1.2 数据链概念

1.2.1 数据链的产生背景

“数据链”是军事作战需求和军事信息技术发展的产物。

在数据通信技术出现之前，战场作战平台间的战术信息传输以模拟通信为主。战场指挥员以话音方式，向战机飞行员、战舰驾驶员或单兵下达作战命令，协调指挥战场作战。该阶段军兵种作战战场相对独立，各自完成较为单一的战术任务，传输信息以战术指挥指令为主，信息种类和信息数量少，模拟体制的话音通信方式基本能满足作战需求。

随着时间的推移，作战装备性能、作战模式逐步发生改变。例如，执行作战任务的战斗机从二代螺旋桨飞机到三代喷气式飞机，再到四代超声速飞机，巡航速度、机动性能越来越高；雷达等探测设备从两坐标雷达到三坐标雷达，再到相控阵雷达，探测距离、探测精度、探测跟踪目标数目越来越高；作战模式从军兵种独立作战到联合作战，从空中近距交战到超视距、防区外攻击，以及武器的精确打击等，作战平台数量、作战距离、攻击目标种类、探测/定位/跟踪目标精度越来越高。这些作战需求的变化，对战术信息的通信传输提出了新的要求（见表1.1）。

表1.1 作战需求与战术信息通信需求的关系对照

针对新的作战需求，模拟通信存在很大问题。以防空作战为例，模拟通信有存在的问题如下：

（1）通信的信息类型有限。传输的战术信息以指挥指令为主，很少传输目标态势，更无法传输图像。因此，飞行员获得的信息量很小。这将造成飞行员等作战人员对战场态势的掌握很有限，限制了飞行员作战能力的发挥。

（2）通信的信息量有限。模拟体制下多采用人工操作的方式处理、传输战术信息，此时作战人员成为“接口”。受限于人工处理、存储与显示能力，传输信息数量、传输信息内容、传输信息粒度明显受限。这不仅造成飞行员等作战人员战场态势掌握有限，同时飞行员既是飞机驾驶员又是作战员，任务繁重，进一步限制了飞行员作战能力的发挥。

（3）通信的实时性有限。人工“接口”的存在、模拟通信设备的性能，使得一次话音通信的时间在秒级以上。

（4）通信的距离有限。传输距离无法自动实现超视距，需要依靠其他通信装备的辅助才能实现，如地面通信网。

（5）通信容量有限。通信容量的直接反映是指挥引导容量。受话音通信设备和指挥人员人工指挥方式限制，每个指控台最多可以同时完成2～3批战机的指挥引导任务，指挥引导容量较小，无法组织实施大规模、多任务的空战。

从上面的分析可以看出，模拟通信无法满足现代空战对通信性能的新要求，需要一种新的通信传输体制。利用数据通信的优点，尤其是其强大的数据处理能力和自动化能力，形成自动处理数据、自动高速传输数据的通信链路，提供新的数据通信性能，满足现代空战新的作战需求。数据链因此产生。

可见，数据链是随着武器装备的发展、作战理念的变化、通信技术的发展而产生的，它也必将随着武器装备、作战理念以及通信技术的发展而发展。因此，在数据链的学习和研究中，应充分注重“军事需求”和“通信技术”的结合，两者相辅相成、密不可分。

1.2.2 何谓数据链

关于数据链的描述，文献资料中较为常见的不下10种，如表1.2所示。这些描述从概念、定义、功能、作用与目的等不同角度对数据链进行阐述。本书主要侧重于数据链进行通信技术理论，并适当结合作战指挥和作战效能的相关知识进行讨论、分析。

表1.2 “数据链”的多种描述

美军称数据链为“通过单网或多网结构和通信介质，将两个或两个以上的指控系统和/或武器系统铰接在一起，是一种适合于传送标准化数字信息的通信链路”——美军参联会主席令（CJCSI6610.01B，2003.11.30）。说明数据链本质上是一种通信系统。

从通信理论和通信技术角度，数据链是按照规定的消息格式和通信协议，利用各种先进的调制解调技术、纠错编码技术、组网通信技术和信息融合技术，以面向比特的方式实时传输格式化数字信息的地/空、空/空、地/地间的战术无线数据通信系统。其本质是一种高效传输、实时分发保密、抗干扰、格式化消息的数据通信网络。

