整理16号数据链Link16及其应用.docx

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整理16号数据链Link16及其应用

（完整版）16号数据链（_Link_16）及其应用

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16号数据链（ Link16）及其应用

1。

数据链的定义与作用

2。

Link16发展历程

3。

Link16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

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

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。

Link16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）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Seekbus

（2）1974年～1983年

成立JTIDS联合办公室

研制成功并开始装备JTIDS1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

采用JTIDS临时消息规范（IJMS）

图1北约对华约区域的监视

图2E—3A与地空导弹防空

（3）1980年～1993年

JTIDS2类端机的研制与作用

战斗机集成

Link16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

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,F—14,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5000架战斗机

北约3000架战斗机

（5）Link16在现代战争中的地位

Link16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Link16政策（1994年）:

“指定美国同意的Link16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

海军

陆军

海军陆战队

F—15

F-16

JSTARS（E-8A）

AWACS（E-3A）

模块化控制设备（MCE）

机载战场指挥控制中心（ABCCC）

F-14D

F/A—18

E-2C

宙斯顿导弹巡洋舰

宙斯顿导弹驱逐舰

核动力航空母舰

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）

TornadoF3

猎迷

AWACS

法国

AWACSRAFALE战斗机

德国

爱国者导弹

荷兰

爱国者导弹

3。

Link16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

511C

图5JTIDS/MIDS时分结构

（2）JTIDS/MIDS信息池

图6JTIDS/MIDS信息池

（3）脉冲信号、跳频与频谱

图7脉间跳频

960MHz～1215MHz51个频点

相邻频点间隔3MHz，相邻脉冲间隔≥30MHz

图8JTIDS/MIDS信号频谱

（4）单脉冲符号和双脉冲符号

图9单脉冲符号和双脉冲符号

（5）消息封装

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SMP128×93×5＝59.52kbps抗干扰能力最强

最大P4SP128×372×5＝238。

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。

（11）直接序列扩频

每个脉冲宽度6。

4μs载有5bit信息.如果用5位二进制码实现，则每位宽度为6.4/5＝1。

28μS，对应信号带宽0。

78MHz。

现在用32位来实现，则每位宽度0。

2μs,对应信号带宽5MHz。

这样，直序扩频比为5/0.78＝6.4，产生

的抗干扰增益

（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STANAG4175P.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。

（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SMP93个，D2SP和P2DP2×93个,P4SP4×93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）ReedSolomon编码的

字1字2字3

信息

符号数

总符

号数

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≤16/2＝8个时,抹去数≤16个时还能恢复正确数据.

（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。

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

字3

31个符号

字1

31个符号

字2

31个符号

报头

16个符号

图13符号交织

（18）单网和多网

由于JTIDS/MIDS有强的抗干扰能力，允许15～20个网在同地区同时工作,扩大系统容量，网号在0~127中选取，不同网网号不同,其跳扩频图案也不一样。

图14单网和多网的结构

（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

基码加密

跳频加密

交织起点选定

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8个加密变量

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15JTIDS/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NTR

NTR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）入网与粗同步

粗同步的误差:

信号传播时间ε

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

同步等级

均方根差（ns）

≤50

≤71

≤100

≤141

≤200

≤282

≤400

≤565

≤800

≤1130

≤1600

≤2260

≤4520

≤9040

≤18080

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

（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

图18多边定位法

（30）卡尔曼滤波器（16维）

图19导航卡尔曼滤波器工作过程

卡尔曼滤波器根据TOA-

（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

均方根差（m）

≤22

≤30

≤43

≤61

≤86

≤122

≤172

≤244

≤345

≤488

≤690

≤1379

≤2759

≤5517

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

位置误差方差（m）

≤15

≤22

≤30

≤43

≤61

≤86

≤122

≤172

≤244

≤345

≤488

≤690

≤1379

≤2759

≤5517

（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：

30～90m

（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）Link16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）Link16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

相对导航支持实时态势图形成

保密话音补充数据交换能力

（3）Link16的功能与作战任务的关系

任务

战术

数据交换功能

空降作战

空战

地空导弹防空作战

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

搜索与救援

舰一岸移动

位置与识别（PPLI）和状态报告

目标监视

空中

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

Link16战术数据交换功能由传送一系列消息来实现

（4）Link16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，其中n叫消息标签，m叫消息子标签

（5）J系列消息及其反应时间表

消息标识

消息名称

反应时间（秒）

J0.0

初始入网

J0.1

测试

J0.2

网络时间更新

J0。

时隙分配

J0。

无线中继控制

J0.5

多次中继控制

J0。

通信控制

J0。

时隙再分配（竞争接入）

J1.0

连通询问

J1。

连通状态

J1。

路由建立

J1。

回执

J1。

通信状况

J1.5

网络控制初始化

J1.6

需求线参与组分配

J2。

间接接口单位PPLI

J2.2

空中平台PPLI

J2.3

水面平台PPLI

J2.4

水下平台PPLI

J2。

陆地点PPLI

J2.6

陆地航迹PPLI

J3.0

基准点

J3。

应急点

J3.2

空中航迹

J3.3

水面航迹

J3.4

水下航迹

J3。

陆地点/航迹

J3。

空间航迹

J3.7

电子战产品信息

J5.4

声方位/距离

J6.0

情报信息

1～60

J7。

航迹管理

J7.1

数据更新请求

J7。