无人机数据链能力需求和关键技术发展研究

林伟廷

（国防信息学院，湖北 武汉 430010）

无人机数据链能力需求和关键技术发展研究

林伟廷

（国防信息学院，湖北 武汉 430010）

无人机数据链系统是地面控制系统对其实施指挥控制的重要手段，是推动无人机融入整个作战体系的关键要素。文章在阐述无人机数据链系统建设现状基础上，分析了无人机数据链系统的作战能力需求，并展望其技术发展趋势。

无人机；数据链；能力需求；关键技术

1 无人机数据链现状

无人机具有作战运用灵活、降低人员伤亡、遂行多样化任务的优势，适合执行枯燥、恶劣以及危险的作战任务，在战场上的各个领域中得到广泛应用。无人机数据链系统是实现地面控制系统与机载平台实时、可靠与稳定通信的重要手段，能够传递地面遥控指令，遥测接收无人机飞行状态信息和传感器获取的情报数据，同时实现无人机群内部间的高效战术协同。

在无人机快速发展的背景下，利用数据链实现指挥控制、态势共享和战术协同的需求日益迫切，世界各国都不断加快无人机数据链系统的深度研究步伐。以美军为例，其在通用宽带数据链（Common Data Link，CDL）的基础上，进一步针对无人机作战运用特殊需求研制了战术通用数据链（Tactical Common Data Link，TCDL）。同时，美国空军针对小型无人机的特殊需求，还持续推进了微型通用数据链的研制工作，形成了丰富多样满足不同无人机平台，不同作战任务需求的无人机数据链系统。

2 无人机数据链能力需求

2.1 宽带远距离传输能力

随着高空长航时无人机的快速发展，无人机平台的持续侦察时间不断增加，搭载的侦察传感器数量增多，所获取的图像视频等信息数据庞大，同时侦察情报信息需要及时传回地面进行处理。因此，无人机数据链系统需要不断提高宽带远距离传输的能力。

2.1.1 提供大容量传输信道

大型侦察无人机普遍装备了多种侦察载荷，以美军“全球鹰”为例，其配备合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）、机载侧视雷达（Sidelooking Airborne Radar，SLAR）、动目标指示（Moving Target Indicator Radar，MTI）雷达、红外（Infrared，IR）或光电传感器等多种传感器设备，在连续侦察时所获取信息数量极大。理想情况下，传递满足美国国家地理情报局MISP/S TANG 4609高清图像标准的实时彩色或热图像，要求数据链的传输速率达到1.48 Gbit/s。因此，采取机载存储等方式已经难以满足实时侦察的作战需求和数据存储的技术制约条件，要充分利用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）和超宽带（Ultra Wide Band，UWB）等技术提高数据链的宽带传输速率。

2.1.2 远距离传输能力

随着大中型无人机的续航能力不断增强，无人机的侦察与打击范围不断拓展，地面站需要通过遥控远程地面、海上、空中站点，或者是采用卫星中继的方式提高无人机数据链系统的覆盖范围，为精确指挥控制、战术协同和数据回传提供可靠的网络支撑环境。目前，世界上最为先进的“捕食者”和“全球鹰”无人机系统都采用了卫星中继的方式扩大信息传输距离，通过卫星中继其最大控制范围分别扩展至3 700 km和5 500 km，有效提高了无人机的侦察能力。

2.2 抗干扰通信能力

使用无人机实施集群作战时，战场环境复杂恶劣，数据链通信面临着敌方远程精确火力打击，电子干扰压制和战场电磁兼容互扰等多重威胁，要求数据链系统具有复杂战场环境下抗干扰通信能力。

2.2.1 具有网络抗毁能力

数据链系统应当具有良好的网络拓扑结构和路由协议设计，当关键的传输网络节点遭受火力打击或者网络攻击瘫痪时，信息网络能够根据无人机飞行位置与地面控制站点之间的相互关系，自动调整信息通信节点，优化数据链信息传输路由，实现对抗条件下的顽存通信。

2.2.2 具备抗干扰能力

一方面要具备较强的防侦察能力，能够通过隐蔽信号波形、控制发信功率和控制发信方向等技术手段，降低敌方侦察系统截获无人机数据链系统信号的概率；另一方面系统研制过程中，要充分采用强干扰抑制、抗干扰调制调解和自适应滤波等技术，提高无人机数据链系统在复杂条件下强抗的通信能力，以有效应对瞄准式干扰和拦阻式各种干扰模式。

2.2.3 具备敌我识别能力

在复杂对抗环境下，敌方可能在采取电磁干扰与压制的同时，利用网络入侵、发送虚假指令等方式远程挟持控制无人机。因此，在无人机数据链系统中要强化敌我识别功能，防止虚假地面站点冒充我地面控制力量获取对无人机的控制权限，或者假冒我方空中编队作战力量，从而破坏和干扰我方编队预定作战计划。

3 无人机数据链技术发展趋势

3.1 “一站多机”技术

一站多机技术是指依托一个地面站与对多架无人机实施控制。目前，无人机系统多数还是一个指挥控制站控制一架飞机。随着无人机在战场中应用的领域不断拓展，参战无人机数量不断增加，尤其是无人机集群控制技术日益成熟后，多无人机编队集群作战，有人机和无人机混合编组作战将成为未来作战的重要样式。因此，地面控制站的控制能力急需大幅提高，实现“一站多机”控制。