从作战体系角度来看，指挥、控制、通信、计算机、攻击、情报、监视与侦察系统（C4KISR）是数字化战场联合作战的体系保障，数据链就是C4KISR的信息传输“纽带”，是实现C4KISR的通信基础设施（如图1.3所示）。

形象地描述，“数据链”就是链接数字化战场上的作战平台（传感器平台、指挥控制平台以及武器平台），处理和传输（交换、分发）战术信息（态势信息、平台信息和作战控制指令等）的数据通信系统。

1.数据链链接的作战平台（Platform）

根据平台的作战应用领域，通常将C4KISR系统中的作战平台分为传感器平台、指挥控制平台和武器平台。通过数据链，在传感器、指挥控制与武器各平台间形成数据链接关系。不同类型平台由于搭载载荷设备的不同，产生的信息类型存在较大差异。

1）传感器平台

传感器平台是数据链系统的情报信息源，分为侦察监视和预警探测两大类平台，分别为系统提供侦察监视情报信息和预警探测情报信息。

侦察监视类传感器平台包括侦察机、无人机（见图1.4（a））、气球、卫星以及技侦手段等。其作用就是在平时搜集、积累、掌握敌方的基本信息，为制定战略决策提供信息依据；战时及时发现、定位、识别和确认目标，有效地支撑作战决策；战后评估打击效果。其基本任务是提取目标特征信息、进行数据处理。从战术层面上讲，主要是侦察敌方意图、作战编队、作战装备、作战能力、兵力部署、防御工事和障碍、作战特点、指挥机构和通信枢纽位置，以及作战地区的地貌、气象、水文等情况。

预警探测类传感器平台包括雷达、预警机以及无人机等。其作用就是对特定区域的目标警戒。基本任务是及早发现、识别和跟踪各种目标，为作战部队提供足够的预警时间。和平时期，可用于对周边国家的监视，或对某一特定地区的监控。战争时期，多种预警探测传感器组成的防空预警网络可执行防空预警任务。

以预警机为例，它是一种特殊用途的飞机，能够实现巡逻警戒、指挥、控制和通信的功能，是预警探测的重要组成部分。其主要任务是对空中目标的警戒和对空中作战的指挥控制。图1.4（b）所示为美国的“E-3”预警机。

2）武器平台

武器平台包括陆基、海上、空中和天基武器平台，是作战任务的具体执行者，实现拦截、攻击等不同作战任务。陆基武器平台以坦克、战车、火炮和导弹为代表，海上武器平台以舰艇和潜艇为代表，空中武器平台以各类飞机为代表。天基武器平台在发展中。

美国的以F-22、F-35为代表的第四代战机（如图1.5所示），是以隐身、超声速巡航、超机动性、高度综合的航电系统为主要特征的新一代战斗机。

3）指挥控制平台

指挥控制平台是部队实施作战决策、指挥控制的核心。包括陆海空各级地面/地下指挥所、指挥机动方舱、预警机/指挥通信机等。图1.6为“全球鹰”地面控制站，工作人员正在操纵无人机完成任务。

数据链与链接平台的链接关系可用图1.7表示。链接关系反映各作战平台之间的战术组合关系，如分布在空中某一区域的飞机编队、分布在海上某一区域的舰艇编队等。另外，传感器平台、武器平台、指挥控制平台一般多为组网形式，相互间构成传感器网络、指挥控制网络和武器协同网络。

随着数据链技术和应用的发展，数据链的控制边界将延伸，链接平台的种类也将扩展。

2.数据链传输信息（Message）

1）战术消息

数据链中传输的主要信息是战术消息。战术消息产生于作战平台，通过数据链在平台间传输，实现一定的作战任务。不同的战术任务，战术消息的类型和内容就不同。数据链的基本信息类型包括目标探测信息、态势信息、平台信息、指挥控制信息等。

传感器平台获取的目标探测信息分为预警探测信息和情报侦察信息。情报侦察信息是对敌方阵地、战略要地及重要设施的探测信息，包括敌方兵力部署、武器配置、武器性能、地形地貌及气象情况等情报；预警探测信息是对警戒距离内全天候的目标探测信息，包括目标

