短波信号监测—战术数据信息链路A

短波信号监测——战术数据信息链路‐A（Link‐11）
一、前言
战术数据信息链路（TADIL-Tactical Digital Information Link）是一种美军用在战术单元之间传递资料的系统，能将敌/我位置的“战场图景”资料快速传递，供美军（海、陆、空三军）的许多指挥系统使用，通常用于指挥在特定区域执行军事行动的部队，北约盟国以及日本也常使用此系统。

此类链路又可分为：TADIL-A/Link-11、TADIL-B/Link-11B、TADIL-C/Link-4、ATDL-1(Army tactical data link 1)、IJMS (Interim JTIDS message specification)、TADIL-J等等。

Link-11是一种半双工（无法同时进行收发）无线电数字链路，是美国战术数据信息链路-A（Tactical Data Information Link-A）的海军舰载版本，它为军舰、飞机和海基设施之间提供了高速的战术信息（如）交换渠道（如图1所示）。

Link-11可使用短波（HF），超短波（UHF）甚至卫星频段，但美军仅使用短波频段。

图1、战术数据信息链路（TADIL）通信示意图
不同工作频段下，Link-11系统的通信覆盖范围有所不同，详见表1。

Link-11系统目前在北约内部广泛使用，但在不久的将来，它将被更新的Link-22所取代。

表1：不同工作频段下Link-11系统的通信覆盖范围
工作模式 覆盖范围
短波（HF） 地波 约300海里*天波 约1000海里
超短波（UHF）
军舰之间 约20～30海里 军舰与飞机之间 约150海里
*：1海里约为1.85公里
Link-11的信号类型有两种，一种是传统Link-11信号，简称CLEW（Conventional Link Eleven Waveform）；另一种是近期出现的单音Link-11信号，简称SLEW（Single-tone Link Eleven Waveform）。

本文主要阐述传统Link-11（Link-11 CLEW）的系统组成、工作模式、
数据格式及信号的监测。

二、Link-11系统概述
典型的舰载Link-11通信系统如图2所示，主要由作战方位系统（Combat Direction System-CDS）计算机、KG-40加密设备、数据终端系统（Data Terminal System-DTS）、标准频率源、HF/UHF无线电收发信机、天线耦合器和天线等几部分组成。

图2、典型的Link‐11通信系统
CDS计算机系统
CDS计算机系统是作战方位系统的核心，其主要用于维持轨迹数据库。

将轨迹数据库中
的轨迹信息通过Link-11网络发送给其它单元，同时接收网络中其他单元传来的远程轨迹信息并显示。

KG-40加密设备
Link-11通信系统中所用的加密设备为TSEC/KG-40。

当数据终端系统发送/接收数据时，KG-40用于对要发送/接收的数据进行加密/解密。

数据终端系统
数据终端系统是整个Link-11系统的核心，它是数据的调制器/解调器（MODEM）。

发送数据时，它先将加密设备加密后的24bit数据再加6bit用于错误检测和校正，再将这30bit数据进行相位调制，变为由16个数据音组成复合信号，通过短波（HF）或超短波（UHF）来传输。

数据接收过程与数据发送过程相反。

无线电收/发信机
Link-11系统可工作于短波（HF）/超短波（UHF）频段，需长距离通信（超视距传输）
时使用HF频段；短距离通信（视距传播）时使用超短波（UHF）频段。

天线耦合器
天线耦合器用于天线与无线电装置间的阻抗匹配。

频率标准
Link-11系统使用标准频率源来提供准确的时钟基准，这个频率标准可以是系统内部的频率源也可以是系统外部的频率源。

三、Link-11工作模式
组成Link-11系统的硬件不多，但建立和维持一个链路却复杂得多，因为这其中只要有一个环节（无线电链路、数据终端机或其他设备）出现问题，整个链路的通信就中断了。

当指挥官会发出一条要求建立Link-11通信的消息（此消息里面包含了一张主/次要频率列表、初始网络控制站名称、初始栅格锁定参考单元名称、参与单元标识和地址、初始数据链路参考点及其他操作步骤等）后，整个通信网中的各站会通知网络控制站（Net Control Station-NCS）已准备好建立链路。

当网络控制站与各单元建立通信后，它会按以下六种模式来工作：网络同步、网络测试、轮询、广播、短广播、无线电静默。

网络同步
网络同步用以初始化网络链接，为全网通信建立统一的时间基准。

网络同步信号由网络控制站的操作人员手动开启并一直发送Link-11前导码，直到网络控制站的操作员手动停止发送。

网络中每个单元接收到这一信号后会对其时间基准进行同步。

网络同步完成后，进入网络测试。

网络测试
网络测试用以对网络和设备的性能进行整体评估，测试网内所有单位和数据终端系统操作之间的连通性。

由网络控制站向网内所有单元发送测试数据，该测试由系统自动发起，直至操作员手动停止测试为止。

轮询
轮询是Link-11系统的一般工作模式，它为所有参与单元提供连续的、近乎实时的战术信息的数据交换。

轮询开始时，由网络控制站的操作员输入本船地址和为每个网内单元分配的地址，挨个对网内每个单元进行呼叫，如果被呼叫的单元没有回应，就跳过该单元，对下一单元进行呼叫；如被呼叫的单元接收到呼叫后，则会向网内所有其它单元发送自己的数
据。