（1）提高无人机动态随机接入能力。在“一站多机”控制背景下，一个地面控制站需要在动态协同的网络中对多架无人机实施控制，为了提高网络容量与控制能力，需要通过灵活的协调机制和技术，实现无人机随遇接入与退出控制网络。（2）提高无人机协同实时任务规划能力。在“一站多机”的控制模式下，一个地面站控制下的无人机集群共享通信和信息资源，地面站要为多架无人机规划出满足约束条件的飞行路径以及有效载荷使用计划，并协调关键资源的冲突，以提高地面站的控制容量与效率。

3.2 小型化技术

在无人机发展的装备体系中，除了高空长航时无人机作为重要战场骨干节点能够发挥重要作用外，微小型无人机由于其体积小、质量轻、部署灵活、机动性好、成本低，也具有十分重要的地位。虽然受到硬件与软件技术的制约，目前微小型无人机还没有完善的数据链设备，但随着微小无人机作战运用模式的不断发展与成熟，微小无人机专用数据链系统的发展势在必行。

3.2.1 推进硬件小型化

无人机机载设备的小型化是无人机系统研制过程中的重要目标。一方面通过提高硬件工艺与质量，降低设备功耗和重量，并缩小设备尺寸，为微小无人机普遍搭载数据链系统创造条件；另一方面通过适度裁剪数据链系统功能，优化数据链的传输方式、传输内容、传输流程，简化机载的数据链系统设备构成。在此基础上，尽快组织开展微型通用数据链的研制，针对微小型无人机在体积、重量和功率上的要求，为其开发微型CDL终端。

3.2.2 采用软件无线电技术

基于开放性、标准化、模块化的通用硬件平台，将数据链系统的相关功能，如工作频段、调制解调类型、数据格式、加密模式、通信协议等依托软件来完成，减少数据链系统所依赖的硬件数量，缩小数据链系统体积，并减轻设备重量。软件无线电技术是数据链设备小型化的重要技术方向之一，美军已提出发展符合联合战术无线电系统（Joint Tactical Radio System，JTRS）和软件兼容体系结构（Software Compatible Architecture，SCA）的软件化通用宽带数据链及其体系结构，提升了数据链系统之间的互联互通能力。

3.3 网络化技术

随着集群式无人机应用需求的不断增强，无人机数据链系统对自适应组网能力的要求日益提高。在特定战场范围内担负侦察、打击不同任务，搭载不同载荷的无人机群，通过机载数据链系统，形成了一个完整的作战体系，使得所有无人机能够通过信息交互与共享，进一步扩展战场感知能力，提高作战协同水平，充分发挥无人机集群作战的优势。

3.3.1 积极采用多址联网技术

在下一代增强型通用数据链中研发过程中，要不断提高对多址联网技术的重视程度。美军正在大力发展3DMA技术，使用频率、空间和时分多路模式进行联网，既可以用于传递高速情报侦察数据，也适用于宽带通信系统，同时可以构建“动态定向性网格网络”。

3.3.2 Ad Hoc无中心网络技术

无人机作战范围广阔，机动能力强，对网络的适应性要求很高。Ad Hoc无中心网络，摆脱了对地面固定基础设施和中心控制节点的依赖，由移动节点自由组合，可满足现代战场上对数据链网络所要求的抗毁性、自组性和机动性的需求。在敌我双方激烈对抗的恶劣战场环境中，无中心网络具有很强的适应能力，因此Ad Hoc对无人机数据链系统的发展有重要应用价值和深远意义。

3.3.3 增强中继传输技术

无人机与地面控制站之间的信息传输，主要依托超短波信息进行距通信。当无人机的飞行距离超过地面控制站的作用范围时，数据链必须采用中继的通信方式，其主要中继方式包括地面中继、空中中继和卫星中继等。因此，无人机数据链中继技术在很大程度上影响了无人机远程控制、数据传输中转和远程协同作战的能力。为了克服地形障碍，提高信息中转效率，要大力发展空中和天基中继平台和技术，以进一步拓展无人机侦察活动范围，同时提高信号中继的质量。

4 结语

无人机数据链系统是支撑无人机融入作战体系，创新作战运用基本模式的关键手段。本文在梳理无人机数据链系统作战能力需求的基础上，从制约其作战能力提升的主要环节入手，梳理并展望了无人机数据链关键技术的发展方向。

Study on capability requirement and key technology development of unmanned aircraft vehicle data link

Lin Weiting
（The PLA Academy of National Defense Information, Wuhan 430010, China）

The unmanned aircraft vehicle data link system is the important means of ground control system for its implementation of command and control, is the key elements to promote the integration of unmanned aerial vehicles into the entire combat system. On the basis of expounding the status quo of UAV data link system construction, this paper analyzes the operational capability requirements of UAV data link system and looks forward to its technology development trend.

unmanned aircraft vehicle; data link; capability requirement; key technology

林伟廷（1982— ），男，福建福州。