數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與技術(shù)（第2版） 課件ch03Link-4、Link-11和Link-22數(shù)據(jù)鏈

Link-4、Link-11和Link-22數(shù)據(jù)鏈國(guó)防電子信息技術(shù)叢書數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)與技術(shù)(第2版)第三章01Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)怯糜谙驊?zhàn)斗機(jī)傳送無線電引導(dǎo)指令的非保密UHF數(shù)據(jù)鏈，源于美國(guó)海軍的戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈TADIL-C。Link-4數(shù)據(jù)鏈的設(shè)計(jì)初衷主要用于航空母艦對(duì)戰(zhàn)斗機(jī)戰(zhàn)術(shù)飛行和著艦控制，以取代傳統(tǒng)的話音引導(dǎo)。在裝備之初，Link-4數(shù)據(jù)鏈只能進(jìn)行單向傳輸，之后經(jīng)不斷改進(jìn)，發(fā)展成為兩種類型的數(shù)據(jù)鏈：Link-4A和Link-4C數(shù)據(jù)鏈。Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4A數(shù)據(jù)鏈Link-4A數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)强刂普镜斤w機(jī)的數(shù)據(jù)鏈，它采用北約標(biāo)準(zhǔn)STANAG5504定義的V系列和R系列消息格式，支持空中交通控制、空中攔截控制、空中攻擊作戰(zhàn)控制、地面轟炸控制、航母慣性導(dǎo)航校準(zhǔn)和航母自動(dòng)著艦等功能，并可用于交換航跡數(shù)據(jù)和傳送命令以及狀態(tài)數(shù)據(jù)。Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4A數(shù)據(jù)鏈工作在UHF頻段，信號(hào)采用FSK調(diào)制，信道間隔為25kHz，數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)5kb/s。Link-4A數(shù)據(jù)鏈既可以作為單向鏈路，也可以作為雙向鏈路；其最大傳輸距離為200nmile（1nmile=1.852km），而海上控制站與受控飛機(jī)間的全向視距覆蓋范圍最大距離為170nmile。作為單向鏈路工作時(shí)，控制站（如艦艇、預(yù)警機(jī)等）采用廣播方式向受控飛機(jī)（如F-14戰(zhàn)斗機(jī)等）發(fā)送控制消息，而受控飛機(jī)則只接收消息，不發(fā)送響應(yīng)消息。Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4A數(shù)據(jù)鏈采用這種工作模式時(shí)可支持的任務(wù)包括空中交通管制、航母自動(dòng)著艦、引導(dǎo)對(duì)地攻擊以及航母慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的校準(zhǔn)等。這時(shí)控制站發(fā)送的消息可以包含航向、速度、高度等指令以及目標(biāo)數(shù)據(jù)等。Link-4A數(shù)據(jù)鏈作為雙向鏈路工作時(shí)，要求控制站和受控飛機(jī)都具備發(fā)送和接收能力。采用的是半雙工模式，它采用時(shí)分方式在一條信道上實(shí)現(xiàn)雙向通信，每32ms為一個(gè)消息傳送周期，其中前14ms控制平臺(tái)發(fā)射，受控飛機(jī)接收；而后18ms控制平臺(tái)接收，受控飛機(jī)發(fā)送。Link-4數(shù)據(jù)鏈控制平臺(tái)根據(jù)需要向受控飛機(jī)發(fā)送控制消息，而受控飛機(jī)則用應(yīng)答消息作為響應(yīng)。受控飛機(jī)所發(fā)送的應(yīng)答消息中可以包含飛機(jī)的位置、燃料、武器狀況以及自身傳感器跟蹤數(shù)據(jù)等信息。Link-4A數(shù)據(jù)鏈的雙向通信主要用于執(zhí)行空中攔截控制任務(wù)。Link-4數(shù)據(jù)鏈在消息發(fā)送周期內(nèi)，控制站在為其分配的發(fā)送時(shí)間內(nèi)首先發(fā)送含有飛機(jī)地址的控制消息，而收信飛機(jī)也要在為其分配的發(fā)送時(shí)間內(nèi)發(fā)送相應(yīng)的應(yīng)答消息，并且受控飛機(jī)只有在收到控制消息之后才發(fā)送應(yīng)答消息。相反，如果沒有收到控制消息，則不發(fā)送應(yīng)答消息。這樣，控制站就可以通過控制分配給每架受控飛機(jī)的傳輸時(shí)間來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)通信。Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4C數(shù)據(jù)鏈Link-4C數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)潜奔s為擴(kuò)充Link4A數(shù)據(jù)鏈功能而開發(fā)的一種戰(zhàn)斗機(jī)一戰(zhàn)斗機(jī)專用戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，其研發(fā)始于1984年。Link-4C數(shù)據(jù)鏈采用F系列消息，不同于Link-4A數(shù)據(jù)鏈的V&R系列消息，并且Link-4C數(shù)據(jù)鏈具備一定的抗干擾能力。Link-4數(shù)據(jù)鏈利用Link-4C數(shù)據(jù)鏈可以實(shí)現(xiàn)最多4架作戰(zhàn)飛機(jī)的互聯(lián)。在利用Link4C數(shù)據(jù)鏈組網(wǎng)的過程中，要讓其中一架飛機(jī)作為長(zhǎng)機(jī)，其他飛機(jī)作為僚機(jī)。