本文发表于《指挥信息系统与技术》2023年第1期
作者：张沛,王志国,王震
引用格式：张沛,王志国,王震.美国空军数据链体系发展现状及建设方向[J].指挥信息系统与技术,2023,14(1):18-14.
摘要
首先，追溯了美国空军数据链体系的发展历程，并基于传统三链分类对战术数据链、宽带情报数据链和武器协同数据链的典型现役装备发展现状进行了梳理；然后，明晰了美国空军数据链体系的建设方向，即从单链单用走向多链体系化运用、从专型专用走向全域多平台通用、从分类独立发展走向能力需求组合以及从硬件设备加装走向软件服务加载；最后，介绍了分布式移动网络、空基自适应网关和大数据等技术在美空军数据链系统中的融合应用。
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引言
数据链系统将战场指挥控制（指控）系统、情报系统、武器平台通过数字化手段连接起来，实现在规范消息格式和通信协议下的实时信息交换、共享和分发，为指控、态势共享、侦察监视和火力协同等作战任务提供通信能力支撑。进入21世纪以来，美军提出了分布式杀伤、马赛克战和决策中心战等作战概念，对数据链体系建设提出了全新要求，尤其强调了实时性和机动性的空战场环境。本文追溯了美国空军数据链体系的发展历程，从传统三链划分视角（指控链、武协链和情报链）对美国空军数据链现役装备体系现状进行了梳理，明晰了美国空军数据链体系的未来发展方向和关键技术，旨在为我军数据链系统研究提供参考。
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发展历程
北约最早制定了战术数据链Link系列，代表系统包括Link4、Link11和Link16等。后续基于服务对象与传输格式化信息内容结构的差别，在综合性的战术数据链以外逐渐衍生出了多种专用数据链，如20世纪80时代美军装备的防空导弹系统和精确制导武器系统等专用数据链。此时，数据链系统主要分为战术数据链和专用数据链2类。
随着现代化战争对情报、侦察与监视（ISR）信息需求的提升，仅靠窄带的战术数据链已无法满足作战要求。美国国防部于20世纪80年代开始开发专用于传输ISR信息的宽带情报数据链，并于90年代装备通用数据链(CDL)系列。CDL系列以全双工模式工作于微波频段(X/Ku)，包括先进型CDL(A-CDL)、组网型CDL(N-CDL)、扩展型（卫星）CDL(SE-CDL)和多平台CDL(MP-CDL)等。这一时期的数据链系统主要分为战术数据链、宽带情报数据链和专用数据链3类。战术数据链主要面向平台控制进行态势共享和战术协同，受限于时延和组网体制，难以满足现代战场环境的火力控制要求。在此背景下，面向武器平台终端之间的，可实现协同瞄准与交战，并可最大程度发挥武器装备作战效能的武器协同数据链从专用弹载数据链中独立出来，以美国海军协同交战能力(CEC)和美国空军机间数据链(IFDL)为代表成为一种新的数据链类型。美军数据链系统分类发展历程如图1所示,其中，SADL为态势感知数据链，MADL为多功能先进数据链，TTNT为战术瞄准网络技术,Std-CDL为标准型通用数据链。
图1美军数据链系统分类发展历程
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能力现状
2.1指控链
美国和北约国家是最早开始研制装备数据链的，美军称指控链为战术数字信息链（TADIL），早期也称态势共享数据链。美国空军当前主要装备的指控链为Link16。
2.2情报链
各种雷达和传感器的发展应用导致侦察平台获取的情报数据剧增，战术数据链在带宽和传输速率方面的瓶颈问题凸显。美军于20世纪80年代开始研制用于大容量情报实时分发共享的宽带数据链，形成通用数据链CDL系列，后续根据平台差异延伸出多种具备互操作能力的型号。
