美军天基通用数据链分析

邓连印，黄　威

(1．中国航天科技集团公司钱学森空间技术实验室，北京 100094；2．中国空间技术研究院，北京 100094)



美军天基通用数据链分析

邓连印1，黄威2

(1．中国航天科技集团公司钱学森空间技术实验室，北京 100094；2．中国空间技术研究院，北京 100094)

高技术条件下的现代战争，作战样式已经发展到由指挥控制系统、侦察监视系统、联合火力打击系统等各种系统构成的作战体系的对抗，战场中能否获取信息优势将决定战争的成败。在介绍美军数据链发展历程和通用宽带数据链发展概况的基础上，着重分析了美军天基通用数据链的前期技术验证情况和未来实战应用模式，以期对开展相关领域论证研究具有一定的参考意义。

武器装备；体系对抗；天基通用数据链

0　引言

近几次高技术战争中，数据链技术在战场中的成功运用起到了至关重要的作用。通过数据链，可以将众多复杂的武器平台以及指挥控制平台有机地连为一体，实现战场态势共享，缩短决策时间，提高指挥控制速度及协同作战能力，发挥体系的整体作战效能。

为充分挖掘天基情报、监视与侦察(ISR)平台的战术应用潜力，美军高度借鉴通用数据链(CDL)在空基平台的成功应用经验，通过“作战响应空间”(ORS) 计划大力发展天基通用数据链(space CDL)技术，将其作为美军构建多源战场情报体系的重要手段[1]，并成功验证了成像侦察卫星的战术应用能力。ORS 计划下的“战术卫星”(TacSat) 技术验证项目首次实现了CDL 技术的天基应用，并成功验证了在战场条件下直接向低轨道成像侦察卫星下达任务指令，以及实时接收战术图像数据的能力，逐步完成天基ISR 平台与现有ISR 战术体系的集成。

1　美军数据链的发展概况

美军数据链经过半个多世纪的发展，经历了初始阶段、独立发展阶段和协同与整合阶段，已经形成了完整的体系。美军数据链技术已从单向视距点对点、低速率、无保密、无抗干扰能力、功能单一发展到目前的超视距大规模组网、高速率、保密、综合抗干扰能力和多功能于一体，如图1所示[2]。

国外数据链应用装备以美国最具代表性，特点是其应用装备覆盖各军兵种，具备视距/超视距功能，综合数据链能够搭载多平台，有多种通信方式和多种功能。态势感知数据链基本可按照军兵种成体系发展，已经逐步形成统一标准，从而达到三军协同的目的；情报侦察数据链以一个通用CDL标准为基础，并根据作战需求衍生出多种不同应用的体系；武器协同数据链还属于专用的范畴，各军兵种各自发展，如图2所示[2-3]。

图1　美军数据链发展历程

2　美军通用数据链(CDL)

20世纪90 年代，美军研制了CDL，并指定CDL为图像和信号情报采集系统的标准通信链路，这反映了数据链将向大容量、通用化方向发展的趋势，并将其作为卫星、侦察机及无人机与地面控制站之间传输图像及信号情报的标准链路，以实现各军兵种和政府机构使用的ISR 数据收集系统间的无缝通信。它主要是为了满足特殊应用，传输的数据内容是不经过处理的原始传感器数据。

2.1CDL概念、类型与功能

按定义，CDL是一种全双工、抗干扰、点对点的宽带数字数据链，工作在X或Ku波段(通常地/海面终端会配备双波段工作能力， 而机载终端则只能工作在X波段或Ku波段)。为保证美军各军兵种ISR系统的互操作性，美国国防部于1991年将CDL确定为国防部标准，并强制在各军兵种间推行。根据国防部的要求：除了质量不超过30磅(13.61kg)的小型无人机系统(SUAS)以外，美军各军兵种和国防机构的空基ISR平台与地面处理设施之间进行的图像和信号情报的宽带传输必须兼容CDL标准[1-2]。

图2　美军主要数据链应用装备图谱

CDL 共定义了5 种类型的链路，分别适用于视距内，或经由中继进行“超视距”(BLOS)的不同数据传输。这5 种类型如表1所示[1-2]。

表1　CDL定义的5种类型数据链路

CDL主要功能包括[1-3]：1)飞行平台高度数据侦察信息的实时回传；2)飞行参数和飞行平台上的设备工作状态的实时回传；3)具有保密、抗干扰参数的前向指令传输；4)飞行参数、定位参数等重要参数的注入；5)对飞行平台的跟踪定位；6)空中平台的数据交互和协同组网；7)战场侦察信息的分发；8)空中数据中继。

2.2CDL系统组成

CDL系统的基本构成包括发射系统、接收系统、天线及馈源系统、信号处理及显示系统。实际应用中，CDL系统设备可分为机载系统设备和地面系统设备。图3显示了通用数据链系统的组成。

