浅析航空数据链通信技术

浅析航空数据链通信技术
发布时间：2023-02-13T02:55:25.802Z 来源：《中国科技信息》2022年9月第17期作者：杨瑛杰马紫薇
[导读] 现代战争已经发展为信息化战争，对战场态势的情报获取和信息交互可以直接影响战争的局势和结果。

杨瑛杰马紫薇
中航西安飞机工业集团股份有限公司陕西西安 710089
摘要：现代战争已经发展为信息化战争，对战场态势的情报获取和信息交互可以直接影响战争的局势和结果。

其中，以航空数据链通信技术为基础构建的“神经网络”在支撑战场信息传输共享方面发挥着不可替代的作用。

本文介绍了目前国内、外主要使用的航空数据链通信技术，根据使用场景和特点分析了数据链系统的组成、链路结构和工作流程等，对比了美国Link4A、Link11和Link16等数据链的应用特点，特别阐述了Link16的TDMA通信结构。

最后，说明了未来航空数据链通信技术的发展和应用方向。

关键词：数据链；通信技术；TDMA
引言
数据链系统是在数据通信技术的基础上发展而来的，一般由数据终端设备、无线电通信设备、控制管理设备、用户接口设备等硬件单元和数据链路通信规程、应用协议等软件单元组成。

作为一种特殊的链接系统，其本质是以数据传输为媒介构成的链路总和，采用无线网络通信技术和应用协议，利用组网通信技术、数据融合技术、调制解调技术、纠错编码技术等，进行战术数据信息交换、共享及战场态势显示的一种军用数据通信网络系统。

数据链在编队成员内的各用户之间，按照共同的通信协议和规定的数据格式，实时、自动、保密地获取、传输和交换各种数据信息，从而实现信息资源共享。

为指挥中心及时掌握战场态势，迅速、正确地做出决策部署和评估任务效果等提供必要的信息和数据支撑。

通用数据链可以实现飞机平台、陆基平台和舰载平台等不同作战单元之间战术数据信息的迅速交换和共享，提高协同能力和整体作战效能。

1 航空数据链系统的构成和工作流程
航空数据链系统由信息获取、信息融合处理、信息分发设备和接收执行等分系统组成，如图1所示。

信息获取部分主要由地面警戒雷达、空中预警机和各类飞机的机载雷达、光电等可以获取目标和态势信息的传感器所构成；信息融合处理部分由地面指挥所和相关机载设备的信息处理计算机等构成；信息分发部分由地面指挥所的计算机、信息传送控制和地空数据通信电台及机载设备的计算机、机载信息传送控制和机载数传电台等构成；接收执行部分一般由机载数传电台和机载设备计算机所控制的屏显、码声设备、各类飞行和任务相关的传感器等构成。

航空数据链系统的工作流程大致为：地面指挥所的信息融合处理单元接收到来自地面警戒雷达、空中预警机以及各类飞机的机载雷达、光电等传感器获取到的各类信息，按照约定的规范协议进行数据融合处理后形成各作战平台所需的空中敌我态势情报信息和作战引导指令消息等，通过信息分发设备按交联关系分多路送至相关设备可实现传送、显示和码声提示等功能，需传送至其它作战平台的数据信息通过信息传送控制部分有序打包传递给地面数据通信电台，地面通信电台将相关信息经过转换、调制、加密、放大等处理后生成射频（RF）信号通过天线发射出去传递给各个作战机群。

数据链网络内的作战机群通过天线接收到来自地面指挥所含有相关战场态势信息和作战指令的射频信号后送至机载数传电台进行滤波、解调、解密等一系列处理，解析出来自地面指挥所发送的含有敌我态势等情报信息和作战指挥引导指令消息等数据通过机载信息传送控制部分按规定有序送往机载数据处理计算机进行处理，生成相关机载设备和系统可识别的数据内容格式后分别将显示部分数据送至机载屏显设备，声音指令数据等送至机载码声设备进行播报，与飞机飞行系统或任务系统有关的数据信息分别送到雷达等相应的传感机构，使飞机按照指令执行相应的动作和任务攻击。

同时，地面指挥所也需要及时获取各作战平台的工作状态、任务评估等信息，以便有效地组织、调整、协调所属飞机完成作战任务。

所以航空数据链系统一般可以满足机载平台和地面指挥所之间的双向传输，即机载平台也可以将自身传感器获取到的相关飞行参数和战场情报信息等通过搭载的数据链系统传递至地面指挥所，实现地-空平台各类信息的快速交互和战场态势的实时感知。

图1 航空数据链系统的组成
2 典型数据链的链路结构和工作流程
目前，世界上美国、北约、俄罗斯和以色列等均装备有数据链。

典型的有美国和北约的Link4A、Link11、Link16和Link22等。

2.1 Link4A数据链
Link4A数据链工作在UHF频段，在工作频段之间每隔25kHz为一个信道，大致有7000多个可用的射频信道，信道速率可达5kb/s，调制方式普遍采用频移键控（FSK）方式，作用距离可达350Km。

这种链路结构简单、可靠性高、网络效率良好等被广泛应用于航空母舰自动
着舰系统、空中交通管制、空中拦截控制、突击控制、舰载飞机惯性导航系统等方面。

Link4A数据链的链路结构框图如图2。

其中控制平台主要由战术数据系统（TDS）、数据终端设备（DTE）、无线电设备及收发天线等组成，机载受控终端主要由天线、无线电设备、数据终端设备、控制器和显示器等组成。