CDL系列是美国国防部指定的大容量信号和图像情报分发的数据链标准，包含一系列点对点、宽带、抗干扰和视距的信息交互系统，用于实现图像与信号情报的收集和空中传感器的命令与控制，强制性地向美国三军推广应用。不同于战术数据链传输格式化消息，CDL支持将传感器获得的未经处理和高容量数据直接传送到地（海）面处理站，用于各种空中平台对战场区域进行详细侦察与监视，为战场纵深及后续部队攻击提供支持。CDL定义了Std-CDL、A-CDL、N-CDL、SE-CDL和MP-CDL5种标准波形，以适配海、陆、空和天异构平台。
MP-CDL是美国空军2003年左右开始研制的一款新型宽带情报侦察数据链，可承担空-空、空-地和空-星之间情报侦察数据的传输，用于侦察平台在联网作战环境下的情报信息交换，以及有针对性地解决CDL终端之间的互操作问题。相较于多数型号CDL数据链仅支持点对点的工作模式，MP-CDL具备广播分发能力，美国空军将其定位为一种为满足空军未来网络中心战打造的视距宽带情报数据链系统。
战术通用数据链(TCDL)是一款为解决小型飞机平台及无人机平台的空-地和空-舰情报传输而设计的宽带情报数据链，设计重点是与CDL的互操作性。TCDL是一种开放式的模块化数据链，结构小而轻，可满足军方经济承受能力。美国空军于2000年通过便携式地面支持设备（PGSE）验证了TCDL设备，以支持空军的U2项目的战场CDL运用。近年来，TCDL主要装备于美国陆军的中小型无人机以及海军的反潜直升机与反潜巡逻机等，美军计划进一步提升TCDL的传输速率，升级至与CDL系列完全兼容，以协同MP-CDL覆盖有人/无人平台实现情报传输交互。
2.3武协链
武协链指武器协同数据链，最早由专用数据链中点对点弹载数据链演化而来，具备较高带宽、强实时、高动态和高可靠等特点。武协链的核心目标是实现武器平台的横向组网，以及传感器与武器的直接铰链，从而支持火控级别的精确定位跟踪与低时延协同打击。目前，美国空军在研/在役的武器协同数据链主要包括IFDL、MADL和TTNT等。
IFDL是美国空军开发的作战飞机编队协同数据链，后期在定装过程中成为F-22隐身战斗机的专用数据链。IFDL采用Q频段极窄微波波束进行精确定向控制，为高速飞行的F-22战斗机提供编队间瞄准状态、燃料状态和武器存量等信息的点对点实时交换。IFDL基于定向极窄波束、高速跳频和功率控制等低检测、低截获技术，确保了飞机具备较强的抗扰、抗毁、顽存以及隐身作战能力。实际应用中，IFDL具有以下缺点：1）尽管工作于微波频段，但其带宽不足且容量较小，无法满足图像和视频等大容量数据传输要求；2）仅限于F-22编队之间的点对点数据传输，不具备组网能力和跨平台信息交互能力。
MADL是美军为F-35隐身战斗机打造的一种高速、低检测和低截获的协同数据链，用于实现高速飞行状态中战机的点对点高速隐蔽通信。MADL通过有源相控阵技术实现天线波束的成形与控制，使用雏菊花环式链路系统传输窄带波形。MADL具有较强的隐蔽性，其6副天线共同组成天线阵列并分布于机身各处，可在360°范围内收发覆盖。MADL和IFDL虽然基于相同技术进行开发，却存在彼此不相通的问题。近年来，美国空军正致力于改造MADL消息标准，使其与Link16的J系列消息兼容，并将MADL装备范围逐步扩大至各类隐身战斗机、侦察机和预警机平台，预计未来将完全取代IFDL。
2.4小结