定位、目标参数、目标属性等信息。态势信息是对探测信息融合处理后得到的相对更为精确的目标信息，如目标位置、航向、速度等。指挥控制信息是指挥人员对武器平台发送的引导控制指令，如左转、开加力、接敌等。平台信息表示武器平台自身的状况参数，如本机位置、航向、速度、油量以及挂载武器状态等。

根据战术任务，战术信息还将包括电子战信息、控制交接、战术协同信息等。数据链实现的功能越复杂，传输的战术信息种类越多。

2）管理消息

管理消息是维护数据链系统正常运行所需的各种信息，一般由管理控制中心（指挥平台等大型平台）产生，如网络管理信息和信息管理信息。网络管理信息对数据链通信网络进行初始化、模式控制、运行管理及维护；信息管理信息对情报信息进行合批、分批、变更等处理与维护。

图1.8描述了数据链的信息交互流程。传感器平台的探测信息通过数据链传输给指挥控制平台，经数据融合处理后生成战场态势，通过数据链传输给武器平台；武器平台将自身的平台信息通过数据链传输给指挥控制平台；指挥控制平台根据态势、平台信息生成作战内指挥指令，通过数据链传输给武器平台。根据作战需要，传感器平台也可以直接将探测信息传输给武器平台。在图1.8中，同类平台间通过数据链也有战术信息传输，同类平台间主要传输协同、交接、组网等信息，未在图中显示。

数据链传输的消息具有如下特性：消息的格式化；消息类型与作战应用的密切相关性；消息类型的多样性；消息类型的扩展性。

3.数据链的信息处理（Process）和传输（Transport）

数据链信息的处理和传输技术是数据链的关键技术，是实现作战任务、满足作战需求的支撑技术，以达到“在恰当的时间，向需要的平台，提供恰当的信息”的通信目的。本书后续章节将对相关通信技术进行详细叙述。

1.2.3 数据链的作用

在数据链出现之前，作战平台及装备的性能是影响作战效能的关键因素。数据链的应用，使独立的作战平台相互“链接”，平台间关系由松耦合变为紧耦合，通过平台优势互补和资源共享，形成体系作战能力。

作用1：（大量）信息共享，统一态势

利用数据通信技术，较大作战空间内的各类传感器平台快速生成和交互不同方向的多个目标探测信息，指挥控制平台自动、实时处理并生成统一态势图，供战区内所有作战平台共享，从而形成信息优势。

作用2：（高效、实时）战场指挥

利用数据通信技术，改变了模拟通信体制下人工传递、人工处理等原因对指挥控制信息处理、生成及传输时效性的制约，通过自动生成指令和人工干预的结合，能够实现高效、实时的战场指挥控制，从而形成决策优势。

美军的E-2T预警机，若以人工话音引导战斗机，只能进行1～3批目标的拦截作业，但美军现役的E-2C预警机利用数据链配合F-14战斗机，可同时进行100个以上目标的拦截作业。在信息化战争中带有数据链的武器装备显示了其强大的威力。

作用3：（实时、精确）武器协同

利用数据通信技术，在武器平台间实时交互协同信息，实现信息协同、干扰协同、航迹协同、火力协同等战术协同任务，从而形成打击优势。

因此，数据链以“黏合剂”的方式，依靠信息优势、决策优势、打击优势，最终成为整体作战效能的“倍增器”，达到“1+1＞2”的效果。

随着数字化技术的发展，数据链被广泛地应用到实战当中，并不断地进行改进和完善，在现代战争中发挥着重要的作用。在英阿马岛争夺战中，数据链保障了英国海军远征马尔维纳斯群岛的成功；在叙以贝卡谷地的空战中，以军通过数据链实现预警机对作战飞机的引导，取得了摧毁叙利亚81架战机和19个地空导弹阵地的战果，而以军只损失1架战机；海湾战争中，美国使用数据链保障了“爱国者”导弹成功拦截了伊军“飞毛腿”导弹；而在科索沃战争中，美军则利用数据链支持的指挥、控制、通信、计算、情报、监视及侦察系统（C4ISR），实现了远程指挥作战行动。美国的“爱国者”反导系统装备数据链后拦截率大增，由海湾战争中不足10%增至伊拉克战争中的40%，作战准备时间则从原先的90s增加至3min。军事专家认为，所有信息化作战平台加装数据链后，其作战效能都将大幅度跃升。

