16 号数据链(_Link_16)及其应用.docx

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1、(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用16 号数据链(Link 16）及其应用1。数据链的定义与作用2。Link 16 发展历程3。Link 16 的通道系统（JTIDS/MID）的工作原理4. J 系列消息5. Link16 网络设计6. Link16 小结1。数据链的定义与作用（1)当代空战的结果(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用不决定于飞机的机动性武器射程决定因素飞行员思想上是否能保持有实时敌我态势图（2） C4ISR 的作用形成和分发战场实时敌我态势信息产生和传达指挥与控制命令（3） C4ISR 的组成

2、通信、指挥、控制、计算机、情报、监视、侦察的作用话音通信-数据通信数据链数据链-可以互操作的数据通信系统(4）对数据链的要求抗干扰保密吞吐率高 用户数多 信息种类多有与传感器和指挥控制系统相匹配的信息粒度多功能互操作全视距和超视距(5）数据链组成通道系统 格式化消息传输和交换协议2。Link 16 发展历程(1）1965 年1973 年联合战术信息分发系统（JTIDS）酝酿阶段要求1(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用（1)以最小的时延、在数量众多的成员之间，作大容量信息分发（2)要抗敌方干扰,要使敌方不能得到系统信息 (3）要能支持所有成员的信息要求，不发生相互干扰.（4)要

3、能对已方单位作明确的肯定识别（5）要能使所有成员在公共坐标系中定出自己的位置，并连续地将位置报告给其它单位(6)要能在整个战场区域提供上述能力 美国海军集成战术空中控制系统(ITACS）集成战术导航系统(ITNS) 美国空军Seek bus(2）1974 年1983 年成立JTIDS 联合办公室研制成功并开始装备JTIDS 1 类端机共生产 334 部装备 18(北约)34（美国)52 架 E-3A 预警机欧洲和美国的地面指挥所2采用JTIDS 临时消息规范(IJMS)(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用3图 1北约对华约区域的监视(完整版)16 号数据链(_Link_16)及

4、其应用4图 2E3A 与地空导弹防空（3）1980 年1993 年JTIDS 2 类端机的研制与作用战斗机集成Link 16 标准形成2 类端机的试验F-1512000 架次19000 飞行小时白天杀伤效率提高 2。62 倍，晚上提高 2.60 倍(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用图 3战斗机显示画面图 4战斗机空空作战2 类端机的装备美国海军的E-2 预警机,F14,航母，宙斯顿级巡洋舰与驱逐舰2H 与 2M 类端机2 类端机的问题:可靠性，体积，价格(4)1990 年1999 年美国-北约的共同利益多功能信息分发系统（MIDS)的研制至 2015 年装备计划:美国 500

5、0 架战斗机北约 3000 架战斗机（5） Link 16 在现代战争中的地位Link 16 是在数十年战争经验总结的基础上为适应高技术战争要求而发展起来的。美国的Link 16 政策(1994 年):9“指定美国同意的Link 16 作为各军种和防务部门的指挥、控制和情报的主要数据链，并在实际可行时作武器应用的主要数据链。”（6） 美国-北约国家JTIDS/MIDS 装备平台国别装备平台美国空军F15F-16JSTARS(E-8A)海军AWACS(E-3A）模块化控制设备（MCE）机载战场指挥控制中心（ABCCC)F-14DF/A18陆军E-2C宙斯顿导弹巡洋舰宙斯顿导弹驱逐舰海军陆战队核动

6、力航空母舰多功能两棲袭击舰两棲指挥舰爱国者导弹战场高空防空系统（THAAD)中远程防空系统(MEADS）联合战术地面站（JTAGS)防空战术作战中心(ADTOC）近程防空系统(SHORAD)战术空中作战模块（TAOM）战术空中作战中心(TAOC）欧洲EF2000 战斗机北约AWACS北约防空地面环境系统(NADGE）英国防空地面环境系统(ADGE)Tornado F3 猎迷AWACS法国AWACSRAFALE 战斗机德国爱国者导弹荷兰爱国者导弹3。Link 16 的通道系统(JTIDS/MID)的工作原理（1)同步时分多址(TDMA)接入方式网络时间基准NTR系统时1天112.5时元（12.8

