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0 引言 数据链将传感器、指控和武器单元纵横贯通，通过作战信息实时分发、自动控制与按需处理，实现联合作战从任务规划向战术行动和战术动作转化，是信息化作战体系的“神经系统”。数据链主要应用于战术末端，将作战力量有效传递至战场边缘（Force to edge）。战术末端的高对抗环境使数据链路直接裸露在敌方火力及电磁攻击下。为确保战术信息的分发与共享，以及各作战单元的协同互动，发挥作战体系的整体效能，数据链技术需综合采用网络层、应用层、链路层的跨层设计，实现在复杂电磁环境下的对抗与反对抗。数据链技术的发展，需要在其系统技术体制中充分考虑复杂电磁环境，尤其是对抗环境因素。可利用分布式的战场资源管理，提升数据链的抗毁性、鲁棒性；将认知、对抗技术的发展成果融入数据链技术体制，将现有的被动硬抗与未来的主动攻击/防御相结合，实现更为灵活的数据链对抗与反对抗方式。 1. 数据链发展概述 美军数据链经过半个多世纪的发展，已研制并装备了10多种数据链。其中较为广泛和成熟的有TADIL A/B（Link-11A/B）、TADIL C（Link-4A）、TADIL J（Link-16）等。随着新的作战需求的出现，新型数据链系统也应运而生，如机间链（IFDL）、多功能先进数据链（MADL）、协同作战能力（CEC）、战术目标瞄准网络技术（TTNT）以及通用数据链（CDL）等。2001年美国防部向国会提交了《网络中心战》报告，全面阐述了“网络中心战”的理论及其发展战略。网络中心战通过建立全球信息栅格将分散在全球各维度的作战要素聚集为网络化的作战整体，实现战场态势的感知共享，建立信息优势，并将信息优势转变为决策优势和行动优势，而达成信息优势的核心要素是数据链。在美军网络中心战体系中，包含三个层次的数据链体系：联合计划网（JPN）、联合数据网（JDN）和复合跟踪网（JCTN）。其中，CEC、TTNT等属于实时性要求较高的复合跟踪网，信息精度达到武器控制级（亚秒级）；Link22、Link16、Link11和EPLRS等属于准实时性要求的联合数据网，信息精度达到兵力控制级（秒级）；部分通用数据链（CDL）等属于非实时性要求的联合计划网，信息精度达到部队协同、调度及保障级（分钟级）。 图1. 网络中心战与数据链体系 我国数据链的研发起步较晚，但发展较快。目前已有多种类型的军兵种专用、通用数据链用于装备或在研。我国数据链的发展，从早期的跟踪研仿，到集成创新，目前部分关键技术已经达到国际领先。为了使作战力量在新的作战域中获得信息优势，逆转战争态势，信息共享需要在空间上得到延伸。未来全维多域的信息网络将会纳入更多的作战平台与信息化装备，从而使战场电磁环境进一步复杂。数据链的发展，也必须适应未来电磁环境的变化。 2. 数据链电子防御技术发展分析 数据链发展至今，可划分为三个时代，目前各国主要装备的为第三代数据链，并正逐渐向第四代过度。第一代数据链基本无抗干扰能力（Link-1），第二代数据链（典型代表Link-4A、Link-11）的保密能力、抗干扰性能已不适应不断发展的电子对抗手段，使其在战场中相对脆弱。相比之下第三代数据链除了更全面的功能、更高的作战效能之外，其优异的保密和抗干扰性能使其对战术末端的强对抗环境有更优的适应性。因此，有必要对第三代数据链中所使用的电子防御技术进行研究和分析。 数据链是一个复杂的系统，需要面对电子对抗、侦收环境、电子干扰环境、赛博攻击环境等多层次的复杂电磁环境。因此，数据链电子防御属于系统工程，包括物理层、链路层以及网络层的跨层综合设计；合理的战术应用；网络信息安全等多方面内容。 