在1982年贝卡谷地空战中，叙利亚方面是米格-21、米格-23战斗机，以色列方面是F-15和F-16战斗机。尽管双方的飞机档次相差不大，但以色列方面以损失1架飞机的代价，取得摧毁叙利亚19个地空导弹阵地和81架飞机的战果。战后，世界各国军事专家对这次空战不约而同地得出了这样的结论：以色列空军使人望而生畏的能力，来自于一架预警和指挥控制飞机与若干架战斗机的高度协同和配合。在这种预警机和战斗机之间实现高度协同与配合的现代化联合作战装备，就是由装备在各种飞机上的数据链终端所组成的“数据链”系统。

现以1990年爆发的海湾战争中美军拦截导弹作战为例来说明“数据链”的作用。伊军的“飞毛腿”导弹一发射，12s之后，位于太平洋上空的美国防支援计划（DSP）的导弹预警卫星就发现了“飞毛腿”，并迅速测出它的飞行轨道及预定着陆地区，报警信息及有关数据迅速传递到位于澳大利亚的美国航天司令部的一个数据处理中心；数据中心的巨型计算机紧急处理这些数据之后，得到对“飞毛腿”导弹进行有效拦截的参数；然后航天司令部将这些参数通过卫星传给位于沙特阿拉伯的“爱国者”防空导弹指挥中心。防空导弹指挥中心立刻将数据装填到“爱国者”导弹上并发射，整个过程只需3min左右的时间，而“飞毛腿”至少要飞行4～5min才能到达预定目标的上空，这就为拦截导弹创造了条件。在这次战争中，伊拉克共发射了80余枚“飞毛腿”导弹，其中向沙特阿拉伯发射了42枚，向以色列发射了37枚，向巴林发射了3枚。但只有一枚命中目标，大部分导弹不是被“爱国者”拦截，就是因技术原因自爆。从某种意义上说，“爱国者”拦截“飞毛腿”的成功，就是数据链的成功。

1.2.4 数据链组成要素

数据链本质上是具有一定拓扑结构的数据通信网络，实现战术信息的高效、实时传输。但是，数据链的目的是支持相关战术任务的执行。因此，数据链的组成有明显的战术特点，并不是数据通信系统组成的简单照搬。按照文献资料，将消息标准、通信协议、传输设备作为数据链通信网络的三大组成要素。

1.传输设备

平台间点对点的传输链路是数据链通信的基础，需要数据链数据传输设备。传输设备通常为端机、数据终端及电台等，如Link-16数据链的JTIDS端机、MIDS端机，Link-11数据链的AN/USQ-125数据终端以及HF/UHF电台。

传输设备有一定的性能指标，如通信频段、发射功率、接收灵敏度等；它与其他设备有连接接口，如RS-232、RS-422、1553B等；通过选择合理的信道、功率、调制解调、编解码、抗干扰及加密算法，产生数据链信号波形，满足数据链战术信息传输需求，如通信距离、通信方式、通信业务、通信带宽、传输速率、通信时延、抗干扰性及可靠性等。

不同数据链有相应的传输设备性能指标和波形标准。

2.消息标准

消息标准是对数据链传输信息的帧结构、信息类型、信息内容、信息发送/接收规则的详细规定，形成标准格式，以利于计算机生成、解析与处理。消息中的有效载荷是战术消息，是数据链真正需要交互的信息。消息中的冗余载荷，如帧头、校验码、ID号、信息类型码等，是正确传输必不可少的内容。

在数据通信中，“数据”有明确的定义：能被计算机处理的一种信息编码（或消息）形式。数据是预先约定、具有某种含义的一个数字或一个字母（符号）以及它们的组合，如ASCII码。同样，数据链平台产生的战术信息也需要进行明确规定，但它与数据通信中的数据定义方式有很大不同。在计算机网络中，由于有线信道较低的误码率和较高的传输速率（10Mbps以上），数据的定义通常面向字节，如数字（1）D表示为（00000001）B。而数据链多为无线传输，无线信道较高的误码率和有限的带宽（kbps），使数据链采用面向比特的方式规定战术消息格式，提高信道利用率。下面举例说明。