7、分钟）1234111 1121时元64时帧（12秒）01245606162631时帧1536时隙（7.8125毫秒）OA OB OC 1A 1B1C511A 511B 511每秒=128时隙(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用图 5JTIDS/MIDS 时分结构(2)JTIDS/MIDS 信息池图 6 JTIDS/MIDS 信息池（3)脉冲信号、跳频与频谱6.4f6.4f26.4f136.4f46.66.66.613s13s13s图 7 脉间跳频960MHz1215MHz51 个频点相邻频点间隔 3MHz，相邻脉冲间隔30MHz14点5点32点9969MHz1008MHz 10

8、53MHz 1065MHz1113MHz1206MHz(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用图 8JTIDS/MIDS 信号频谱(4)单脉冲符号和双脉冲符号6.4 6.6 单脉冲符号6.66.6双脉冲符号6.46.4图 9单脉冲符号和双脉冲符号10（5）消息封装(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用图 10JTIDS/MIDS 消息封装（6)作用距离300 海里(550 公里）500 海里（920 公里）(7)脉冲调制信号32 位伪随机码，代表 5bit 信息（8)网络吞吐率(消息本体)最小SMP12893559.52kbps抗干扰能力最强 最大P4SP128372

9、5238。8kbps抗干扰能力最弱（9） 抗干扰措施(共 7 项)跳频，直接序列扩频,发射时间抖动双脉冲符号，纠错编码，交织检错编码（10） 跳频速率达 76923 次/秒，无法实施跟踪干扰。迫使敌对方把干扰机信号功率分散在很宽的频段上，因而降低了干扰效率。10lg51 = 17(dB)(11） 直接序列扩频每个脉冲宽度 6。4s 载有 5bit 信息.如果用 5 位二进制码实现，则每位宽度为6.4/51。28S，对应信号带宽 0。78MHz。现在用 32 位来实现，则每位宽度 0。2 s,对应信号带宽 5MHz。这样，直序扩频比为5/0.786.4，产生10lg6.4 = 8(dB) 的抗干

10、扰增益12（12) 发射时间抖动使敌对方掌握不准信号什么时候发射,因而不能采用将干扰机功率集中于短的时间以攻击信号同步头根据STANAG 4175 P.A。48,发射抖动时间用不同级别来表示.在 7 级和 8 级时， 最大传输距离分别减小到 860Km 和 775Km，与这些距离相对应的传播保护时间应为 2。8667ms 和 2.5833ms。而按 SMP 和 P2SP 封装格式，发射抖动时间+传播保护时间=4.4585ms,因此在抖动级别为7 和8 时，对应的抖动时间分别为1.5918ms 和1.8752ms. 由于粗同步头+精同步头的持续时间只有 0。52ms，可见抖动延迟范围相对是较大的

11、。（13） 双脉冲符号在一个符号中,两个脉冲所载数据相同，然而载频不同,只干扰掉一个脉冲，并不影响数据的接收。（14） 纠错编码各种消息封装中，消息本体符号数分别是 SMP 93 个，D2SP 和P2DP 293 个,P4SP 493 个，而每个 93 符号又由 3 个 31 符号构成，每 31 符号称作一个字。（15） 每个字中只有 15 个符号载有信息，其余 16 个符号是纠错监督符号，即每个字是(31，15)Reed Solomon 编码的字 1字 2字 3151515313131信息总符图 11消息本体纠错编码当接收时它使在 31 个符号中差错数16/28 个时,抹去数16 个时还能恢

12、复正确数据.（16)报头符号数为 16 个，是由 7 个信息符号加 9 个纠错监督符号形成的。它使16 个符号中差错数4 个时，抹去数9 个时还能恢复正确数据。7(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用16图 12报头纠错编码（17）交织为防止突发干扰使纠错能力饱和把报头和消息本体的符号不按原顺序发射，而是交织着发射，例如报头字1字2字3015 1646 4777 78108发射顺序交织符号发射顺序242962831046279210307023图 13符号交织(18）单网和多网13由于 JTIDS/MIDS 有强的抗干扰能力，允许 1520 个网在同地区同时工作,扩大系统容量，网