2.1 物理层、链路层电子防御技术 为了获得强抗干扰能力，第三代数据链系统通常采用多址传输协议（例如TDMA）提供组网通信能力；采用编码、交织、抖动、双脉冲冗余发射体制等提供低信噪比解调能力；采用直接序列扩频、高速跳频等提供抗干扰处理增益；采用定向天线、双天线分集接收提供空间抗干扰能力。综合使用这些技术可获得的抗干扰能力分析如下。 第三代数据链的典型代表Link-16的抗干扰容限约为15dB，国内外第三代数据链目前的抗干扰容限均达到或高于这一水平（如TTNT达到20dB以上），具有抵抗宽带压制干扰的能力。 数据链系统采用的信道编码可以抵抗部分频点被破坏带来的影响。以Link-16为例，RS（31,15）编码可以纠正8个码元错误，能够抵抗25.8%的频带被干扰。 对于扫频干扰、脉冲干扰。若不能破译跳频图案，其干扰效果十分有限。第三代数据链系统使用的快速跳频（76,923跳 / 秒以上）使得信号驻留时间极短，且抖动可以提供时间上的随机性，因而在驻留时间内与干扰信号发生碰撞的概率极低。 对于转发式干扰。信号驻留时间内（如Link-16仅为6.4 us），电磁波仅能传播1.92km，不计信号侦收和干扰引导时间，以及采用抖动带来的随机性，在如此近的距离实施干扰并不现实。 除此之外，第三代数据链采用多天线分集接收提供空间抗干扰、抗多径能力（如Link-16的上下天线分集）。部分第三代数据链采用定向通信抗干扰、抗截获，如IFDL使用介质透镜天线，增益30dB，可实现波束-60度至 60度非连续扫描；MADL使用6个K波段共形相控阵组成的天线阵列，可连续扫描，无覆盖盲区，能够形成多个窄波束进行点对多点定向通信。 2.2 网络层、应用层电子防御技术 第三代数据链，如MADL，采用链型网络结构、动态网络管理实现窄波束点对点通信，减少窄波束的扫描范围和周期；IFDL使用定向组网、多层网络结构，并针对不同层网络使用不同特性的链路；这些技术手段使得截听者很难截获其无线电信号。 第三代数据链中采用的网络技术还包括完全自主式的Ad-Hoc网络（如TTNT）。Ad-Hoc网络是由一组带有无线收发装置的移动终端组成的一个多跳的临时性自治系统，无线终端具有路由功能，可以组成任意的网络拓扑。与常规网络组织相比，Ad-Hoc网络中不存在重要节点，具有无中心、自组织、拓扑动态变化以及多跳路由等特点。当网络中部分节点被干扰或攻击时，这种动态自组织的网络可以迅速调整拓扑结构，降低部分节点被破坏或干扰对整个编队的影响。 应用层的电子防御技术主要是通过作战样式的合理使用提高系统的抗干扰能力和安全性。以IFDL为例，支持16架F-22组成大编队进行超视距空战：每4架飞机组成小编队，通过内部通信模式进行信息交换；编队长机通过编队间通信模式交换数据。在目标探测上，整个编队中仅突前2架飞机开启雷达，将目标信息与全部成员共享，从而降低被截获概率。 图2. IFDL典型编队协同作战示意 3. 数据链电磁环境适应能力的发展思路 数据链系统在未来战场上面临的威胁来自于多个层面。因此提高数据链的电磁环境适应性也是一个系统工程，不仅是信息传输层面的硬抗干扰、抗截获问题，还有电子战和网络安全问题，不仅是物理层的问题，还涉及到链路、网络、应用层的综合抗干扰和网络信息安全技术等。下一代数据链，将从系统顶层设计入手全面考虑抗侦、抗扰、抗毁和信息安全等新技术的综合运用，从而整体提升数据链系统的电磁环境适应能力。 图3. 数据链复杂电磁环境适应性发展体系 3.1 物理层与链路层的跨层发展 未来数据链电子防御技术的发展，将结合认知无线电、定向通信、自适应跳/扩频、跳时以及自适应功率控制等技术，提高波形的抗干扰、抗截获能力。