在数据链消息标准中，信息内容由多个数据元素组成，如高度、速度、方位、平台ID号等。数据链的数据元素以比特方式表示时，比特数的多少决定数据元素的粒度以及消息帧的长度。以某航迹消息中的高度数据元素为例：假设高度的数值范围是-620～19820m，以10bit表示，粒度为20m，具体表示见表1.3。

表1.3 “高度”数据元素数值表示示例

如果对空中目标进行探测，某个目标的航迹参数中“高度”数值为4000m，则比特表示值为：（0011001000）2→200×20m=4000m。可见，消息标准是为了计算机处理而规定的数值表示方法，需要相应代码量的格式处理和数值转换程序。

另外，数据通信中的数据定义适用于几乎全部应用程序，但数据链的战术消息与作战任务（如防空、反潜、电子战等）密切相关，不同类型的数据链，帧结构（变长或定长）、信息类型、信息内容、数据元素粒度有较大差异，即消息标准不同。例如，Link-4A数据链为V/R系列消息标准，Link-11数据链为M系列消息标准，Link-16数据链为J系列消息标准。因此，消息标准具有鲜明的数据链特点。

数据链消息格式的多样性是历史的产物，带来后期多平台互联互通中的很多问题，如格式转换处理的复杂、费时，转换过程中数据元素粒度的不匹配等。在新型数据链的研制中，应强调消息标准的一致性，以减少不必要的信息处理。

3.通信协议

一个数据通信网络的正常运行，需要事先制定的协议规则，明确信息的传输时序、传输流程、传输条件及传输控制方式。数据链通信协议就是信息系统在通信网络中有关信息传输顺序、信息格式和信息内容及控制方面的规约，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而有效地建立链路，从而快速达成信息的交互。它主要包括频率协议、波形协议、链路协议、网络协议、加密标准、接口标准以及操作规程等。美军制定的数据链通信协议标准如表1.4所示。实际上，消息标准也是数据链通信协议之一，属于“语法”范畴。

通信协议标准是便于人们阅读和理解的文档形式，应用程序代码是通信协议的实现形式。在数据链各节点加载应用程序初始化后，各节点按照通信协议的操作控制及时序规定，自动生成、处理、交换战术信息，建立通信链路，形成一定拓扑结构的通信网络，满足作战任务的实时、可靠通信的需求，实现作战任务。

表1.4 美军主要数据链通信标准

1.2.5 数据链类型

从应用领域看，数据链有军用和民用之分。民用数据链应用于民用航空领域，如新航行系统；军用数据链应用于战场作战领域，如战术数据链、宽带数据链和专用数据链。本节主要对军用数据链类型予以划分和说明。

1.战术数据链

战术数据链是应用于战术级作战区域，传输数字信号（数据、文本及数字话音等）的数据通信链路，提供平台间的准实时战术数据交换和分发。从应用角度可大致分为三种类型：

（1）态势/情报共享型：以搜集和处理情报、传输战术数据、共享资源为主的战术数据链。

（2）指挥控制型：以常规通信命令的下达，战情的报告、请示，勤务通信以及空中战术行动的引导指挥等为主的战术数据链。

（3）综合型：包括前两型功能的战术数据链。

根据军兵种各自的作战行动特点，有各军兵种的战术数据链（陆军数据链、海军数据链、航空数据链等）和三军联合数据链。随着战争理念的变化，在联合作战的军事需求牵引下，战术数据链逐步向着支持三军联合作战和盟军协同作战的联合数据链方向发展。

战术数据链北约称为数据链路（Link），美军称为战术数字信息链路（TADIL，Tactical Data Information Link）。针对不同的作战需求，不同的作战目的以及不同的技术水平，美国和西方国家在不同的历史阶段产生了多种战术数据链，主要包括美军的TADIL-A～TADIL-J系列，以及北约的Link-l、Link-2、Link-3、Link-4、Link-4A/B/C、Link-10、Link-11/11B、Link-16、Link-22等系列，详细划分请参阅文献[3-5]。本书内容主要围绕战术数据链技术和系统。