13、号在 0127 中选取，不同网网号不同,其跳扩频图案也不一样。(完整版)16 号数据链(_Link_16)及其应用图 14单网和多网的结构69（19)加密项目（共 6 项) 基带数据加密报头中修改了的SDU 顺序号消息加密基码加密跳频加密交织起点选定传输加密（TRANSEC）发射抖动MSEC 影响信息数据TRANSEC 影响信号(20）保密机称之为保密数据单元(SDU)，型号：KGV-8/TSEC，可存储量8 个加密变保密周期：24 小时或 7 天加密模式：公共变量模式分离变量模式消息加密在SDU 中完成传输加密在SDU 控制下在端机中完成(21）JTIDS/MIDS 信号产生过程图 15JT

14、IDS/MIDS 信号产生过程（22) 保密和抗干扰数字话音PDSP 和 P2DP 时所占容量：16kbps(CVSD 调制)，一路话音,14。5单网容量(每帧 224 时隙） 2.4kbps（LPC 标准)，一路话音,2。18%单网容量(每帧 33。6 时隙)用途:战斗机之间，空中控制员与战斗机之间，用 PTT 工作方式（23） 网络时间基准(NTR)任意指定，可在运行中更换,任何时候系统只有一个NTR。NTR 选择因素，处于高的高度上,而且位置靠网络中央,不希望频繁更换NTRNTR 要每 12 秒发射一次入网消息（在消息加密和传输加密控制下，因此每次发射的信号均不相同）(24) 入网与粗同

15、步粗同步的误差:信号传播时间NTR发射的入网消息12S12S12S非NTR端机接收到的入网消息图 16 粗同步的误差系统可指定一些非NTR 端机(IEJU)或激活的中继端机,在实现精同步之后，也可以每 24 秒一次发射入网消息。这种情况下其它端机的粗同步误差还要加上它们的精同步误差,也可能还要加上抖动。（25） 精同步和同步保持有源同步法，即往返定时(RTT）法,主要用户采用，次要用在特定情况下采用无源同步法，次要用户经常采用,与定位功能同时完成。（26） 时间同步等级同步等151131211109876543210级4均方根差（ns）50710014202840568011316022645

16、29041801801102050000008080等级越高同步精度也越高，NTR 为 15 级（27)PPLI 消息所有JTIDS/MIDS 端机必须以规定的重复周期广播PPLI 消息粗同步头精同步头报时间品质地海拔高度高度品质纬经航速U坐标V坐标相相头理度度向度对角对位位方(28） RTT 精同步法已完成粗同步的端机已可以接收消息，但除作RTT 之外，不允许作其它发射，它从接收的其它端机的PPLI 消息中，了解其时间同步等级，从所有接收信号中，选出同步等级最高的 4 个排成队,用作同步对象（施予者)图 17RTT 精同步方法(29） 导航的定义为端机提供在共同坐标系中的实时位置，也可能还需

17、要为端机提供时间、速度， 航向和姿态角.时间同步和信号到达时间(TOA）测量是 JTIDS/MIDS 实现相对导航的基础之一端机的PPLI端机的PPLITOATO ATOA端机1的PPLI图 18多边定位法(30) 卡尔曼滤波器（16 维)导航输出惯性导航系统导处理航器RTOA定位源卡尔曼滤波器图 19导航卡尔曼滤波器工作过程卡尔曼滤波器根据TOA- R （观测量)估计出数学模型参数及其方差，导航处理器修正同步误差和相对定位误差，并产生相对定位和时间同步的等级（31)定位品质的等级相对坐标系定位品质等级1514131211109876543210均方根差NC(m）223043618612172

18、43448691372755515512245809977可见在等级 10 以上时,定位误差小于 100m，而在低等级上可达数千米，然而实际用的是精度较高的情况。(32）导航的特性抗干扰保密抗毁影响JTIDS/MIDS 方案(33) 导航的作用完成和保持无源精同步提供已方成员实时分布提供移动平台监视传感器的基准(传感器坐标当地坐标系相对坐标系) 为数据处理提供数据登录的基础(34) 地理导航相对坐标系原点的位移和坐标轴旋转地理导航位置基准位置基准的等级1514131211109876543210位置误差方差(m）15223043618612172434486913727555155122458