图3　通用数据链系统组成

1)CDL机载系统设备

机载设备对接收到的地/海面前向信号进行变频、放大、解扩、解调、译码，解密，经分接器分离出各类数据并输出；同时，还接收机载任务设备送来的侦察数据及图像，并对其进行编码输出和数据复接，形成返向数据流，经加密、调制、上频率、功放及天线发往地面[1-2]。

2)CDL地面系统设备

CDL地面设备由天线组合、跟踪伺服设备、高频箱、变频组合、天线跟踪设备及综合数据终端设备等组成。天线组合包括全向天线、定向天线等；跟踪伺服设备包括天线座、伺服机构及电路；高频箱包括双工器、低噪声放大器、功放及定向耦合器等设备；变频组合包括上/下变频器；综合数据终端设备包括综合基带数据解调单元、图像解码单元、测速测角单元、数据分发单元及系统监控单元等；加密机负责对链路中传输的数据进行加解密。地面设备还包括UPS及光端机等设备[1-2]。

最初的CDL 系统仅支持点对点的空地链路传输。经过20 多年的发展，CDL 系统不仅能够支持点对多点的广播模式，还可通过空基平台和国防卫星通信系统(DSCS) 等通信卫星系统进行数据中继，实现数据的超视距(BLOS)传输。在此期间，美军先后推出了“标准CDL”(STD-CDL) 、“先进CDL”(A-CDL)、“网络CDL”(N-CDL) 等共计15 种CDL 波形，并相继发展出“模块化可互操作表面终端”(MIST) 、“空基信息传输系统”(ABIT)、“战术通用数据链”(TCDL)、“多平台通用数据链”(MP-CDL) 等不同平台、各种类型的CDL 终端。在此基础上，美军已构建出基于CDL 的战术ISR 网络体系。通过这一体系，美军现役U-2、RC-7 、RC-135 等有人侦察机，以及“全球鹰”、“先驱者”(Outrider)、“捕食者”等无人机系统，均可直接支持战场用户的战术作战[2-3]。

3　美军天基通用数据链3.1　基本概念及发展概况

天基通用数据链(space CDL)是通用数据链由空基向天基的延伸，本质上仍属于通用数据链，对应第四类数据链(Class IV)。通过配备天基CDL载荷，成像侦察卫星等天基ISR平台能够兼容美军CDL标准，可以利用现有战场CDL地面设施完成卫星任务下达和数据实时接收。但在运行环境和指控系统的内在差异要求下，天基CDL必须在空基CDL的基础上有所改进。首先，天基CDL载荷必须能够适应真空、空间辐射和极端温度变化等空间环境条件；其次，天基CDL载荷应具有更小的体积、更轻的质量和更低的功率，同时可提供空间系统的标准接口；此外，空间环境对信号的传输和加密等方式也提出了新的要求；最后，需要对地面指控、处理和分发体系结构进行调整，以满足战场战术应用需求。

CDL作为美军充分定义并取得高度成功的数据链系列，长期应用于空基ISR平台，其功能贴近天基ISR平台的需要，美军于2004年再次推荐使用天基CDL作为“作战响应空间”(ORS)计划的标准通信结构。ORS计划是美军为确保军事航天技术优势、推动空间系统重大转型而提出的，该计划在发展天基CDL的过程中，采用了“两步走”的方式：首先通过“战术卫星”(TacSat)项目验证了天基CDL的可行性和应用潜力，随后再通过“作战响应空间-1”卫星(ORS-1)引导天基CDL向实战应用阶段过渡[4]。

3.2技术验证阶段

2003年，美国防部转型办公室(OFT)提出了“战术卫星”项目(TacSat)，旨在通过一系列成本低廉的小型卫星，验证可实现战场快速响应的卫星平台和有效载荷技术。分别于2006年12月和2009年5月发射的“战术卫星-2”(TacSat-2)和“战术卫星-3”(TacSat-3)均将天基CDL作为重点验证的有效载荷技术之一。基于TacSat项目对系统成本和研制周期的严格限制，以及技术验证项目相对较低的可靠性要求，TacSat-2和TacSat-3卫星均采用了基于“商用货架式”(COTS)空基产品的CDL系统。

3.2.1TacSat-2

TacSat-2是ORS计划下的第一颗技术验证卫星。天基CDL分系统主要由微波调制解调器部件(MMA)、电子操纵阵列(ESA)发射天线和贴片接收天线组成，共支持三种链路，如图4所示。TacSat-2 MMA采用了与TARS MMA完全相同的模块(板卡)、内部底盘结构和美国军标(MIL-STD)连接件，而仅对其进行了最低限度的修改。ESA发射天线每个阵元均具有专用的放大器和移相器，可提供任务所需的EIRP值和操纵控制，如图5所示。

