无人机数据链技术应用研究

曹厚平+马晓雷+丁振

【摘要】 无人机的应用范围变得越来越广泛，数据链系统作为无人机系统的重要组成部分，主要负责飞机与地面站之间的数据信息传输，本文对数据链的发展情况，尤其是无人机数据链发展情况进行了研究探讨。

【关键词】 数据链 无人机

Research on Application of Data Link Technology of Unmanned Aerial Vehicle

Abstract：The applications of UAV become more and more widely， data link system as an important part of UAV system， mainly responsible for aircraft and ground stations between the data transmission， this paper on the data chain development， in particular， no The development of human-computer data chain has been studied.

Keywords：Data Link； UAV

随着科技的飞速发展，现代战场军事装备已呈现出明显的无人化趋势。无人机数据链，主要负责飞机与地面站之间的数据通信，数据链作为信息化战争的一大基石，是C4 ISR 系统框架的组成部分。它在传感器、指挥控制单元和武器平台之间实时传输战术信息，是实现信息链式运动的桥梁，是获得信息优势，提高各作战平台快速反应能力和协同作战能力，实现作战指挥自动化的关键设备。

一、无人机数据链技术发展现状

民用无人机数据链主要是基于GCS协议，该协议是专门针对点对点链路而设计，并未涉及数据链组网方面的规程，在数据链通用性方面仍然缺乏统一的标准。军用领域的战术数据链发展相对比较迅速，其中以美国和北约的Link-4A、Link-4C、Link-11、Link-16、Link-22等战术数据链使用最为广泛，各种数据链比较见表一。

1、Link-4是一种非保密的数据链，包括Link-4、改进型的Link-4A和Link-4C其工作其工作在UHF频段（225.000MHZ～399.975MHZ）。

2、Link-11是美国海军20世纪60年代研制成功的一种低速战术数据链，是目前主要的空地数据链路，也是使用最广泛的空空数据链路。Link-11系统工作在频段HF或UHF频段，采用半双工、轮询/应答的主从工作方式，在主控站的管理下进行组网通信，传输速率为2250bps，具有保密功能，但是无抗干扰能力。

3、Link-16是美国及北约国家三军联合战术信息分发系统（JTIDS）的主用数据链路，又称为 TADIL J 战术数据链，工作在960～1215 MHZ的通信频段，采用时分多址（TDMA）组网方式，传输速率高达238kbps，是保密、大容量、抗干扰和无节点的数据链链路，采用JTIDS/MIDS传输特性和技术接口设计规范所规定的协议、约定和固定长度报文格式。它采用 J 序列报文，报文标准由美军标准 MIL-STD-6016 和北约标准STANAG 5516 和 STANAG 5616 定义。通信标准则遵循 JTIDS 和 MIDS 规定。

Link-16 战术数据链在战术数据链发展史上占有重要地位：它标志着战术数据链从单一军种到三军通用的一次跃升。尽管 Link-16 战术数据链在 20 世纪 80 年代就已经用在美军 E-3A 预警机上，可以说是投入使用多年，但关于其的改进和升级从未停止，其中就包括卫星战术数据链（Satellite Tactical Data Link， STDL）、可变报文格式（Variable Message Format， VMF）计划以及联合距离延伸（JRE）计划等。Link-16 战术数据链是随着武器系统的发展、作战样式的改变，为支持现代战争而研制的。现代战争的特点是信息化的联合作战和精确作战，参战单元众多，分布在陆海空天的广大区域，战争节奏快，敌我双方交错在一起，交战双方激烈争夺制信息权。Link-16 战术数据链的主要功能是在参战单元之间实时交換战术信息，使各参战单元掌握实时战场态势和传送指挥控制命令。

4 Link-22数据链是美国和北约为提高对抗能力、通信传输能力、与Link-16数据链兼容能力以及数据链的互操作能力，而设计和改进的数据链Link-11系统。

20世纪90年代末，为适应现代战争要求，实现战区防空、导弹防御，美国海军开始研制“协同作战能力”（CEC）系统，这是一种革命性的战术数据链，主要有复合追踪，识别和捕获提示，以及协同作战三大功能，它的意义在于通过战术数据链第一次实现多平台武器系统的协同作战，提高了武器的打击威力。