每架Link-4C數(shù)據(jù)鏈的入網(wǎng)飛機(jī)都會(huì)被分配一個(gè)單獨(dú)的地址，而這些入網(wǎng)飛機(jī)則基于該地址在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)利用指定的頻率交換數(shù)字消息，這些消息包含的信息有本機(jī)位置、目標(biāo)數(shù)據(jù)以及武器狀態(tài)等。Link-4數(shù)據(jù)鏈Link-4C數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N機(jī)對(duì)機(jī)數(shù)據(jù)鏈，是對(duì)Link4A數(shù)據(jù)鏈的補(bǔ)充，但這兩種鏈路互相之間不能進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)。Link-4C數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)菍ｉT為F-14戰(zhàn)斗機(jī)研制的，F(xiàn)-14戰(zhàn)斗機(jī)不能同時(shí)使用Link4A和Link-4C數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行通信。Link-4數(shù)據(jù)鏈02Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈的研發(fā)始于20世紀(jì)60年代，并于20世紀(jì)70年代開始服役。Link-11數(shù)據(jù)鏈包括?；腖ink-11數(shù)據(jù)鏈和陸基的Link-11數(shù)據(jù)鏈，它們分別對(duì)應(yīng)于美軍的戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息鏈TADIL-A和TADIL-B兩種類型數(shù)據(jù)鏈。?；鵏ink-11數(shù)據(jù)鏈可在美軍和北約海軍艦艇之間、艦一岸之間、艦一空之間和空一岸之間實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)數(shù)字信息交換。Link-11數(shù)據(jù)鏈的誕生對(duì)于北約數(shù)據(jù)鏈的發(fā)展具有非常重要的意義，因?yàn)樵谝逊鄣臄?shù)據(jù)鏈中，其應(yīng)用范圍是最為廣泛的。本節(jié)重點(diǎn)介紹海基的Link-11數(shù)據(jù)鏈。Link-11數(shù)據(jù)鏈一個(gè)典型的Link-11數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)組成如圖3.1所示。Link-11數(shù)據(jù)鏈計(jì)算機(jī)系統(tǒng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，即戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)（TDS），接收各種傳感器和操作員所發(fā)出的數(shù)據(jù)，將其按照標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)格式整合成M系列報(bào)文，并以每組24bit的形式送入保密設(shè)備。TDS同時(shí)還可以接收來自其他TDS的突發(fā)數(shù)據(jù)。保密設(shè)備保密設(shè)備用來確保鏈路中數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。Link-11數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTS）數(shù)據(jù)終端設(shè)備被作為一個(gè)調(diào)制解調(diào)器進(jìn)行設(shè)計(jì)，是整個(gè)Link-11數(shù)據(jù)鏈的核心部分。無線電設(shè)備Link-11數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)褂枚滩℉F和超短波UHF無線電臺(tái)進(jìn)行無線電信號(hào)收發(fā)，多音調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)入無線電臺(tái)后，被調(diào)制到高頻或超高頻，通過天線發(fā)射出去。Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈的調(diào)制技術(shù)特點(diǎn)Link-11數(shù)據(jù)鏈工作在HF短波頻段（15~30MHz）和UHF超短波頻段（225~400MHz）兩個(gè)頻段。最初設(shè)計(jì)Link-11數(shù)據(jù)鏈時(shí)，只是為了實(shí)現(xiàn)艦對(duì)艦之間的通信，為了實(shí)現(xiàn)超視距通信增加了HF頻段。Link-11數(shù)據(jù)鏈工作在HF頻段時(shí)，理論上可以實(shí)現(xiàn)300nmile的超視距全向覆蓋；而工作在UHF頻段時(shí)，則只能進(jìn)行視距通信，可提供25nmile的艦對(duì)艦和150nmile的艦對(duì)空覆蓋。Link-11數(shù)據(jù)鏈有兩種標(biāo)準(zhǔn)傳輸速率：1200b/s或2400b/s，實(shí)際使用的是1364b/s（每秒45.45幀，每幀時(shí)間為22.0ms）或2250b/s（每秒75幀，每幀時(shí)間為13.33ms）。Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)術(shù)消息經(jīng)加密后，以24bit數(shù)據(jù)為一組送入數(shù)據(jù)終端設(shè)備。為了保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性，對(duì)這組24bit進(jìn)行（30，24）的漢明糾錯(cuò)編碼，編碼后的戰(zhàn)術(shù)消息再進(jìn)行調(diào)制。Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈的單音頻譜如圖3.2所示。