战术数据链组网方式分析.pdf
总第165期2008年第3期 舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering Vol.28 No.385战 术 数 据 链 组 网 方 式 分 析3何 楚 毛玉泉 王 翀(空军工程大学电讯工程学院 西安 710077)摘 要 组网方式是设计战术数据链系统时要考虑的最基本的问题。就战术数据链的组网方式的特点和功能进行了分析,并在此基础上,进一步讨论了数据链系统的操作性能,主要是监视容量和循环时间的关系。关键词 数据链;组网方式;监视容量中图分类号 TN9191 引言战术数据链是指在各个作战单元之间传递实时战术信息的数据通信系统,它把战场上的各种作战平台,如武器平台、指挥平台、情报收集平台等联系成为一个整体,实现了信息的实时共享,是实现指挥自动化的基础。战术数据链系统它把实时的战场态势信息和各种作战指令快速、精确、直观的反映给各个作战单元。理论研究和实战经验证明,在现代机群协同空战中,拥有数据链系统机群的作战效能要远高于不具备数据链系统的机群 1。现代战争的战场上,战场形势瞬息万变,战机转瞬即逝,要想赢得主动就要求我们必须掌握最新最全的态势信息,并对战场态势进行精确的评估与判断,迅速的采取正确的行动。而战术数据链正是我们实现高密度、大容量战术信息快速实时传输的最有力的手段。2 战术数据链的组网方式战术数据链系统是一个标准化的保密数据通信系统,它有三个基本的要素,即数据链设备、通信协议、格式化的消息 2,其中通信协议包括频率协议、波形协议、链路协议、组网协议、加密协 议等 3。按照分层的思想,战术数据链系统主要是工作在物理层、数据链路层和网络层。组网协议是网络层协议的一部分,决定了系统的网络形式,从而决定了系统的循环时间、容量等操作性能。战术数据链要负责把各种战场的信息分发给指挥系统,武器系统和情报系统,为他们的决策和行动提供有价值的参考,因此这就要求信息更新的时间间隔足够短,提供的信息足够多,并且系统还要具有较强的抗毁性。因此,组网协议的选择和设计,对于战术数据链系统就显得相当重要。2.1点对点方式在两个作战单元之间建立一条公共信道,通常是全双工的模式,主要用于地面的指挥和控制单元和武器单元之间交换监视信息。典型的系统有T ADI L B和Link1,以及美国的陆军战术数据链(AT DL)和导弹阵地数据链(MBDL)。2.2点对多点方式有一个中心站,其余的为从属站,网内采用统一的频率,可以是半双工或者全双工模式,分为三种情况:(1)点名呼叫方式主控站在控制时隙内发送控制消息帧,而在预留的时隙内等候从属站的应答。问到谁,谁应答。这种方式实际上就是一种星型网,只有主站与从站之间的通信,从站之间不通信。主要用于对飞机的空中拦截控制和空中交通管制等。典型系统是T ADI L C(Link4A)。(2)轮询方式网络控制站自动询问每个网络从属站,当从属站识别出它的地址被呼叫时,即向网络发出该从属站的数据。所有从属站都被呼叫之后,网络主站发出自己的数据,并开始新的循环。与前一种方式不3收稿日期年月日,修回日期年月5日作者简介 何楚,男,硕士研究生,研究方向 军用无线通信、航空数据链。毛玉泉,男,副教授,硕士生导师,研究方向 军用无线通信、航空数据链。王翀,男,副教授,硕士生导师,研究方向 军事航空通信、地空通信组网技术。8:2007710:20079:同的是,它不再是一种星型网,而是一种网状网,主要区别就是从站之间也可以互相通信。主要用于地面和空中单元以及空中单元之间进行监视信息和指挥引导信息的交换。典型系统是TAD I L A(Link11)。(3)时隙分配方式在一个时间周期内,划分为若干个时隙。网络主控站自动占据第一时隙,并首先发送周期起始时间和信息数据,以此同步各网络从属站。各网络从属站在指定分配给自己的时隙内,播发消息帧,其余时隙则收听广播或发给自己的信息。这种方式又不同于前两种方式,它已经类似于时分多址,但还不是严格的时分多址。主要用于海军地面或海面指挥和控制单元之间交换监视信息。典型系统是Link10。2.3多点对多点方式即时分多址方式,网络中不存在中心节点,具有很强的抗毁能力,通常是网内采用统一频率,半双工工作模式。在时分多址系统中,把时间分成周期性的帧,每一帧再分割成若干时隙(无论帧或时隙都是互不重叠的),每一个时隙就是一个通信信道,配给一个用户。然后根据一定的时隙分配原则,使各个平台在每帧内只能按指定的时隙向主控站发射信号,满足定时和同步的条件下,主控站可以在各时隙中接收到各平台的信号而互不干扰。同时,主控站发向各个平台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输。各平台在不属于自身的时隙中处于接收状态,接收其他平台的数据。典型的应用是Link16。3操作性能分析数据链传输的信息主要是战场态势信息和指挥引导信息,态势信息包括监视目标的批号、架次、方位、速度、威胁等级等 4,指挥引导信息包括指挥引导命令、回传应答等。战术数据链系统对实时性要求很高,指挥引导信息必须要尽快地传达给受控单元,否则将贻误战机或者是发生事故,战场的态势信息必须能及时地更新,使指挥员和武器操作员能及时准确地把握战场形势。