19、09977（35) 系 统 成 员 的 不 同 职 责 : NTR，NC，位置基准，主要用户，次要用户（36）JTIDS/MIDS 导航图图 20JTIDS/MIDS 导航图(37）JTIDS/MIDS 导航精度定位误差源:惯导误差模型，设备延迟，时钟同步，位置基准源，电波传播，多径。GDOP 的影响：取决于系统成员数量，地理和高度分布，随时间而变化，通过筛选后的少数源。CEP：3090m(38) 导航到数据登录中的应用本地航迹远端航迹登录误差源:测地位置误差传感器误差数据处理误差(测地和当地坐标变换公式，基本算法和外推） 远端单元误差登录过程：用传感器测定的已方单位位置与已方单位 PPLI

20、消息中报告的位置相比较找出传感器误差。（39)识别自主识别：用 PPLI 消息和平台与系统状态消息广播平台种类、型号、武备、油量和当前执行的任务。间接识别：通过监视消息广播到所有平台。4。J 系列消息(1） Link 16 是为高技术局部战争而研发的系统高技术局部战争的作战任务:空降作战空战用地空导弹的防空作战空中侦察空域管制空对地攻击/封锁反潜作战近空支援火力支援陆上作战搜索与支援舰-岸移动（2) Link 16 设计了如下交换战术数据的功能蓝军位置与识别(PPLI）和状态报告知已目标监视 (空中、海上、水下、陆上，空间、电子)知彼电子战对飞机的控制作战的实施任务管理/武器协同相对导航支持实

21、时态势图形成保密话音补充数据交换能力(3）Link 16 的功能与作战任务的关系空空域空 对反潜近空火力陆上搜索舰一中侦察管制地 攻击/封锁作战支援支援作战与救援岸移动(PPLI）和状态报告目 标 监空中视海上水下陆上空间电子电子战对飞机的控制任务管理 /武器协同相对导航保密话音任务 战术数据交换功能空降空地 空作战战导 弹防 空作战位 置 与 识 别Link 16 战术数据交换功能由传送一系列消息来实现（4）Link 16 使用的 J 系列消息及其反应时间要求目前已规定的J 系列消息共有 91 种区分为两类，一类用于交换战术数据和话音，另一类用于网络的维护和管理每一条消息由Jn,m 来标识，

22、其中n 叫消息标签，m 叫消息子标签消息标识消息名称反应时间(秒)J0.0初始入网10(5)J 系列消息及其反应时间表J0.1测试10J0.2网络时间更新10J0。3时隙分配10J0。4无线中继控制10J0.5多次中继控制10J0。6通信控制10J0。7时隙再分配（竞争接入）6J1.0连通询问10J1。1连通状态10J1。2路由建立10J1。3回执10J1。4通信状况10J1.5网络控制初始化10J1.6需求线参与组分配10J2。0间接接口单位PPLI10J2.2空中平台PPLI10J2.3水面平台PPLI10J2.4水下平台PPLI10J2。5陆地点PPLI10J2.6陆地航迹PPLI10J

23、3.0基准点10J3。1应急点10J3.2空中航迹10J3.3水面航迹30J3.4水下航迹30J3。5陆地点/航迹30J3。6空间航迹10J3.7电子战产品信息12J5.4声方位/距离30J6.0情报信息160J7。0航迹管理10J7.1数据更新请求10J7。2相关10J7.3指示器10J7。4航迹标识符10J7.5IFF/SIF 管理10J7。6过滤器管理10J7.7 J8.0J8.1关联单位标识符 任务相关器改变1010J9。0指挥10J9。1交战协同10J9。2抗干扰协同12J10.2交战状态10J10.3移交10J10.5控制单位报告10J10。6配对10J12.0任务分配2J12。1