当网络内所有单元都呼叫完毕后，网络控制站再向网内所有单元发送它的数据，如此周而复始。

广播
当网内某个单元处于广播模式时，它将不断发送一系列数据传给网中的所有成员。

此模式由操作员手动开启，并自动持续下去，直至手动停止。

在广播模式下，网内其它单元可以在保持无线电静默（只接收不发射）的情况下接收实时战术信息。

短广播
短广播模式下，网内某单元或网络控制站给网络中其它单元发送数据。

这种模式仅在没有其他单元传输数据时使用。

该模式由操作员手动开启，发送完数据后就自动停止。

无线电静默
当网内某单元或网络控制站处于无线电静默时，它不再进行任何无线电发射，但不影响无线电信息的接收。

该模式由操作员手动开启和关闭。

四、Link-11数据格式
Link-11发送的信息主要由2部分数据组成：来自于作战方位系统计算机的战术信息数据（24bit 的战术信息数据加6bit 错误检测和纠正码，共30bit）和来自于数据终端系统其它的数据。

来自数据终端系统的数据由前导码、相位参考码、控制码和数据码共4部分组成。

控制码包括起始码、停止码和地址码，其长度均为2帧（每1帧数据由1个基带频率为605Hz 的多普勒音，14个频率间隔为110Hz 的数据音以及1个基带频率为2915Hz 的数据/同步音，共16个音频组成）。

1个典型的Link-11信息数据格式如图3所示。

前导码
相位参考码
起始码数据码
（长度可变）
停止码地址码
图3、典型的Link ‐11信息数据格式
前导码
前导码由1个基带频率为605Hz 的多普勒音和1个基带频率为2915Hz 的数据/同步音（在发送前导码和网络同步模式时用于识别帧时序（仅用于同步，不包含数据）；在其它工作模式下，它包含2bit 数据）组成，其间没有数据音。

前导码长度为5帧，发射功率为正常信
号发射功率的4倍。

以正常数据发射功率为0dB计算，正常情况下605Hz多普勒音的发射功率为+6dB，2915Hz数据/同步音发射功率为0dB；而在发射前导码时，605Hz多普勒音的发射功率为+12dB，2915Hz数据/同步音发射功率为+6dB。

Link-11前导码发射功率示意图如图4所示。

图4、Link-11前导码发射功率示意图
605Hz的多普勒音未经相位调制，主要用于校正由发射机和接收机之间的相对运动引起的接收音调中的多普勒频移，以及由于发射机和接收机标准频率间的差异而可能引起的多普勒频移。

2915Hz的数据/同步音位于每帧数据末尾，并相移180º用以告诉数据终端系统本帧结束。

相位参考码
紧随前导码发送的是相位参考码。

相位参考码由14音频数据音、1个基带频率为605Hz 多普勒音和1个基带频率为2915Hz数据/同步音组成，其中多普勒音的发射功率要比数据音和同步音高6dB（见图5）。

图5、Link-11相位参考码发射功率示意图
14路数据音之间的间隔为110Hz，从935Hz到2365Hz。

每路数据音包含2bit数据，调
制方式为DQPSK，常用的波特率为45.45Bd，详见表2。

表2：Link-11数据帧音频列表
序号 频率（Hz） 描述 Bit位
1 605 多普勒音 *
2 935 数据 Bit0&Bit1
3 1045 数据 Bit2&Bit3
4 115
5 数据 Bit4&Bit5
5 1265 数据 Bit6&Bit7
6 1375 数据 Bit8&Bit9
7 1485 数据 Bit10&Bit11
98 1595 数据 Bit12&Bit13
9 1705 数据 Bit14&Bit15
10 1815 数据 Bit16&Bit17
11 1925 数据 Bit18&Bit19
12 2035 数据 Bit20&Bit21
13 2145 数据 Bit22&Bit23
14 2255 数据 Bit24&Bit25
15 2365 数据 Bit26&Bit27
16 2915 数据/同步*Bit28&Bit29
*：605Hz多普勒音不包含数据，2915Hz数据/同步音用于同步时不含数据
五、Link-11信号监测
在HF频段使用时，Link-11信号采用上边带（USB）和下边带（LSB）调制。

设备设置
Link-11信号实际占用带宽不到3kHz，通常将监测接收机解调模式设为USB/LSB，解调带宽大于3kHz，即可很好地接收。

频谱特征
实际监测过程中，我们发现有两种情况：
1、同时使用USB和LSB调制的两个Link-11信号组合在一起（见图6）；
2、仅用单边带（USB或LSB）调制的单个Link-11信号（见图7）。

图6.1、双路CLEW信号的频谱图 图6.2、双路CLEW信号的语谱图
图7.1、单路CLEW信号的频谱图 图7.2、单路CLEW信号的语谱图 通过信号的语谱图和频谱图中，很容易分辨出Link-11信号的前导码和数据码（见图8）。

图8.1中，黑色框中的信号即为长度为5帧的前导码（中间没有14路数据音）；图8.2中，前导码的605Hz多普勒音和2915Hz同步音功率差约6dB。

图8.1、Link-11前导码语谱图 图8.2、Link-11前导码频谱图 信号解码
利用Wavecom公司的W-PCI软件可以很好地对Link-11 CLEW信号进行分析和解码（见图9），我们只能看到信号解码后的加密数据。

图9、Link-11 CLEW信号解码实例
六、总结
由于短波频段的Link-11信号主要由美军使用，因此在实际监测工作中，我们所监测到的Link-11信号往往来自韩国、日本和东南亚等地的美军基地或舰船，熟悉和掌握该信号的识别和监测对维护我国国家安全和海洋权益有着重要的意义。