數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展及其在空面導(dǎo)彈中的應(yīng)用

周學(xué)武，鄒敏懷，張邦楚，黃劍斌，劉濤

（中航工業(yè)洪都，江西南昌330024）

0 引言

網(wǎng)絡(luò)化制導(dǎo)技術(shù)是新一代飛行器急需解決的重大基礎(chǔ)性問題，也是新一代精確制導(dǎo)武器的智能化、信息化要求，是實(shí)現(xiàn)空面導(dǎo)彈協(xié)同搜索、協(xié)同攻擊，充分發(fā)揮整體威力、取得“1＋1＞2”的系統(tǒng)效應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)[1]。先進(jìn)的指揮數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)在教練機(jī)訓(xùn)練和空面導(dǎo)彈使用中起到催化劑作用，極大地提高了裝備研制的效費(fèi)比。

美軍從20世紀(jì)50年代開始了數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的研究，建設(shè)了衛(wèi)星廣域數(shù)據(jù)鏈、戰(zhàn)區(qū)通用數(shù)據(jù)鏈、軍兵種專用數(shù)據(jù)鏈等滿足多軍種網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)需求，C4ISR系統(tǒng)建設(shè)隨數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展成為最熱門的軍事技術(shù)研究領(lǐng)域，對其各種主戰(zhàn)、偵察平臺、先進(jìn)導(dǎo)彈以及裝備訓(xùn)練系統(tǒng)均已加裝或準(zhǔn)備加裝數(shù)據(jù)鏈。充分體現(xiàn)了數(shù)據(jù)鏈技術(shù)能夠支持、產(chǎn)生新的作戰(zhàn)樣式或?qū)鹘y(tǒng)作戰(zhàn)樣式的提升，使得作戰(zhàn)樣式/戰(zhàn)爭樣式發(fā)生了質(zhì)的改變。其相對傳統(tǒng)平臺中心戰(zhàn)而言，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)是實(shí)現(xiàn)多平臺連接的系統(tǒng)作戰(zhàn)概念，數(shù)據(jù)鏈在其中起到了橋梁作用，提高了整體作戰(zhàn)效能。

本文研究在下一代空面武器設(shè)計(jì)論證中，如何結(jié)合國家信息化體系建設(shè)趨勢，分析空面武器數(shù)據(jù)鏈協(xié)同應(yīng)用需求及武器協(xié)同戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈應(yīng)用的可行性。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國外研究現(xiàn)狀

1.1.1 協(xié)同成為武器技術(shù)發(fā)展熱點(diǎn)之一

自協(xié)同作戰(zhàn)概念提出后，美國、俄羅斯發(fā)展了相應(yīng)作戰(zhàn)武器系統(tǒng)。美國的網(wǎng)火作戰(zhàn)系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)廣域多點(diǎn)武器發(fā)射協(xié)同制導(dǎo)技術(shù)。偵察/打擊巡飛彈藥，可與預(yù)警機(jī)、無人機(jī)、戰(zhàn)斗機(jī)以及其它偵察/打擊巡飛彈藥等進(jìn)行組網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)對大面積目標(biāo)區(qū)域的廣域搜索、偵察、定位和戰(zhàn)場態(tài)勢評估，通過低速雙向數(shù)據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)信息共享，并為其它武器實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的指示，可與其它攻擊平臺組網(wǎng)或彈彈之間組網(wǎng)，協(xié)同攻擊目標(biāo)，達(dá)到最佳的攻擊效果。

俄羅斯提出了一些導(dǎo)彈群協(xié)同作戰(zhàn)的觀念和方法。俄羅斯Л-700花崗巖超聲速反艦導(dǎo)彈可將陸、海、空基傳感器，甚至衛(wèi)星獲得的信息融合，解算目標(biāo)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)信息共享，進(jìn)行飛行任務(wù)規(guī)劃，實(shí)施自主攻擊，其領(lǐng)彈-攻擊彈的攻擊方式充分體現(xiàn)了協(xié)同使用的思想。

1.1.2 數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展帶動了作戰(zhàn)武器系統(tǒng)發(fā)展

