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美軍數據鏈標準現狀及發展趨勢研究
送交者: 三把刀 2025年04月23日19:45:46 於 [軍事天地] 發送悄悄話

0 引言 

網絡中心戰的概念由美國海軍作戰部1997年提出,較之於平台中心戰,該作戰理念是建立在以網絡為中心思維基礎上的一種作戰行動,它強調作戰中心由平台轉向網絡,使得作戰人員能夠實時共享作戰態勢,有效提高作戰指揮的效率。數據鏈是推動平台中心戰到網絡中心戰轉變的重要裝備,該裝備利用各種無線通信和網絡手段, 按規定的信息格式、處理流程和傳輸控制協議,在傳感器、指控系統及武器平台間實時分發與自動處理戰術數據,實現“發現即打擊”的戰術信息系統。數據鏈連接各類傳感器、武器、指控平台,在複雜的作戰條件下形成端到端能力,實現機器到機器的自動操作。 

美軍現役數據鏈裝備包括 Link 系列、通用數據鏈(Common Data Link,CDL)和戰術瞄準網絡技術(Tactical Targeting Network Technology,TTNT)等。為了保障數據鏈裝備的作戰應用、人員訓練、管理規劃以及提升各數據鏈系統之間的互操作性,美國國防部、美國參謀長聯席會議、美軍軍兵種和北約國家組織發布了大量數據鏈標準並形成了標準體系,該體系保障了數據鏈裝備的正常使用,並同時促進了各數據鏈系統之間的信息交互。 

1 美軍數據鏈標準體系分析 

1.1 總體分析 

美軍目前所應用的數據鏈標準體系主要涉及 Link 系列、CDL 系列、TTNT、多功能先進數據鏈(Multi-function Advanced Data Link,MADL)、機間數據鏈(Intra Flight Data Link,IFDL)和協同作戰能力(Cooperative Engagement Capability,CEC) 等數據鏈系統,其來源包括美國參謀長聯席會議、國防部、軍兵種以及北約等多個部門或組織。本文根據標準所應用方向,對美軍數據鏈標準進行類別劃分,具體內容如圖 1 所示。


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美軍數據鏈標準可以劃分為消息標準、波形標準、接口標準、設備標準、訓練標準、信息安全標準、管理標準、試驗仿真標準以及互操作標準。上述類別標準的關係如圖 2 所示。


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消息標準和波形標準為數據鏈系統的基礎標準,接口標準為消息標準實現消息轉譯,互操作標準描述了實現數據鏈系統互操作性的方法,試驗標準和測試評估標準提供了試驗測試的相關工具和方法,訓練標準和作戰應用標準為對上述標準的綜合運用,設備標準描述了數據鏈設備的設備運行和維護。 

1.2 重點方向分析

1.2.1 波形標準 

波形標準設計規劃了數據鏈信息傳輸過程中 所使用的波形,美軍所使用的數據鏈波形標準主要由美軍各軍兵種所制定,涵蓋 Link 系列數據鏈、 CDL 系列數據鏈以及 CEC、TTNT、IFDL、MADL 等武器協同數據鏈。波形標準的制定要素如圖 3 所 示。


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基於目前所收集到的材料,美軍數據鏈波形標 準的涉及範圍主要包括開放式系統互連(Open  System Interconnection,OSI)網絡模型中的網絡層、 鏈路層以及物理層,主要涉及調製/解調、基帶數據 加密、頻率、延遲、尋址技術、擴頻、跳頻以及網絡管理、網絡路由等相關技術。 

Link-16 數據鏈波形標準則同時包括消息處理 內容,具體為傳輸消息釋義、打包傳輸以及數據加 密/解密等相關內容。

1.2.2 消息標準 

消息標準為基於數據鏈系統所定義的消息格式,具體可劃分為面向比特的消息標準、面向字符的消息標準和圖像標準,圖像標準則應用於 CDL 系列通用數據鏈系統。

1)面向比特的消息標準 

面向比特的消息標準應用於 Link 系列數據鏈 系統,包括 Link-11、Link-16 和 Link-22 等數據鏈 系統,其中 Link-11 與 Link-16 美國國防部和北約 均制定了消息標準(針對同一數據鏈系統所制定的 消息標準可視為對等標準),Link-22 數據鏈系統 為北約基於 Link-11 和 Link-16 所研發的改進型數據鏈系統,其消息標準僅北約制定。