2.宽带数据链

虽然Link系列战术数据链能够有效传输战术信息，但数据传输速率无法满足ISR（情报、侦察、监视）等图像信息的宽带传输要求。因此，美国国防部于20世纪80年代开发传输ISR信息的宽带数据链，也称ISR数据链。ISR数据链具有明显的高数据传输速率特点，最高可达274Mbps，一般为10.7Mbps左右。目前已装备U2侦察机、战术飞机侦察吊舱等各种主要的ISR平台。机载ISR系统的宽带数据链示意图如图1.9所示。

美军研制的ISR宽带数据链很多，下面介绍其中的通用数据链、战术通用数据链和微型/小型无人机数据链。

1）通用数据链（CDL，Common Data Link）

通用数据链链接指挥控制平台与空中平台（侦察机/无人机/卫星），主要传输图像和情报信息。它用于各种空中平台对战场区域进行详细侦察、监视，对战场纵深及后续部队攻击提供支持，用于运动车辆跟踪、炮弹落点观察、打击效果评估、化学监测和核监测等活动中。执行侦察任务的空中平台可通过CDL对合成孔径雷达、光学照相、红外照相的图像进行实时传输。此外，在信号情报搜集定位、通信情报、图像情报搜集和指定区域监视、救灾等活动中，CDL也担负着重要角色。

通用数据链采用全双工的工作方式，具有抗干扰能力，通信形式为点对点（多点对多点为其扩展形式），使用微波通信频段，工作频段主要有C、X和Ku频段。它利用卫星或空中中继飞机实现超视距通信。

CDL是美国国防部20世纪80年代初提出并开始研制的，目前有5类，见表1.5。I类CDL工作在X频段和Ku频段，下行链路传输速率为10.71～274MHz，上行链路传输速率为200kbps。A-CDL是一种自适应速率、抗干扰/低截获/低探测率的空－空图像传输数据链，工作速率高达548Mbps。MP-CDL是美空军在开发的一种新型宽带数据链，用以提高对时间敏感目标的定位能力。MP-CDL将通信形式由前2类的“点对点”模式扩展到“点对点”模式和网络广播模式，链接情报/监视/侦察（ISR）平台和指控平台，构成网络数据链。理论上MP-CDL的数据传输速率可达10～274Mbps，远高于在用的侦察与控制数据链路56～59kbps的传输速率。SE-CDL是卫星CDL，提供超视距的图像传输。

表1.5 5种CDL数据链性能

2）战术通用数据链（TCDL，Tactical Common Data Link）

CDL适合于“联合星”及“全球鹰”等大型战略装备，但不适用于小型战术平台。美国国防部将CDL用于战术无人机的计划，产生了TCDL，又称“鹰链”。

战术通用数据链采用全双工的工作方式，具有抗干扰能力，通信形式为点对点，使用Ku频段。它可在200km范围内，支持雷达、图像、视频和其他传感器信息的空－地传输。

TCDL最初主要应用于战术无人机（UAV），如“掠夺者”和“前驱”。后来逐渐应用于其他空中侦察平台，如“护栏”RC-12、“铆钉”RC-135、E-8、海军P-3飞机、陆军低空机载侦察（ARL）系统、“猎人”无人机、“先锋”无人机和陆军“影子200”无人机等。战术通用数据链地面终端如图1.10所示。

3）微型/小型无人机数据链

手持发射无人机比战术无人机级别更低，通常配备背负式地面站。以色列Tadiran Spectralink公司将“星链”（STARLink）和战术视频链路Ⅱ（TVL Ⅱ，Tactical Video Link Ⅱ）用于无人机，研制了微型/小型无人机数据链。

微型/小型无人机数据链与TCDL性能相似。将小型、微型无人机获取的视频信息和遥感数据传输给地面、空中和海上的多个平台。地面设备可与飞行高度10km以下的无人机通信，在S波段的工作距离为19～50km（12～31英里），在C波段的工作距离为11～40km（7～25英里）。

3.专用数据链

专用数据链，或者说专用战术数据链，是应用于某个特殊军事战术领域的数据通信链路，可以理解为战术数据链的一类特殊分支。与战术数据链相比，其功能和信息交换形式较为单一。

美军的专用数据链有防空导弹系统专用数据链、精确制导武器系统专用数据链、E-8联合监视目标攻击雷达系统（JSTARS）专用监视控制数据链、增强型定位报告系统、态势感知数据链、协同作战能力、自动目标移交系统等。详细划分请参阅文献[3-5]。