24、J12.2向量引导飞机精确航向2J12.3飞行路径2J12。4 J12.5 J12.6J12.7控制单位改变目标/航迹相关目标分类目标方位2J13。0 J13。2 J13。3 J13.4J13.5机场状况空中平台和系统状况水面平台和系统状况水下平台和系统状况地面平台和系统状况J14.0参数信息12J14.1电子战控制/协同12J15。0J17。0威胁告警目标上空的气象1J28。2(0）J31.0文本消息用无线方法更换密钥的管理J31.1用无线方法更换密钥RTTA10RTTB10RTT应答美国各军种专用消息（5 条) 英国各军种专用消息(3 条） 法国各军种专用消息（3 条） 德国各军种专用消息

25、(2 条)意大利各军种专用消息（5 条）（6) 反应时间图 21Link 16 的设备端到端反应时间：从Link 16 设备的TDS 输入端到目的设备天线Link 16 设备反应时间+传输时间（中继) Link 16 设备反应时间：从TDS 输入天线发射TDS 处理时间+JTIDS/MIDS 端机反应时间端机反应时间处理时间（100ms)+到下一个发射时隙的时间消息表中记的是Link 16 设备反应时间，应用关心的是端到端反应时间，网络设计时，要在考虑到Link 16 设备反应时间的条件下满足端到端反应时间的要求(7） 消息结构在报头之后的消息结构：由字组成，每字 75bit（其中有 5bit

26、 作检错校验），一条消息可以多达 8 个字，区分为初始字（1 个）延长字继续字每一种消息延长字的个数固定(可以没有)，接在初始字之后依序排列继续字的个数和用哪几个均可变(8) 字标识每字开头 2bit 用作字标识，00-初始字10延长字01-继续字继续字有 5bit 作继续字标识（9） 初始字(10) 延长字（11) 继续字(12） 空中平台PPLI 消息 J2.2 由 6 个字组成。一个初始字J2。2I，一个延长字J2。2EO，4 个继续字 1，2，3 和 5 号数据段描述符含义比特J2.2I 空中平台PPLI 初始字J2。2I数字标识2J 系列消息标签5J 系列消息子标签3消息字数3演习指

27、示符任务指挥员指示符强制告知指示符紧急情况指示符 指挥和控制指示符模拟指示符机载指示符长机指示符中继激活指示符 RTT 应答状态指示符本消息是否是一个演习航迹1本飞机是否是任务指挥员1本消息是否要强制通过接收机过滤1器本单位是否有紧急情况1本设备是否是 C2单位1本消息是真实航迹还是模拟航迹1本飞机在天上还是不在天上1本飞机是否是长机1中继功能是否开启了1RTT 应答功能正常还是不工作1启动，未启动,有条件无线电静然，网络参与状态指示符高差错率,未收到入网消息，TDS 有故4障，轮询时间品质 地理位置品质兵力数16 级（015)416 级(015）4本航迹表示的单位数 1154跳伞指示符单座飞

28、机飞行员是否已跳伞1海拔高度(英尺）020475013网号，非 C2 设备非 C2 设备，NPG所分配的 NPG 网号 01267ANPG A 状态NPG A 是否已启动1高度品质16 级（误差50 英尺18080 英尺）4备用5J2.2EO 空中平台 PPLI 延长字 0数据段描述字标识含义比特数2纬度北纬 090以 04194303 表示，增量 90/4194303度0。0013 分8 英尺。南纬以 4143048388607 表示，增量民北纬相同23经度东径 0180以 08388607 表示，增量 180/8388607度0.0013 分8 英尺.南纬以 83886091677215

29、表示，增量 0。0013 分8 英尺24备用1航向0359，增量 1，相对于真北9速度04092 数据里/小时，以 1 数据里/小时为增量,地速11数据段描述含义比特数J2。2C1 空中平台PPLI 继续字 1字标识2继续字标5识备用1模式码提供模式的信标应答信息，在对选择识别特征 (SIF)5作应答时，编码顺序是 A4，A2,A1，B2，B1，最低有效模式码数字不可以大于 3。提供模式的信标应答信息，在对选择识别特征（SIF）12作应答时，编码顺序是A，B,C，D，每个是顺序为4,2,1模式码的三数字组.提供模式的信标应答信息，在对选择识别特征 (SIF)12作应答时,编码顺序是A，B，C,