Link 系列數據鏈系統消息標準主要內容為接 口規範、數據轉發、數據元素字典、縮略語以及相 關專有名詞定義等相關內容,其中接口、規範和消 息轉換通常為消息標準的核心內容。Link-11 使用M 系列消息、Link-16 使用 J 系列消息,Link-22 使 用 F/FJ 系列消息,其中 F/FJ 消息中包括部分 J 系 列消息。

2)面向字符的消息標準 

美國國防部所發布的面向字符的消息標準為 MIL-STD-6040(USMTF),該標準着重於強調運 用計算機設備生成使用人員可讀的相關信息,從而 可以改善信息交流過程,提高作戰效率。 

3)圖像標準 

圖像標準規定了數據鏈進行圖像傳輸時所運用的圖像格式,北約所制定的圖像標準主要應用於 CDL 系列通用數據鏈,具體可劃分為固定圖像標準和運動圖像標準,根據對標準的分析,美軍對於靜態圖像通常會運用二維坐標系進行分析,並同時建立圖像像素點與坐標值之間的對應關係;對於運動圖像則基於不同的圖像質量(高清晰度、增強型清晰度以及標準型清晰度)規定了圖像的數據結構、 傳輸接口和數據流,在使用過程中可根據實際情況選擇合適的清晰度。 

1.2.3 接口標準 

數據鏈接口標準針對不同數據鏈系統實現了消息轉譯功能,北約基於 Link-11、Link-16 和 Link-22 數據鏈系統所應用的消息標準制定了接口 標準 STANAG 5616。

STANAG 5616 建立了 M 系列消息、J 系列消息以及 F/FJ 系列消息之間的信息轉發規範,實現了上述消息之間的消息轉譯。 

1.2.4 設備標準 

設備標準用於描述數據鏈裝備的功能,美軍設備標準基於系統層面和端機層面進行分類討論,系統層面包括信號波形、系統結構、時隙分配等內容;端機層面則包括發送性能、接收性能等方面內容。 

1.2.5 試驗仿真標準 

試驗仿真標準包括兩部分:

1)仿真標準 仿真標準規定了數據鏈裝備仿真的體系架構 以及相關仿真要素,美軍所制定的數據鏈仿真標準 規定了仿真體系架構,並從端機層面和信號層面規 定了仿真要素。

2)試驗標準 試驗標準規定了數據鏈試驗過程中所運用的 試驗工具和方法,美國聯合互操作測試司令部 (Joint Interoperability Test Command,JITC)基於 戰術數據鏈固定消息格式與可變消息格式分別制 定了測試方法和測試工具。

1.2.6 訓練標準 

美軍基於數據鏈領域所制定的訓練標準可劃分為數據鏈裝備操作規程以及人員訓練標準。 

1)數據鏈操作規程

數據鏈操作規程為數據鏈裝備的使用提供了 操作指導,美軍所制定的數據鏈操作規程包括單一 數據鏈操作規程以及多戰術數據鏈接口操作規程。

ADatP-11/16/22 分別為 Link-11、Link-16 與 Link-22 數據鏈系統的操作規程,ADatP-33 與 CJCSM 6120.01 是對等標準,分別由北約和美國參 謀長聯席會議所發布,描述了多戰術數據鏈接口操作規程。 

2)人員訓練標準 

人員訓練標準為數據鏈使用人員提供了訓練 指導,美軍所發布的人員訓練標準包括為作戰人員 和管理人員所設置的培訓計劃。

1.2.7 信息安全標準 

信息安全標準是保障數據鏈信息傳輸安全的相關標準,美軍聯參會議基於數據鏈信息安全制定 了密鑰管理標準,該標準從技術層面和管理層面展開,具體描述了數據鏈系統使用過程中的密鑰分配和密鑰管理。

1.2.8 管理標準 

管理標準規定了基於數據鏈領域所發布的管理措施,美軍在管理標準中描述了數據鏈裝備的發 展規劃內容,具體包括數據鏈的服役期限和發展方向,以及不同數據鏈裝備之間的功能融合問題,如圖 5 所示。


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美國國防部在標準中發布了使用 J 系列戰術數 據鏈族的百分比和數據鏈裝備的實現和終止計劃, 根據該計劃中的相關描述,美國國防部將會逐步增加使用 J 系列數據鏈族的平台數量,而對非 J 系列 數據鏈族的數據鏈裝備則會進行逐步淘汰或將其功能併入 J 系列數據鏈族的相關裝備。