二、无人机数据链系统概述

数据链路当需要在一条线路上传输数据信息时，除了必须有一条物理线路外，还必须有一些必要的通信协议来控制这些数据的传输。如果把实现这些协议的软件和硬件加到链路上，就构成了数据链路，无人机数据链路系统是连接飞机和地面控制站的数据通信系统，实现无人机系统中的传感器平台、控制平台、任务平台和监测平台之间各种数据信息的处理与传输，通过数据链路系统，各平台之间形成数据连接关系。

三、无人机数据链系统的基本组成

无人机数据链系统包括三个基本组成要素：传输通道、消息标准和通信协议。

3.1传输通道

传输通道都具有一定的的性能指标，如通信频段、发射功率、接收灵敏度等；处在传输通道中的各设备之间均有标准的数据接口，通过选择合适的信道、功率、调制解调器、编解码及加密算法，满足数据链信息的传输要求，如通信距离、数据带宽、传输速率、时延、通信方式、抗干扰及可靠性等。传输通道的基本组成通常包括有战术数据系统（Tactical Data System， TDS）、接口控制处理器（Interface Control Processor， ICP）、数据链终端设备（Data Terminal Set， DTS）和无线收发设备等如图1所示。endprint

数据处理系统主要完成格式化消息的处理，通常有多种实现方式。数据处理系统接受各种传感器数据（如數据、电子罗盘数据、数据、高度气压计数据等）和遥控指令数据（如遥控器信号、参数、轨迹规划指令）等，并将其封装成标准的信息格式，用于进一步的存储与分发。接口控制单元主要是用来完成不同数据链的协议和接口转换，实现无人机系统数据信息的共享和状态信息、控制指令的准确传递，保证对链路数据信息的一致性理解。

数据终端设备一般由调制解调器、网络控制器及加解密设备构成，并且带有用于链路控制的链路处理器，是数据链系统的核心部分和最基本单元，在通信协议的控制下进行数据收发和处理。

3.2消息标准

消息标准是对链路中传输的数据信息的倾结构、数据内容、数据类型、数据接收发送规则等方面的详细规定。制定标准的数据传输格式，有利于处理器生成、解析及处理，这需要设计具体的格式处理和数值转换程序。

3.3通信协议

通信协议就是数据链系统在通信的过程中，有关数据信息的传输时序、传输条件、传输流程及传输控制方式等方面的规约，主要解决各种应用系统的格式化消息如何通过信息网络可靠且有效地建立链路，从而达成数据交换的目的。通信协议主要包括有网络协议、频率协议、链路协议、接口标准和操作规程等内容。

四、无人机数据链系统的主要特征

无人机数据链 通过无线传输信道，在规定的周期内，按照规定的消息格式和通信协议，向特定的链接对象传输必要的数据信息，其主要特征体现在以下几方面：

4.1实时性、可靠性和高精度

无人机的飞行状态受地面站控制命令的直接控制，因此不允许控制命令有太长的延迟，并且对控制命令的产生、发送、传输和接收的可靠性、精度等方面也有非常高的要求。

4.2通用性和标准化

数据链信息传输采用标准化的信息格式，包括帧格式、接口标准和传输速率等，对无人机系统中的各种数据信息进行规范化处理后，通过统一的信道传输，这样不仅提高了信息传输的效率，同时也提高了数据链系统的互操作性。

4.3抗干扰和安全性

数据链性能关系到无人机系统的信息交换在实际飞行过程中，飞机往往处在极其复杂的电磁环境中，当受到来自其他同频或相近频段的无线射频设备的信号干扰时，要求整个系统仍能正常运行。若在开放的环境条件下，传输通道中的数据被其他设备截获后，要求数据链必须具备较强的保密能力。

4.4传输方式的多样化

为适应各种应用平台的不同数据交换需求，保证信息可靠、实时地传输，数据链可以采用多种传输介质和方式。

4.5小型化、模块化设计

机载设备要求体积小、重量轻，模块化设计便于维护和升级。

五、结束语

无人机数据链技术的应用要求越来越高，它随着新装备、新技术的发展而发展。我军无人机数据链建设起步较晚，要实现信息化的目标，就必须关注外军数据链进展，充分借鉴合理经验，利用新技术，走一条适合我军建设实际的跨越式发展道路。

参 考 文 献

[1]骆光明，杨斌，邱致和，等数据链一信息系统连接武器系统的捷径北京：国防工业出版社，2008

[2]梅文华，蔡善法数据链北京：国防工业出版社，2007

[3]易牧，胡延霜，李保林，等无人机数据链系统介绍科技信息，2009endprint