对于一个高速运动的目标,例如一个速度为3的目标,假设态势信息更新时间为秒,将会产生3的位置偏差,虽然实际上会根据目标的速度、方向做出修正,但目标也有可能改变速度和方向 5。另外,我们必须考虑监视目标的容量或者是指挥引导目标的容量,即我们能监视的最大目标数或者能指挥引导的最大目标数,现代战场上各方面因素很多,我们必须能了解到足够多的信息。当系统的信息传输速率一定时,系统的信息更新时间就决定了监视目标的数量或者是指挥引导目标的数量。所以数据链系统必须支持高密度的战场态势画面能够及时更新。下面我们将分别对三种组网方式分别进行分析。首先定义一些相关的参数:S:监视容量(系统所能监视的最大目标数)(批);R:系统的数据传输速率(比特/秒);T:态势更新周期或者系统循环时间(秒);J:监视每批次目标的平均数据量(比特);Z:指挥引导每批次目标的平均数据量(比特)。对于点对点方式,系统内只有两个站点,假设一个为指挥控制站,另一个为从属站。在一个周期内,系统传输的数据总量为RT,则监视容量的计算公式为:S=RT-ZJ(批)(1)假设J=200,Z=400。如图1所示,我们给出了几种速率下监视容量与循环时间的函数关系图。图1 点对点方式图 图2 点对多点方式可看出在给定数据传输速率下,系统循环时间越长,监视容量就越大。但是循环时间的增加,或导致更大的监视目标的位置误差 5。若循环时间一定则速率越高,监视容量越大。雷达的扫描时间一般为10秒,所以令T=10,在速率为9600比特每秒时,监视容量约为480批。速率为600比特每秒时,监视容量仅为30批。点对多点方式,我们以轮询方式为例进行分析。不同于点对点方式,这时在发送消息时,必须加入一些必要的附加信息(包括地址、报头等),另外还需要有确认回传得消息,以保证网络的正常运行或者实现一些基本的功能。若F为每次轮询附(下转第页)68 何 楚等:战术数据链组网方式分析 总第165期80m/s1000m976 结语利用这种软件可以方便的产生随机的复杂的特殊信号;并且这种软件操作方便,因此这种基于任意波发生器的信号产生软件具有十分广泛的应用前景。参 考 文 献1 John G.Proakis著,张力军,张宗橙,郑宝玉等译.数字通信(第四版)M.北京:电子工业出版社,20052 杨小牛,楼才义,徐建良.软件无线电原理与应用M.北京:电子工业出版社,20053 樊昌信.通信原理教程M.北京:电子工业出版社,20054 林茂庸,柯有安.雷达信号理论M.北京:国防工业出版社,19815 张万里,陈战林等.C+Builder 5.0高级开发技巧与范例M.北京:电子工业出版社,20016 郑君里,应启珩,杨为理.信号与系统(第二版)M.北京:高等教育出版社,2000(上接第86页)加信息的数据量,D为每次网络循环总的信息数据量,有N个从属站,则网络的数据传输效率为:=DNF+D100%(2)则监视容量的计算公式为:S=RT-NZJ(3)其中,T为网络循环时间。又因为NF+D即为网络循环时间内传输的数据总量,则有:NF+D=RT(4)则:S=RT-N(F+Z)J(5)假设,J=200,Z=400,F=400,R=9600,当从属站数量变化时,监视容量与循环时间的函数关系如图2所示。网络从属站越多,系统发送的附加信息和智慧引导信息就越多,数据传输效率就越低,因此监视容量就小。多点对多点方式即时分多址方式,由于是时隙分配的方式,每时隙传输的数据多少是固定的,其监视容量的计算公式为:S=RTB/J(6)其中,R为时隙速率,即每秒钟的时隙数(时隙/秒),B为每时隙传输的信息数据量(比特/时隙)。但是,系统有一定的时隙分配算法,不是所有的时隙都被用来传输监视信息。以Link16为例,它就把不同的功能划分成不同的网络参与组,根据需要给各个参与组分配时隙 6。所以式中的R应为执行监视功能网络参与组的时隙速率。对于Link16,时隙宽度为7.8125毫秒,所以时隙速率为8时隙 秒,假设全部用来传输监视信息,则R=8。又假设B=,=200。则可得到多点对多点方式的监视容量与系统图3 时分多址方式循环时间的函数关系图,如图3所示。可以看出,时分多址方式的监视容量与时隙分配也有很大的关系。4 结语从本文的 分析可以看出,在数据传输速率一定时,系统的循环时间或者是态势更新时间决定了系统的监视容量,循环时间越大,监视容量越大,但循环时间必须满足系统误差的要求。实际上,战术数据链的操作性能与其消息的定义,消息帧结构,以及时隙分配算法有很大的关系,本文是在假定的情况下,作了一般性的分析,对实际系统的性能分析具有一定的借鉴意义。参 考 文 献1 吴德伟,高晓光,陈军.战术数据链的建设与发展 J.火力与指挥控制,2004,29(1):10132 阔宝明.航空数据链抗干扰技术M.北京:空军第三研究所3 崔瑞琴.数据链及其发展应用 J.地面防空武器,2006,14 王锋,廉保旺,丁在田.基于FDM-TDM的V/UHF地空战术数据链研究J.