美國從上世紀(jì)80年代初期開始一直在提升武器數(shù)據(jù)鏈能力，如圖1所示。休斯公司上世紀(jì)80年代初期研制出的雙向L波段武器數(shù)據(jù)鏈，主要用于精確制導(dǎo)武器和航空炸彈如GBU-15。美空軍的F-111、F-15、F-16、B-52、F-18等飛機(jī)已裝備美國空軍超過3000套AN/AXQ-14系統(tǒng)。雷神公司研制兼具指揮、控制和通信功能，主要應(yīng)用于制導(dǎo)武器如AGM-62導(dǎo)彈、控制AGM-62、AGM-84E、AGM-154等導(dǎo)彈，裝備海軍的F/A-18、P-3C、S-3B等飛機(jī)。在1999年的“盟軍行動”中，美軍的F/A-18戰(zhàn)斗機(jī)就曾利用AN/AWW-13數(shù)據(jù)鏈接收無人機(jī)的偵察情報(bào)，并利用AN/AWW-13對增強(qiáng)型遠(yuǎn)程對地攻擊導(dǎo)彈進(jìn)行制導(dǎo)控制。

馬丁公司研制了 “監(jiān)視微型攻擊巡航導(dǎo)彈（SMACM）”導(dǎo)彈，加裝了LINK-16數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)。該數(shù)據(jù)鏈可分為單個(gè)武器控制“超視距”點(diǎn)對點(diǎn)型；多個(gè)控制者和武器通過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行超視距連接“節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)”型；多個(gè)用戶通過衛(wèi)星接入國防部的全球信息柵格（GIG）的“綜合網(wǎng)絡(luò)”型。在WDLNACTD的多項(xiàng)試驗(yàn)中，驗(yàn)證了將Link-16用作武器實(shí)時(shí)指揮、控制的可行性，比如SDB、GBU-40、JDAM、“魚叉”III等。

圖1 美國數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展帶來的武器系統(tǒng)變革

1.1.3 作戰(zhàn)樣式隨技術(shù)發(fā)展而改變

新軍事革命技術(shù)模式——系統(tǒng)集成 （System of Systems），將獨(dú)立的情報(bào)偵察與區(qū)域監(jiān)視、指揮控制、作戰(zhàn)武器三方面的進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，做到實(shí)時(shí)互動，如圖2所示[3]，使得戰(zhàn)場態(tài)勢透明在指揮者面前。

圖2 戰(zhàn)場要素系統(tǒng)集成

隨工業(yè)技術(shù)水平的提高，美軍以網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)為主要作戰(zhàn)樣式，已在隱身目標(biāo)探測、戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御系統(tǒng)（TMD）等多級一體化的探測、指令、決策上裝備了第三代信息融合產(chǎn)品，支持多雷達(dá)組網(wǎng)、多傳感器組網(wǎng)以及天基平臺支持陸?？諔?zhàn)場傳感器要素。其代表性的系統(tǒng)為多傳感器組網(wǎng)系統(tǒng)（MSNS），包括探測組網(wǎng)、情報(bào)組網(wǎng)；協(xié)同作戰(zhàn)能力處理器（CEP），實(shí)現(xiàn)多平臺火力傳感器信息全分布式融合?！皯?zhàn)術(shù)瞄準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”(TTNT)是一種基于因特網(wǎng)協(xié)議、高速、動態(tài)、Adhoc的數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)空軍對時(shí)間敏感目標(biāo)和移動目標(biāo)的快速瞄準(zhǔn)和精確打擊。TTNT的核心技術(shù)可以支持基于網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)部隊(duì)版本的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，連接戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)和地面節(jié)點(diǎn)，可以將全球信息柵格的能力拓展到移動平臺上。TTNT是下一代數(shù)據(jù)鏈的代表，可以包含200個(gè)以上成員，可以看作大型網(wǎng)絡(luò)。最近的測試表明其網(wǎng)絡(luò)容量高達(dá)10兆，信息延遲優(yōu)于1.8毫秒，網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議更新速率和新用戶自組網(wǎng)的時(shí)間均為3秒，作用距離200多公里，每個(gè)用戶的通信容量優(yōu)于2兆。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

聯(lián)合信息分發(fā)系統(tǒng)JIDS[4]是我軍自行研制的一種通信、導(dǎo)航、識別綜合電子系統(tǒng)，具有強(qiáng)抗干擾、高保密、強(qiáng)抗毀生存能力。JIDS為多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)的自動化指揮系統(tǒng)使用起到了重要作用，是集通信、導(dǎo)航、識別于一體的系統(tǒng)。主要用于陸海空主戰(zhàn)武器平臺的指揮控制、戰(zhàn)術(shù)協(xié)同和以預(yù)警機(jī)為中心的戰(zhàn)場信息共享、聯(lián)合作戰(zhàn)指揮。然而此系統(tǒng)有位置信息更新率較低、較難支撐空面導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)化使用下重要信息共享能力，如戰(zhàn)場態(tài)勢姿態(tài)信息、目標(biāo)協(xié)同信息、遠(yuǎn)程指揮信息等。