Link-11數(shù)據(jù)鏈數(shù)據(jù)位置和單音編號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖3.3所示。Link-11數(shù)據(jù)鏈實(shí)際中，Link-11數(shù)據(jù)鏈通過無線電臺(tái)發(fā)送的音頻信號(hào)是包含編號(hào)為1的605Hz在內(nèi)的16個(gè)單音頻率的組合波形，只是605Hz作為多普勒單音不進(jìn)行調(diào)制，而由其他15個(gè)單音進(jìn)行π/4-DQPSK調(diào)制。經(jīng)多音調(diào)制后的信號(hào)，再通過短波HF或超短波UHF兩個(gè)頻段進(jìn)行高頻調(diào)制。使用短波頻段時(shí)，采用調(diào)幅技術(shù)，使用單邊帶抑制載波（SSB）調(diào)制方式；使用超短波頻段時(shí)，采用調(diào)頻（FM）技術(shù)。Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈采用有中心結(jié)構(gòu)進(jìn)行組網(wǎng)，圖3.4是其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的示意圖。Link-11數(shù)據(jù)鏈Link-11數(shù)據(jù)鏈的消息格式Link-11數(shù)據(jù)鏈采用北約標(biāo)準(zhǔn)STANAG5511（相應(yīng)的美軍軍標(biāo)為MIL-STD-6011）規(guī)定的M系列消息格式。Link-11數(shù)據(jù)鏈的所有信號(hào)都以幀為單位進(jìn)行傳輸。每30bit為一幀，每幀中有6bit用于誤碼檢測(cè)和校正，剩余24bit用于傳送戰(zhàn)術(shù)信息。Link-11數(shù)據(jù)鏈03Link-22數(shù)據(jù)鏈隨著現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的變革和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，曾經(jīng)在戰(zhàn)場(chǎng)上大顯身手的Link-11數(shù)據(jù)鏈已不能滿足作戰(zhàn)的需求。為此，美國(guó)及北約在20世紀(jì)90年代啟動(dòng)了改進(jìn)型Link-11數(shù)據(jù)鏈研制計(jì)劃，即Link-22數(shù)據(jù)鏈。Link-22數(shù)據(jù)鏈支持Link-11數(shù)據(jù)鏈的戰(zhàn)術(shù)功能，但在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和通信傳輸體制上有較大變化，系統(tǒng)性能顯著提高。本節(jié)重點(diǎn)介紹Link-22數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)特性、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、工作模式等內(nèi)容。Link-22數(shù)據(jù)鏈Link-22數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)特性Link-22數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N抗干擾、保密可靠、靈活機(jī)動(dòng)的中速率戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，它執(zhí)行北約研制的接口標(biāo)準(zhǔn)，旨在滿足在多種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)系統(tǒng)之間交換戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)。裝備Link-22數(shù)據(jù)鏈的平臺(tái)單元稱為NILE單元，簡(jiǎn)稱NU。Link-22數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)荓ink-11數(shù)據(jù)鏈的改進(jìn)和提升，不論在參與單元數(shù)量、跟蹤航跡數(shù)量與精度、抗干擾能力、系統(tǒng)報(bào)警或反應(yīng)時(shí)間等諸多方面都有顯著提高。Link-22數(shù)據(jù)鏈工作頻段與作用距離；戰(zhàn)術(shù)消息傳輸能力；調(diào)制編碼方式；組網(wǎng)方式；消息格式。Link-22數(shù)據(jù)鏈表3.2列出了Link-22數(shù)據(jù)鏈與Link-11數(shù)據(jù)鏈消息特性比較。Link-22數(shù)據(jù)鏈Link-22數(shù)據(jù)鏈的系統(tǒng)組成，如圖3.11所示。Link-22數(shù)據(jù)鏈Link-22數(shù)據(jù)鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)Link-22數(shù)據(jù)鏈采用時(shí)分多址（TDMA）訪問協(xié)議構(gòu)建數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)；同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)TDMA協(xié)議，按需為L(zhǎng)ink-22數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)內(nèi)單元分配信道資源。Link-22數(shù)據(jù)鏈Link-22數(shù)據(jù)鏈的“網(wǎng)絡(luò)循環(huán)結(jié)構(gòu)”如圖3.12所示，圖中數(shù)據(jù)鏈網(wǎng)絡(luò)有5個(gè)NU單元。Link-22數(shù)據(jù)鏈超網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)連接可采用三種主要配置模式，即子網(wǎng)絡(luò)配置、網(wǎng)絡(luò)全部重疊和網(wǎng)絡(luò)部分重疊，如