. Intelligent Mobile Edge Computing Enabled Data Link： Theory， Architecture， and Challenges［J］. Radio Communications Technology， 2022， 48（1）： 54-59.（in Chinese）

［29］ 孙柏林. 5G赋能现代军事［J］. 计算机仿真， 2020， 37（1）： 1-6.

Sun Bolin. 5G Enabled Modern Military［J］. Computer Simulation， 2020， 37（1）： 1-6.（in Chinese）

［30］ 张子龙， 陈娟， 沈晓平. 5G/6G推动下的数据链系统发展设想［J］. 指挥信息系统与技术， 2021， 12（5）： 98-104.

Zhang Zilong， Chen Juan， Shen Xiaoping. Idea of Data Link System Development Driven by 5G and 6G［J］. Command Information System and Technology， 2021， 12（5）： 98-104.（in Chinese）

Analysis and Prospect of Key Technologies for Hypersonic Vehicle Data Link

Chen Dawei1*， Zhang Yongliang2， Duan Pengfei1，3，4， Yuan Cheng1

（1. Chinese Aeronautical Establishment， Beijing 100029， China；

2. Beijing Remote Sensing Equipment Research Institute， Beijing 100854， China；

3. Beihang University， Beijing 100191， China； 4. China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China）

Abstract： With the development of weapons equipment， operational concepts， and communication technology， data link technology is updated constantly. Data link plays an important role in the trend of "no link， no missile" no missile， no war" in air combat. Hypersonic vehicles have become the commanding heights in the air combat system due to their unique characteristics， such as high speed and crossdomain. Data link technology provides support for maximizing the operational effectiveness of hypersonic vehicles. Conversely， the development of hypersonic vehicles broadened the boundaries of data link technology， and the requirements for index parameters （such as transmission rate， throughput， packet loss rate， and delay） vary in different combat missions. In recent years， the rapid development of emerging technologies such as 5G， the Internet of Things， cloud computing， and artificial intelligence has accelerated the continuous advancement of battlefield situational awareness from physical domains， and information domains to cognitive domains. Based on a review of the development of data links， this paper analyzes the challenges faced by hypersonic aircraft data links， which have the characteristics of large envelope flight. This paper discusses the toplevel requirements and key technologies of the hypersonic vehicle data link.

Key words： hypersonic vehicle； air combat system； data link； 5G communication； artificial intelligence