根據(jù)我軍信息化和機(jī)械化綜合發(fā)展以及新軍事變革的要求，多平臺數(shù)據(jù)融合技術(shù)長足進(jìn)展。在武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈技術(shù)研究方面，武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈與平臺傳感器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、指揮控制系統(tǒng)和火控系統(tǒng)緊密數(shù)據(jù)交換關(guān)系，開展了各軍、兵種作戰(zhàn)平臺之間實(shí)時(shí)建立低時(shí)延、高可靠的信息共享網(wǎng)絡(luò)，高精度的時(shí)空統(tǒng)一體系和網(wǎng)絡(luò)化、分布式、實(shí)時(shí)的協(xié)同處理機(jī)制研究，以滿足對敵目標(biāo)探測識別-精確定位-精確打擊-效果評估一體化的作戰(zhàn)需求。

2 武器數(shù)據(jù)鏈在空面武器的應(yīng)用條件

2.1 明確網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)功能

在美國等發(fā)達(dá)國家實(shí)現(xiàn)了以數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂脼樘攸c(diǎn)的三級層級系統(tǒng)，如圖3所示，其系統(tǒng)功能明確，制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈隸屬于數(shù)據(jù)鏈體系的第三層，與平臺傳感器系統(tǒng)、武器系統(tǒng)、火控系統(tǒng)緊密結(jié)合。此系統(tǒng)建立在機(jī)載、彈載以及作戰(zhàn)平臺具有合適的數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)、數(shù)據(jù)頻段分配、數(shù)據(jù)量通信能力等基礎(chǔ)上。

圖3 作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)層級

在采用多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)樣式下，且數(shù)據(jù)鏈技術(shù)、衛(wèi)星通信保障均處于待完備狀態(tài)，在未來一段時(shí)間內(nèi)需要發(fā)展武器數(shù)據(jù)鏈技術(shù)和裝備空面武器數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)?？彰嫖淦鲄f(xié)同功能可以采取采用統(tǒng)一規(guī)劃、分軍種實(shí)施，先建立和明確現(xiàn)階段空面武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈的同源平臺協(xié)同作戰(zhàn)數(shù)據(jù)鏈為基礎(chǔ)，后發(fā)展非同元協(xié)同平臺的協(xié)同數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)，從同類武器協(xié)同裝備到戰(zhàn)場全武器協(xié)同兩步走。逐步實(shí)現(xiàn)低時(shí)延、高可靠的信息共享網(wǎng)絡(luò)和高精度的時(shí)空統(tǒng)一體系以及網(wǎng)絡(luò)化、分布式、實(shí)時(shí)的協(xié)同處理機(jī)制，滿足對敵目標(biāo)探測識別-精確定位-精確打擊-效果評估一體化的作戰(zhàn)需求。

數(shù)據(jù)鏈技術(shù)在戰(zhàn)場主要實(shí)現(xiàn)信息的互聯(lián)互通，平臺對武器的互操作功能，在美國無人機(jī)編隊(duì)作戰(zhàn)中明確提出智能化等級與其信息交互能力關(guān)系[2]，其中，1級為基本的一對一強(qiáng)制性或指令性的信息連通；2級為離散(一系列)的一對一的固定任務(wù)連通；3級為集中式一對多信息連通和平臺信息交互與共享；4級為分布式多對多可動態(tài)配置鏈路和平臺信息交互與共享；5級網(wǎng)絡(luò)中心下分布式多對多平臺信息交互與共享。在未來空面武器應(yīng)用數(shù)據(jù)鏈后，其作戰(zhàn)向智能化方向發(fā)展，根據(jù)空面武器的智能化程度，提出協(xié)同制導(dǎo)數(shù)據(jù)鏈戰(zhàn)術(shù)功能。

2.2 通信容量/質(zhì)量與效能關(guān)系

從通信網(wǎng)絡(luò)對分布式融合結(jié)構(gòu)與效能的影響的角度上[3]，對網(wǎng)絡(luò)容量與數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)關(guān)系作分析。如圖4所示，網(wǎng)絡(luò)一定情況下，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)誤差橢圓面積比隨狀態(tài)噪聲變化，當(dāng)通信網(wǎng)絡(luò)的噪聲由-4dB增大到6dB時(shí)，其網(wǎng)絡(luò)內(nèi)誤差橢圓面積比由0.7降到0.6，下降率為14.3℅，即網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信質(zhì)量使得通信誤差增大；同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)數(shù)n=1,2,4,8時(shí)，n=8和n=4的極限網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量下降率為11.4℅其質(zhì)量下降率為最小，同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)噪聲由-2dB到0dB時(shí)，n=8網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量明顯優(yōu)于n=4。體現(xiàn)了在網(wǎng)絡(luò)通信容量一定的情況下，節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加能夠提高網(wǎng)內(nèi)成員通信質(zhì)量，但在極限情況下，網(wǎng)內(nèi)成員數(shù)量的增加對質(zhì)量的提高貢獻(xiàn)有限。