空军工程大学学报(自然科学版),2004,5(1):42445 Golliday C Leslie.Data L ink Communicationin TacticalA irCommand and Control Systems J.I EEE Journal on Se2,85,S一3(5)6 邢智,戴浩 基于O NT的L6数据链建模与仿真 军事运筹与系统工程,5,(3)792008年第3期 舰 船 电 子 工 程 812/12200 Jlected Areas in Comm unication s 19AC.P Eink-1J.2001FO GC a ided AD CP m o de is tw ice bette r th an the AD2CP ind ep enden t m ode,the p o sitio n p recisio n ap p ro a2che s to 130m/h.Key wordsADCP,fiber op tic gy r o comp ass,integ ratednavigation(Page:73)AttitudeM ea surem en t System Based on M I M UbyMao GuAb stractU sing m em s-gy r o and acce lereom e term adein SIPAT deve lop ed m icroine rtial m eseau remen t unit(M I MU)andattitude m easurem ent system(AM S)w h ich m akes u se o f external velocity ahd head info r m a2ti o n.The bench and vehicle bo rne tests show AM S canachieve less than in p itch and ro ll erro r ang le.Key word sM I MU,attitude m easu rem ent,strapdow nsystem(Page:76)An Em bedded Network C lien t Tran s m ission De2sign and Applicat ion Based on ACEbyLi FeiAb stractI n o rder to realize h ighly efficien t and trans2p lantab le netw o rk comm un ication s se rvices inthe em2bedded te r m inal,an ACE-Reacto r and Facto ry patternthat can reduce coup ling be tw een co nfigu re code and af2fair se rver is p rovided.A mo bile te r m inalo f the land su r2vey systembased o nthe ACE Reacto r-Co nnecto rmo de inthe W indow s CE p latfo r mis de signed.Th ismo dule can up load the m ap spo t and p ictu re info rmationand dow n l o ad RTCM data fo r h igh p recisio n d ifference o2rientation fr omservice cente r in ti m e.The resu lt ind i2cates that ACE Reacto r mode can so lve commun icationp r o blem be tw een diffe rent ope rating system,the mo bileterm inal systemhas a reasonab le fram e,re liable pe r2fo rmance and w ell transm itting cond ition.Key wordsACE,reac to r,land survey,RTC M,facto rypatte rn(Page:79)Design of I m provem ent on Rad io Beacon Equ ip2m en tbyXia M inAb stractTo i mp ro ve reliability and raise effectivenessof rad i o beacon equ i pm en t,i m p r o vem ent schem e adop2ting advanced techn iques like D irect D igitalD rive,DGPSand m e rge net is discu ssed.I t can be used fo r you r ref2e rence o n MW navigatio n system i mp ro vemen t p ro ject.Key wordsradio beaco n,MW,navigati