美国空军数据链运用体系概念图如图2所示。战术数据链Link16加装范围覆盖了空军各型战斗机、轰炸机、预警机、侦察机以及特种机型，通过超短波全向组网为各型空中平台提供指控和态势共享等战术信息交互，并可实现与海、陆等美国其他军兵种，甚至北约各国其他武器平台的通信互连。以F-22和F-35为代表的隐身战斗机平台，分别采用IFDL和MADL进行编队间定向隐蔽通信，而低截获通信无法兼顾的网络化火控协同能力则通过TTNT的全向组网予以实现。情报数据链CDL系列为侦察机、预警机和侦察卫星等传感器平台提供宽带大容量的情报传输能力，支持空-空、空-天和空-地等情报传输模式。通过部分传感器平台加装TCDL，实现与陆军中小型无人机、海军反潜直升机的情报交互。美国空军现役数据链系统性能一览表如表1所示,其中1nmile=1852m。
图2美国空军数据链运用体系概念图
表1美国空军现役数据链系统性能一览表
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发展方向
3.1从单链单用走向多链体系化运用
指控链、情报链和武协链分别面向战术指控与态势共享、宽带情报传输和武器平台协同等作战需求进行差异化研发，由于单一类型数据链无法完全适配空战场具备的广域、高实时、高机动和强对抗的环境特性，故需对不同数据链进行体系化综合运用以实现作战效能提升，具体内容包括：1）依托Link系列指控链，实现跨国别和跨军兵种的联合全域指挥控制和态势共享；2）综合运用Link系列指控链以及IFDL、MADL和TTNT等武协链，实现区域/局域范围内复杂战场环境下跨军兵种、跨平台火控级传感器/武器精确控制与协同，完成机动目标跟踪和协同打击任务；3）依托CDL系列情报链的点对点和点对多点宽带传输能力，结合指控链的区域组网信息共享能力，实现各类空基侦察平台的横向互连互通，构建全天候侦察监视体系；4）综合运用指控链、情报链和武协链，构建完整的空基观察—判断—决策—行动(OODA)环路，实现发现即打击的作战理念；5）协同运用TCDL等情报链以及TTNT等武协链，实现有人机/无人机之间的互连互通，完成有人长机对无人僚机的协同控制，指挥无人机完成侦查情报共享和火力协同打击的有人/无人联合编队作战。
3.2从专型专用走向全域多平台通用
美军数据链装备体系的发展长期受制于烟囱式瓶颈，早期针对各型武器装备单独研制的专用数据链已形成较成熟且孤立的技术体制，各大军工企业在商业和技术层面无法形成统一标准，导致巨资打造的大量的数据链装备系统无法进行协同作战。为解决该问题，美军近年来注重打造海、陆、空和天全域多平台通用的数据链系统。指控链方面，持续推广Link16的装备范围，着力推动Link22基于Link16的J系列消息标准的兼容适配，根据《联合战术数据链管理计划》，2005年美军约2.1万个安装数据链的平台中有80%使用了J系列消息族，2010年该比例提高到了95%。宽带情报链方面，定义通用标准波形，美国空军着力发展多平台通用的MP-CDL，实现不同装备CDL终端之间的互操作，保障空-空和空-地侦察监视情报信息的一体化分发共享。同时，为提升有人/无人装备之间的情报信息交互，美军为小型无人侦察监视平台研制的TCDL也兼容了CDL系列标准。武协链方面，美军计划将MADL的装备应用范围从F-35扩展至F-22、B-2和XB-47等隐身飞机平台。
3.3从分类独立发展走向按需能力组合
近年来，美国空军致力于弱化对各型数据链用途的固有界定，与之相对的是根据联合全域作战(JADO)需求对数据链系统进行能力组合。例如，武协链系统TTNT完全基于指控链Link16的工作频段、技术体制和消息标准进行开发，并通过软件化形式植入Link16的MIDS端机。在联合远程部队试验演习中，美军还加装测试了Link16和TTNT用于图像情报传输、侦察传感器控制和全球信息栅格(GIG)接入等功能。