因此，基于網(wǎng)絡(luò)帶寬(速率)的通信與制導(dǎo)可以通過協(xié)同節(jié)點(diǎn)增加網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信息共享，能提高對區(qū)域信息的效能。但是，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)通信容量和通信質(zhì)量制約網(wǎng)絡(luò)內(nèi)成員的效能，需要一定的通信容量滿足多武器節(jié)點(diǎn)的需求，同時(shí)，需要網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有一定的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量（抗干擾能力）保證多武器節(jié)點(diǎn)信息的正確性?？彰嫖淦鞫嗖捎脠D像制導(dǎo)方式，其數(shù)據(jù)鏈設(shè)計(jì)必須詳細(xì)結(jié)合導(dǎo)彈的使用進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，特別在下一代空面武器的多平臺、多武器協(xié)同作戰(zhàn)中，需要武器總體結(jié)合武器使用來論證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈的具體需求。

在數(shù)據(jù)鏈單節(jié)點(diǎn)效能一定情況下，數(shù)據(jù)鏈節(jié)點(diǎn)數(shù)增加能有效提高網(wǎng)絡(luò)效能[5]，提高作戰(zhàn)優(yōu)勢理論依據(jù)曼特科爾費(fèi)法則是建立一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的費(fèi)用與這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)成正比例增長，而這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的潛在效能/價(jià)值則是所連接節(jié)點(diǎn)數(shù)的二次函數(shù)關(guān)系，如圖5所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)誤差橢圓面積比隨狀態(tài)噪聲變化

圖5 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)節(jié)點(diǎn)數(shù)與成本/效能關(guān)系

2.3 多武器兼容網(wǎng)設(shè)計(jì)與通信體制選擇

武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈用戶成員分布廣泛，且用戶具有高機(jī)動性，網(wǎng)絡(luò)成員數(shù)多，成員相對位置變化快速，用戶響應(yīng)時(shí)間短，且要求抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)與衛(wèi)星通信、載機(jī)互通機(jī)制差異較大。單一的FDMA、CDMA、SDMA、TDMA接入體制不能完全滿足武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈的需求，因此，武器協(xié)同數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)需深入研究時(shí)分、頻分、空分等多種接入體制和支持全向、定向、全向/定向綜合工作方式。

在自主作戰(zhàn)模式下，網(wǎng)內(nèi)成員網(wǎng)絡(luò)資源根據(jù)空面武器任務(wù)進(jìn)行分配，需滿足空面武器任務(wù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)通信量要求。在網(wǎng)內(nèi)成員通信模式下，空面武器網(wǎng)由作戰(zhàn)任務(wù)實(shí)時(shí)工作，根據(jù)任務(wù)要求進(jìn)行動態(tài)分配資源與組網(wǎng)，任務(wù)結(jié)束后釋放任務(wù)子網(wǎng)資源，任務(wù)子網(wǎng)按作戰(zhàn)任務(wù)可分為定向子網(wǎng)、全向子網(wǎng)和全向/定向結(jié)合子網(wǎng)，子網(wǎng)都支持功率控制。

3 結(jié)語

從發(fā)達(dá)國家武器和武器平臺的信息化發(fā)展，分析了以數(shù)據(jù)鏈技術(shù)發(fā)展為中心，數(shù)據(jù)鏈技術(shù)提升了武器作戰(zhàn)效能，改變了傳統(tǒng)作戰(zhàn)樣式。同時(shí)，提出了發(fā)展信息化體系作戰(zhàn)空面武器時(shí)需結(jié)合數(shù)據(jù)鏈技術(shù)能力。數(shù)據(jù)鏈技術(shù)的發(fā)展可應(yīng)用于無人作戰(zhàn)飛機(jī)、偵察/打擊一體無人機(jī)、偵察/打擊巡飛導(dǎo)彈等武器系統(tǒng)，應(yīng)用于傳統(tǒng)制導(dǎo)武器的智能化改造。

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