1.2.9 互操作標準 

互操作標準描述了為保障數據鏈系統之間的互操作性所採取的相關方法與措施,美軍實現數據 鏈互操作性的方法主要包括實現消息標準的一致性、波形結構和波形處理標準化、外部接口標準化以及網絡標準化。

2 美軍數據鏈標準發展趨勢分析 

2.1 美軍未來作戰理念 

近年來,基於美國國家戰略、國防戰略、軍事 戰略的重大轉向和先進科技迅猛發展帶來的推動 作用,經過數年時間的探索以及對現代戰爭形態演變規律認識的不斷深化,針對中俄等具備強大區域拒止能力的主要競爭對手,特別是政治、經濟、軍 事力量迅速崛起的中國,美軍國防部、各軍兵種先後提出“分布式作戰”、“多域戰”、“作戰雲”、 “敏捷戰鬥部署”、“馬賽克戰”等新型作戰概念, 這些新型軍事理論、作戰概念與戰法打法以“勢均力敵”競爭者為作戰對手,目標是以先進作戰理念為引領,牽引先進裝備體系發展,對敵形成全面優勢。 

2.2 美軍數據鏈領域發展趨勢 

針對大國競爭態勢,美軍加快發展空海一體戰、多域戰、馬賽克戰等新型作戰概念,以及新型艦艇、作戰飛機、導彈和無人系統等武器裝備。面對這些新概念和新裝備,美軍也面臨多種數據鏈裝備互聯、多種消息類型互通、跨域作戰流程互操作、體系集 成難等問題。基於上述問題,美軍未來數據鏈領域發展方向主要包括:

1)數據鏈裝備體系化發展步伐加快,打造信息系統支持下體系作戰能力; 

2)大力發展無人作戰平台數據鏈裝備,支持有人/無人系統作戰; 

3)着眼面向殺傷鏈的戰術“觀察—定位—決 策—行動”(Observation, Orientation, Decision,  Action,OODA)環路高效建立,形成體系對抗新 優勢; 

4)加快新技術在數據鏈裝備體系的落地應用,支撐馬賽克戰等新型作戰概念實現; 

5)構建開放式集成架構模型,按照統一架構實現多鏈與平台集成。 

2.3 美軍數據鏈標準發展趨勢 

基於美軍數據鏈領域發展方向,在數據鏈標準領域會有以下七種發展: 

1)消息標準 

美軍未來數據鏈消息標準會貫徹消息標準融合的理念,即在現有數據鏈系統消息標準中選擇主導消息標準,對於部分數據鏈裝備的原有消息標準進行替換以適應美軍所制定的主導消息標準。

2)波形標準 

美軍未來的波形標準會以軟件無線電為發展方向,即通過不同軟件來實現不同環境下的相關需求,標準規範中可能會規定對於通用硬件平台的相關要求以及對於軟件性能的要求。 

3)互操作標準 

多鏈融合為未來戰爭的方向,美軍未來互操作標準將會圍繞多數據鏈綜合運用的方向進行制定。 

4)接口標準 

美軍未來接口標準的設計理念為設定通用消息標準,對於從任意數據鏈設備所收到的消息會先翻譯為通用消息再轉換為接收端所需的消息類型。

5)設備標準 

在未來作戰中美軍大力發展無人作戰平台,實現有人/無人系統的綜合作戰應用,因此針對新型的無人設備美軍會開發對應的數據鏈端機設備,並在標準中規定相應的設備功能性能。 

6)試驗仿真標準 

美軍未來的測試仿真標準會研究基於雲計算的聯合測試技術,即通過雲計算平台整合已有的試驗仿真工具/設備,對聯合測試中採集的測試數據數據進行分布式採集、統一式存儲管理;同時對於仿真數據、實裝測試數據可能會通過大數據技術進行預處理和挖掘分析。

7)管理標準 

美軍在未來會貫徹消息標準融合的理念,即對部分裝備進行相關改裝以適應主導消息標準,因此管理標準可能會針對上述方向設置具體方案,可能包括需要改裝的裝備名單、主導消息標準的確定以及改裝的期限等內容。 

3 結語 

美軍數據鏈經過多年發展,已經形成了完整的標準體系,該體系由美國國防部、美國參謀長聯席會議、美軍軍兵種和北約等多個部門或組織所建立,並覆蓋多種數據鏈類型以及多個應用領域,在美軍和北約的各軍兵種聯合作戰中發揮了重要作用。

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