建立战场频谱空洞模型，构建面向战场复杂电磁环境的抗干扰认知循环模型。 图4. 复杂电磁环境的认知循环模型 频谱感知与自适应跳频技术：根据战场电磁环境统计特性，建立时变频谱空洞模型，基于对干扰信号的探测和分析，实时构建动态频谱参数库。将频谱参数库在网内各节点之间共享，选择最可靠的频点集合作为跳频图案库，实现具备干扰规避能力的自适应跳频。 自适应波形重构抗干扰技术：对扩频、跳频、调制、编码等相关波形参数进行模块化控制，构建动态波形库。根据实时的信道状态检测估计，从波形库中选择满足信息分发需要、且与当前战场信道状态相适应的信号波形，实现自适应可靠信息传输。 新型天线技术：利用智能天线、调零天线等，对波束进行实时控制，提高通信信号增益，抑制干扰方向信号，从空域提高系统的抗干扰、抗截获性能。 动态发射功率技术：根据通信距离和信道状态质量，自适应调整发射功率，提高数据链的保密和抗截获性能。 数据链技术重点实验室在过去一年多时间里开展了基于认知跳频的数据链抗干扰技术方面的相关研究，将数据链技术与认知技术相融合。通过对周围电磁环境进行感知、学习，自适应调整跳频参数，对干扰进行智能对抗，提高数据链系统的顽存性。 图5. 数据链技术重点实验室研发的认知自适应跳频原型系统 3.2 网络层与链路层的跨层发展 网络层的技术发展路线与链路层、应用层紧密相关。根据具体作战应用的需求，采用无中心网络结构，平台间相互作为中继节点，网络不会因为某个中心节点的毁坏而瘫痪；采用分布式动态多级路由策略，根据网络拓扑和实时链路质量、信道状态等参数，为节点间交互信息选择最优路径，从而规避敌方干扰。同时，需要加强对控制类及网络管理类等重要数据的保密认证措施和可靠传输策略，保证网管及控制类等重要信息分发的机密性和可靠性。网络成员编号和用户识别号采取随机变化的一一对应的加密认证机制，节点间通信时进行身份认证，防止非授权的访问，保护网内信息资源不受恶意攻击，使敌方无法知道我方平台在什么时间接收什么消息，无法注入虚假信息误导我方平台。 链路层的技术发展应是建立一套完整的信息分发管理和处理机制。根据用户对数据在抗干扰性能上的不同需求以及数据本身的特性，同时考虑面向不同QoS保障需求的多信息速率模式应用要求，制定数据传输规则，对所有数据进行分类，根据不同级别的数据制定多优先级和安全级的分发策略，采用面向作战应用的发布/订阅机制，建立按需分发的通信网络，利用QoS进行系统控制，使数据分发机制可以很好地配置和利用系统资源，并能支持复杂多变的战场环境和数据共享需求。 图6. 链路层抗干扰技术 3.3 应用层电子防御发展 应用层的电子防御技术的发展思路主要是通过作战样式的合理使用以及信息分发综合管控、多信息链路相互隔离备份等策略，提高系统的抗干扰能力和安全性。 信息分发综合管控，需要与链路层的信息分发管理和处理机制相结合，在满足作战需要的前提下，尽量减少不必要信息的分发，降低链路被干扰和信息被截获的概率。通过多链路相对隔离和互相备份的方式，提高系统的抗干扰能力和安全性。在系统设计时，通过采用不同的信号波形参数或不同的工作频点（频段），将不同类的链路适当分开。这样，当其中某类信息链路被干扰或截获时，仍然可以保证其它链路的安全可靠使用，同时还可以进行相互备份使用，进一步提高了系统的抗毁能力。 在作战使用方面，可以将电子支援、电子防护、电子进攻以及协同打击措施综合运用，从体系上获得对抗优势。通过无人侦察机、电子战飞机、战斗机协同作战，当探测到敌方的干扰平台时，通过释放诱饵等电子防护手段对敌方干扰进行诱骗，同时实时将干扰源的精确位置信息分发至战斗机，战斗机对敌方干扰源实施打击和摧毁。 图7. 