图2 Link4A数据链的链路结构框图
该链路采用点名呼叫应答的工作方式，即建立一个主控站点，其余站点为应答站。

在给定的工作频率信道中，采用时分复用原理，时隙是等长的，通过给每个信道分配一个不连续的时间间隔连接两个端点。

网络控制站可在同频信道中控制多架飞机，当控制站在控制时隙内发送消息帧点名呼叫某入网单元时，该入网单元会在指定的时隙内发送自己的数据信息，在任意一个时刻，只能有一个站点处于发射状态，其余站点则处于接收状态。

所以，在正常情况下，不会产生数据碰撞。

2.2 Link11数据链
Link11数据链是美军舰艇之间、舰-地之间、空-舰之间、空-地之间实现战术数字信息交换的重要数据链路。

该链路工作在HF和UHF频段。

在HF频段时，理论上可以实现中心半径300海里的超视距全向通信覆盖；而工作在UHF频段时只能进行视距通信，可提供20海里的舰艇编队内部和150海里的舰艇与飞机之间的全向通信覆盖。

该链路采用半双工、轮询呼叫的工作方式，并在主控站的管理下进行组网通信，即网络控制站依次询问所有的入网单元并接收其回答的数据。

当网络控制站呼叫入网单元时，入网单元接收确认，然后发送出自己的数据，随后转入接收状态。

在任意给定时间，该链路内入网单元不是在发送数据就是在接收数据，发送数据长度可变，时隙长度也不固定。

此外，该链路可实现加密功能。

2.3 Link16数据链
Link16数据链是美军依据作战需要和充分发挥联合战术信息分发系统的能力而研制的一种高性能、多功能、安全、抗干扰的高级数据链路系统。

该链路系统具有容量大、抗干扰能力强、保密性好、组网方式灵活和高抗毁能力等特点，适用于战场监视、电子战、任务管理、武器协调及空中管制等多方面，正常作用范围可达400Km左右。

该链路工作在L波段，采用时分多址（TDMA）的工作方式。

即以时隙为单位将资源分配给系统内各成员，每个系统成员均有准确的时钟，以一个指定成员的时钟为基准位，其余成员的时钟与之同步。

各系统成员在规定的时隙内发送自己的战术信息，在其余时隙则接收系统内其他成员的战术信息。

该数据链的信息网络就像一个巨大的环形信息池，网内的用户成员分别将自己的情报信息发送到信息池中，同时，也可在信息池中获取自己需要的信息。

从理论上讲，该网络结构下每个成员的功能都是一样的，具有无中心节点的网络特性。

当指定为系统时钟基准的成员被毁，则在规定时间内，可由另一预先指定的成员接替其成为基准成员。

此外，该网络可以组成多重网结构，链路数据速率比Link4A和Link11高得多，且增加了加密话音、相对导航和扩跳频抗干扰等功能。

表1 Link4A、Link11和Link16数据链的性能对比
3 TDMA（时分多址）通信结构
时分多址是把时间分隔为周期性的时元、时帧和时隙。

每天24小时可被分隔为112.5个信号时元，每个时元持续时间为12.8min。

一个时
元又可以被分隔为64个长度为12s的时帧，一个时帧又可以被划分为1536个长度为7.8125ms时隙，时隙结构示意图如图3。

图3 时隙结构示意图
时隙作为联合战术信息分发系统中最基本的单位，时间分配关系如图4所示。

在每个时隙内，系统终端都可被设定为发射状态或接收状
态。

每一时隙前段有定时抖动时间，在此期间不发送脉冲。

这种人为抖动时间可随时隙号码变化，变化规律是由内部密钥来控制。

密钥每天改变一次，该系统不易受到敌方干扰。

同步段共有20个脉冲，前16个脉冲用来做粗同步，后4个脉冲做精同步，以确保系统的精确同步。

数据纠错段包含纠错码共有109个脉冲，除去脉冲的总持续时间，每个时隙余下的时间为保护段时间和定时抖动时间。

其作用是保证发送的
信号在下一时隙开始之前能够传播到视距范围内的所有成员，以防止相互干扰。

图4 时隙时间分配关系图
4 结语
信息技术的快速发展和高技术战争的需求、模式和形态，极大地促进了数据链技术的发展。

未来数据链系统必然是在兼容现有不同作
战平台多种数据链路的基础上，积极开发新的频率资源和技术体制，提高数据传输速率和带宽，实现包含图像、视频等多种类型数据的传输；通过优化、改进网络结构，增大系统的信息容量，提高抗干扰和抗截获能力，不断提升数据分发能力，并同时具有超视距通信功能；开发利用包括有源相控阵技术等在内的多种先进技术，拓宽数据链系统的形式和网络覆盖范围，链接各类作战系统和平台，实现作战信息资源的高度共享，提高协同作战和一体化能力，形成“天-空-地-海”立体化多维数据传输信息网络，实现“看的远、传输稳、速率高、辐射广”的使用需求。

参考文献
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