美国空军近年来对战机数据链装备体系改造分析可见，数据链系统选配思路从各类型独立加装开始逐渐过渡，在考虑装备成本和平台载荷能力基础上，基于通用能力、带宽能力、组网能力、抗扰隐身能力和覆盖能力构成的能力要素集进行选择组合。其中，通用能力主要衡量数据链系统在联合全域作战中各军兵种平台装备的覆盖程度，分为通用型和专用型；带宽能力表征数据链系统的带宽性能，体现为数据传输速率和信息共享时延等指标，用于实现大容量情报信息分发共享、火控级目标跟踪定位与武器协同等作战样式；组网能力主要衡量数据链系统的工作模式和组网体制，如点对点、点对多点（广播）和多点间互联组网等，用于满足广域态势共享、指控和区域编队间隐蔽通信等差异化作战需求；抗扰隐身能力主要包括抗干扰性能和低检测、低截获的隐身通信性能；覆盖能力用于表征数据链系统的距离覆盖范围和中继能力，如微波频段一般覆盖20km范围内的局域近程编队间通信，特高频/甚高频/L(UHF/VHF/L)频段无中继情况下覆盖300nmile范围中程区域视距通信，HF频段支持1000km以上的远程广域超视距通信。美国空军现役数据链系统能力对比如表2所示。
表2美国空军现役数据链系统能力对比
按照何种标准对飞机平台进行多数据链系统集成改造对于美国空军而言是一项艰难选择。以F-22为例，美军目前倾向于立足作战需求进行能力组合，同时考虑设备加装成本和物理可行性：1）在非拒止空间内，可选择在MIDS端机中加装TTNT模块，采用Link16与F-15、F-16等现役战机及其他军兵种武器平台进行态势共享，采用TTNT与F-35等新型飞机平台进行组网通信。2）在拒止空间内，可选择IFDL进行F-22编队间通信，或选择MADL用于电子战环境中的与替他隐身飞机平台之间的低截获隐蔽通信。3）可加装MP-CDL实现情报信息的回传与分发，基于与TCDL的兼容性，实现与无人机平台之间的有人/无人机情报交互。
3.4从硬件设备加装走向软件服务加载
空中平台的空间和载重资源紧张，各型数据链独立加装改造将引起设备数量和重量的堆积，对平台空间布局、有效载荷、设备功耗、电磁兼容乃至装备成本造成很大压力。在端机设备小型化、多功能和共形化的发展前提下，可引入软件定义无线电(SDR)技术，基于标准化软件平台，将各类数据链的硬件功能进行软件化加载，研制跨频段多通道一体化端机。美军将JTRS制定的软件通信体系结构(SCA)作为嵌入式系统标准软件结构，提供一种标准的、开放的和可互操作的无线电通信软件平台，确保各类数据链系统可以以模块化和软件化形式在平台进行加卸载。SCA中，公共对象请求代理体系(CORBA)作为通信中间件屏蔽了异构的硬件和操作系统平台对上层数据链波形应用软件的影响，提升通信装备的扩展性、延伸性和兼容性。
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关键技术
4.1动态无中心组网技术
4.2空基网关与动态自适应网络
4.3大数据与云计算
基于面向服务的体系架构(SOA)，结合云计算、边缘计算及数据挖掘技术，以期为空军数据链系统打造一个安全可靠、灵活轻量和可互操作的分布式服务化云平台，适配空军数据链系统的高机动和高实时的空战需求。与传统商用云架构相比，空军数据链分布式云架构的关键技术要点如下：1）无线、窄带和弱连接环境下构建战术前沿的边缘计算的技术能力，并强调边缘节点的实时响应能力；2）各型异构链路的资源虚拟化，需基于规范体系进行实体资源的参数化表征，构建虚拟化资源池，实现资源的网内统一注册发布和统一调度管理。
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结束语
探析美国空军数据链体系分类发展现状和建设方向，为我国空军数据链系统发展提供启示与借鉴。随着军事需求和作战概念的不断演进，各型数据链系统孤立的烟囱式发展已走向瓶颈，需打破军兵种体制壁垒、技术壁垒以及思维壁垒，由需求和技术进行双向牵引，打造多链体系融合、战术能力组合和资源解耦按需聚合的空军数据链装备体系。