未来强对抗环境下的作战样式示意 分布式战场资源管理：开发分布式的控制算法和鲁棒的辅助决策软件，以协助操作人员即便在干扰或平台受损的条件下也能够管理复杂的数据链路。 有人/无人协同以及收发分置雷达：无人机与有人战斗机协同探测，将发端置于无人平台，有人平台仅接收传感器数据并进行数据融合，从而实现有人平台静默攻击，降低有人平台被发现和截获的概率。 分布式电子战：将有源、无源电子战手段相结合；通过多架电子战飞机协同定位、探测和电子攻击；使用收发分置的SAR雷达成像，最终能够提高电子战飞机的灵活性，从而躲避敌方的综合防空系统。 4. 未来数据链发展趋势分析 数据链技术的发展，要兼顾现有和新战法的网络化信息交互需求：隐身作战模式下协同信息实时传输分发的需求、大容量传感器协同信息高速传输的需求、多种协同作战信息跨平台高可靠实时传输的需求、综合电子信息系统电子防御能力的需求、复杂电磁环境下协同作战信息可靠传输的需求等等。 图8.未来数据链发展 1) 不断扩展的作战域 数据链发展，首先是新作战域应用的扩展。太空、临近空间、水下以及赛博空间成为未来可能逆转战争态势的新领域。相应的，星间、星空、星地、水下等新数据链系统成为当前数据链发展的焦点之一。 2) 不断扩大的协同作战规模 未来战场将是空间、空中、地面、海面、水下多域多平台共同组成的一个多维联动的联合作战空间。不断扩大的协同作战规模带来海量的战场数据，常规的处理手段已经难以应对。正在发生的大数据革命，为数据链未来的发展提供一种新的技术手段。如上图所示，未来的数据链将是以天基、空基、海基、地面栅格网等通信基础设施为基础，指控、情报、武器协同等数据链融合发展，具备作战要素资源池化、任务功能服务化、传感器与武器网络化等特点的作战云环境。 3) 不断增长的隐身作战需求 随着新型无源探测系统的探测能力大幅度提高，如无源态势感知、电子情报系统ELINT、信号情报系统SIGINT、电子支援措施ESM等，对配有各种主动电磁辐射源的军事装备构成了严重的威胁。F-22机载无源态势感知系统，对飞行器的无缘探测距离大于460km。应对美军这种新一代战机的无源探测能力，我军作战平台，尤其是空中平台对隐身作战有迫切需求。因此，下一代的数据链需要有良好的低可探测性（LPD），才能保证作战平台的快速与突然性。 4) 攻守互易的电子战需求 考虑到未来信息作战中我军通信及信息系统如何在复杂电磁环境中生存，尤其是应对“短兵相接”的战术末端的强对抗电磁环境，发展数据链反对抗需要从单方面的干扰规避、硬抗，向主动防御和电子进攻相结合甚至是“敌为我用”的诱骗式通信的方式转变，实现在被动战场态势中攻守互易。坚持主动、多变、善变的方针，采用多种手段和相应的战术，实现战术与技术相结合、电子防御与电子进攻相结合、硬抗与巧抗相结合、通信与佯动相结合、诱骗与静默相结合等，提高战术通信网络的作战效能。未来的军用信息化装备，一定是现有数据链技术的发展与认知、对抗技术相结合的产物。 5. 结语 根据以上这些发展趋势分析，随着参战平台、武器类型不断复杂，作战域的不断扩展，协同作战规模的不断扩大，使得战场末端敌我双方各种平台释放的电磁波将会产生严重的冲突与碰撞。数据链的发展，必须不断提高对复杂电磁环境的适应性。技术层面上，能够大幅提升抗干扰能力的波形技术、自组织动态网络技术、认知抗干扰技术等，可以融入到下一代数据链的开发中。战术应用上，通过对系统用途、参战力量、兵力部署和作战地域、干扰环境、通信连通性、信息需求等方面的综合考虑，合理调配数据链系统资源，以满足数据链系统对复杂电磁环境有效利用和高效管理的要求。 |
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