o n,direct dig itald rive,DGPS(Page:83)yf TDLNMyAbstractIt is necessary to analyze the characte risticand function of tactical data link netw o rk m ode,and fur2the r mo re,the descri p tio n of tactical data link op erationalcapab ilities is co ncentrated o n cycle-ti m e and surveil2lance capacity.Key word sdata link,netw o rk mo de,su rve illance cap aci2ty(Page:85)Key Technolog ies of Sa tellite Laser Comm un ica2t ionbyXu XiangAbstractThe key techno log ie s o f sate llite lase r com2m unicati o n are in tr o duced firstly.Then ARTEM I S-O I CE2TS and Ground-to-O I CETS lase r comm unicati o n ex2pe ri men t are taken as exam p les to introduce the app ly o fkey techno l o gie s in detail.A t last,p r opo sals of futu re de2velopm ent regarding the status quo of ou r country arepu t fo r w ard.Key word skey techno logies,laser commun ication ex2pe ri men t,ARTEM I S-O I CETS,Ground-to-O I CETS(Page:87)Research on M odula tionTechnology of Atm os2pher ic op tica l comm un ica tionbyPan ChenAbstractU singthe gas discharge lampas thelightso urce o f atm o spheric op tical comm unication,the func2ti o n theo ry and characte ristic of this light so urce are ana2lyzed.A cho ice o f mo dulation ism ade and som e exp eri2m entalcircuits are de signed,then a se ries o fm odulati o nexpe ri m ents are conducted.Based o n electron ic ballast,a m e tho d of binary FSKmo dulation,u sed in atmo sp hericop tical comm un ication is p ropo sed.Key word satmo sp heric op tical comm unicati o n,gasd ischarge lamp,BFSK modu lation,electron ic ballast(Page:90)Ana lyze of the P IRB Ba sic Return S igna ls Influ2ence of Stum b ling BlockbyZhao HuaAbstractThe influence of stum b ling block is analyzedin thesu rface PI RBinfo rmationre turn,such as la rgeboats and ship s,islands of the sea surface,the co asth ighland,and slow ne ss brae etc.The frequency o f re2tu rn signal is se lected p ertinence,mee ting to rea l-ti m eand effectively.Key word ssu rface PI RB basic,stum b ling b l o ck,signalre turn(Page:93)S fDfKf SGBDyy4Ship Electronic EngineeringIndex(Vol.28 No.3)8Anal sis oact icala tainketworkodebHe Chuo twareesign in g o aind oignaleneratorased onnam ic Ed itingbHuang Chao