30、D，每个是顺序为 4，2，1 的三数字组.本空中平台字段，连同下面的空中平台当前的任务字段6空中平台确定了本空中平台的识别1。战斗机2. 战斗轰炸机3. 。强击机4。轰炸机5.侦察机6。加油机7.加油机(仅有输油管)8。加油机（仅有输油接头）9。截击机10。运输机11. 空中指挥机12. 导弹载机13。导弹14. 电子战飞机15. 反潜飞机16. 预警和控制飞机17. 海上巡逻机18. 搜索与救援飞机19. 靶机20. 遥控飞行器21。固定翼武装运输机22.民用客机23。民用通用飞机24.浮空器25。滑翔机26. 诱饵27. 直升机28。攻击直升机29.武装直升机30. 反潜直升机31. 水雷

31、战直升机32. 运输直升机33。战术支援飞机34。巡逻机35。其它固定翼机36.导弹控制单位37。地空导弹38.空地导弹39。地对地导弹40。后勤飞机41。空-空导弹42。水下对地面(水面)导弹43.地面（水面）对水下导弹44。巡航导弹45.弹道导弹46。对地监视飞机4762.未规定空中平7台 当 前 任1.侦察务2.超视距瞄准3。训练4。后勤支援5。对地攻击6.电子战7。监视8.搜索与救援9。护航10。布雷11。运输12。特种武器攻击13。入侵14. 电子支援措施15. 通信中继16。巡逻(海洋监视)17. 空中搬运18. 反潜战19。屏蔽/干涉20。牵引21.空中突袭22。拦截23。电子抗

32、干扰24. 警务25. 常规攻击26. 医疗后送27。反雷28. 搜索29. 加油30。空中封锁31.战斗空中巡逻32。前沿空中控制员33。要员飞行34。非战斗操作35。近空支援36。机载早期预警37。对地攻击战术38.机载指挥所39。救援战斗空中巡逻40.地面（水面)战斗空中巡逻41。加油42。弹着点观测43. 对地攻击作战44. 特种作战45. 劫持46. 干扰机47. 部队空中搬运48。X 射线49。反空袭作战50.指挥与控制51。防空作战52。返回基地53。地(水）雷战54. 布撒箔条55. 视频目标链接，一种向武器提供远距离瞄准数据的方法56. 投吊57. 救援对象锁定58。盘旋59

33、.被召回中60。交战61。交战(优先摧毁)62.调查63。空投64。干涉65。改航66。空对地67.空对空68。精确轰炸69.激光指示70。信标轰炸71。屏蔽72.掩护73。目视识别115-126.由联合作战指挥员规定的特种空中任务J2。2C2 空中平台 PPLI 继续字 2数据段描述含义比特数字标识2继续字标识5话音呼叫标记指示符指示话音呼叫标记字段是否需要1解释Link 4 地址指示符指示 Link 4 地址字段是否需要解1释话音呼叫标记在话音通信中用以识别一个部队24单位,是一个字母数值码，一共24bit，分为 4 组,每组 6bit。6bit的 09 表示数字,1035 表示AZ 字母

34、.Link 4 地址在Link4 上特定飞机的地址,数值13为 0000017777（八进制)话音频率/信道认定 UHF(225400MHz)话音信道13号 N17000,f(MHz)=225+0。25（N1）控制信道01267话音通道的中继激活指示符本单位话音通道的中继能力是否开启1控制通道的中继激活指示符本单位控制通道的中继能力是否开启1话音频率/通道指示符指示所用话音频率 /通道是主要的还是替用的话音频率/通道1备用1J2。2C3 空中平台 PPLI 继续字 3(相对导航）数据段描述字标识继续字标识备用U 坐标含义比特数251UV 直角坐标系的东西方向位置坐 20 标，东为正，西为负，UV 平面在原点与地球相切。东向范围 0 512 数据里，增量为为 1/512 数据里11。7ft3.57ft。每一增量用 1023 表示，0512 数据里用 288表示。西向范围 1/512512 数据里，增量 1/512 数据里，用 524289 1048575 表示V 坐标UV 坐标系北南向位置坐标，北为正，南为负。北向范围 0512 数20据里，增量为 1/512 数据里，每一增量用 1023 表示，0512 数据里用 0524288 表示