图4　TacSat-2天基CDL分系统组成框图

图5　TacSat-2卫星CDL天线布局

TacSat-2卫星成功在90min内完成了从接收战场用户成像要求、对目标进行成像，到通过CDL下行链路将图像下传给战场用户的完整任务流程。TacSat-2的验证结果表明,CDL/MIST是适用于战术成像卫星的可用星地链路。通过简单的软件修改过程，具有天基CDL载荷的战术侦察卫星将能够支持美军在全球范围内的任意MIST终端。另外，TacSat-2卫星还验证了MIST终端在侦察卫星与空基侦察平台间的快速切换能力。

3.2.2TacSat-3

TacSat-3天基CDL系统增加了网络能力, 包括MMA部件、射频部件、 一副直径为12英寸的抛物面天线和一副宽波束喇叭天线，如图6所示。在TacSat-3任务中，从战术用户提出成像要求，到卫星成像、处理并将高光谱数据传输到战术用户终端，整个过程在10min内完成。TacSat-3具有星上图像处理能力和存储设备，可在完成战术图像产品分发之后，将原始数据下传至下一个地面站。对于实时性要求不高的常规任务，用户也可通过“保密互联网协议路由网络”(SIPR-NET)，向TacSat-3卫星下达任务指令和接受图像产品[4-7]，如图7所示。

图6　TacSat-3卫星天基CDL系统组成框图[4-6]

图7　TacSat-3卫星作战概念(CONOPS)[5-7]

3.3实战应用阶段

2008年10月，“作战响应空间-1”卫星(ORS-1)项目获得批准，正式启动。2011年6月29日，ORS-1卫星搭乘“米诺陶-1”火箭成功发射。在TacSat验证项目的基础上，这颗ORS计划下的首颗业务卫星配备了重新设计的天基CDL系统。ORS-1卫星的发射，标志着美军天基CDL已成功完成前期技术验证阶段，并初步进入实战应用阶段[6-7]。

作为实战应用系统，ORS-1卫星通过“虚拟任务控制中心”(VMOC)和“分布式通用地面系统”(DCGS)完全融入了美军的ISR网络体系， 从战场指令下达到完成数据下传的时间最快可达6.5min，如图8所示。战场作战部队可通过战区的战术地面站(TGS)

制定卫星成像任务和接收图像数据，并将数据集成到DCGS系统之中进行进一步处理和分发；而对于常规任务，空间操作中心(SOC)可通过美国本土的CDL地面站制定成像任务和接收图像数据，生成图像情报产品，并通过SIPRNET向作战用户分发[5-8]，如图9所示。

图8　ORS-1卫星执行战术任务时的CDL操作时间安排[8]

图9　ORS-1卫星作战概念[8]

4　结束语

美军近年来的几次局部战争经验表明，战场战术应用已经成为空间侦察系统的必然发展方向。在此基础上提出的天基CDL系统已经展现出巨大的战术应用潜力。为积极应对美军天基CDL系统所代表的空间侦察系统转型，应大力推进发展供成像侦察卫星战术应用使用的星地数据链系统。■

[1]骆光明．数据链[M].北京：国防工业出版社，2008．

[2]黄鹏，李宏智．数据链集成应用体系结构[J]．指挥信息系统与技术，2011,2(5):15-18．

[3]戴辉．武器协同数据链发展需求[J]．指挥信息系统与技术，2011,2(5):11-14．

[4]Galindez R, Davis T. Tactical satellite 3 CDL communications, a communications link for mission utility[C]∥Military Communications Conference, 2007.

[5]Kirkham A, Perez E, Kriner K. TacSat-3 joint military utility assessment[J]. Army Space Journal, 2014 Fall :32-37.

[6]Davis TM, Straight SD. Development of the tactical satellite 3 for responsive space missions[C]∥Los Angeles, CA:4thResponsive Space Conference, 2012.

[7]Espindola R, Walden G. Developing a responsive ground system enterprise[J]. Crosslink, 2014,Summer:30-36.

[8]Cox C, Cidzik W, HurleyM, et al. OASIS: adaptation of an airborne sensor for responsive space[C]∥Los Angeles,CA: 6thResponsive Space Conference, 2013.

Analysis of the USA military space CDL

Deng Lianyin1， Huang Wei2

(1．Qian Xuesen Laboratory of Space Technology,CATC,Beijing 100094,China；2．China Acodemy of Space Technology, Beijing 100094, China)

The mode of modem war under high technology has become the countermeasures of combat systems, which includes command and control system, reconnaissance and surveillance system, combine firepower system, etc. Information advantage will be decisive for the win of wars. The development of the USA military date link and CDL are introduced. Based on this, the prophase technology validation and future actual combat application modes of the USA military space CDL are analyzed. It is helpful for the study of correlative fields.

weapon equipment;system countermeasures;space CDL

2015-06-30；2016-03-02修回。

邓连印(1980-)，男，硕士，主要研究方向为卫星应用技术。

TN97

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