16号数据链(_Link_16)及其应用

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6Link16小结11.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22.Link16发展历程(1)19651973年联合战术信息分发系统(JTIDS)酝酿阶段要求(1)(2)(3)(4)要能对已方单位作明确的肯定识别(5)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)19741983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3采用JTIDS临时消息规范(IJMS)图1北约对华约区域的监视4图2E-3A与地空导弹防空(3)19801993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2.622.60倍5图3战斗机显示画面图4战斗机空空作战62类端机的装备美国海军的E-2F-142H与2M类端机2(4)19901999年美国——北约的共同利益多功能信息分发系统(MIDS)的研制至20155000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(6)美国——北约国家JTIDS/MIDS装备平台7国别装备平台美国空军海军陆军海军陆战队F-15F-16JSTARS(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-14DF/A-18E-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83.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——系统时图5JTIDS/MIDS时分结构(2)JTIDS/MIDS信息池图6JTIDS/MIDS信息池511B31C1B611234111112124562600164121112.512.8511A2OBOC1A115367.8125每秒=128时隙511C63OA9(3)脉冲信号、跳频与频谱图7脉间跳频960MHz1215MHz51个频点相邻频点间隔3MHz30MHz图8JTIDS/MIDS信号频谱14点5点32点969MHz1008MHz1053MHz1065MHz1113MHz1206MHzf1f2f3f46.46.66.46.46.66.66.413μs13μs13μsf1f2f3f46.46.66.46.46.66.66.413μs13μs13μs10(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6.66.46.66.46.46.6单脉冲符号双脉冲符号11(6)作用距离300海里(550公里)500海里(920公里)(7)脉冲调制信号325bit信息(8)网络吞吐率(消息本体)最小SMP128×93×559.52kbps抗干扰能力最强最大P4SP128×372×5238.8kbps抗干扰能力最弱(9)抗干扰措施(共7项)(10)跳频速率达76923次/)(175110dBlg(11)直接序列扩频每个脉冲宽度6.4μs载有5bit信息。如果用5位宽度为6.4/51.28μS0.78MHz。现在用32度0.2μs5MHz5/0.786.4)(8610dB.4lg(12)发射时间抖动的时间以攻击信号同步头根据STANAG4175P.A.487级和8860Km和775Km距离相对应的传播保护时间应为≥2.8667ms和2.5833ms。而按SMP和P2SP+传播保护时间=4.4585ms7和81.5918ms和1.8752ms。由于粗同步头+精同步头的持续时间只有0.52ms抖动延迟范围相对是较大的。12(13)双脉冲符号并不影响数据的接收。(14)纠错编码各种消息封SMP93D2SP和P2DP2×93P4SP4×9393符号又由3个3131符号称作一个字。(15)每个字中只有1516个字是(3115)ReedSolomon编码的字1字2字3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≤16/2816个时还能恢复正确数据。(16)报头符号数为167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≤49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716151515313131信息符号数总符号数13图13符号交织(18)单网和多网由于JTIDS/MIDS15200127样。图14单网和多网的结构0151646477778108发射顺序交织符号发射顺序242962831046279210307023报头16个符号字131个符号字231个符号字331个符号14(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)KGV-8/TSEC8个加密变量24小时或7天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MSECTRANSEC15图15JTIDS/MIDS信号产生过程(22)保密和抗干扰数字话音PDSP和P2DP16kbps(CVSD调制)14.5%单网容量(每帧224时隙)2.4kbps(LPC标准)2.18%单网容量(每帧33.6时隙)PTT工作方式(23)网络时间基准(NTR)NTR。NTRNTRNTR要每12秒发射一次入网消息(发射的信号均不相同)(24)入网与粗同步16图16粗同步的误差系统可指定一些非NTR端机(IEJU)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(25)精同步和同步保持(RTT)用(26)时间同步等级同步等级1514131211109876543210均方根差(ns)≤50≤71≤100≤141≤200≤282≤400≤565≤800≤1130≤1600≤2260≤4520≤9040≤18080≤18080NTR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12S12S12SεNTR发射的入网消息非NTR端机接收到的入网消息17粗同步头精同步头报头时间品质海拔高度高度品质纬度经度航向速度U坐标V坐标β角……地理位置品质相对位置品质相对方位品质(28)RTT精同步法RTTPPLI4(施予者)图17RTT精同步方法(29)导航的定义(TOA)测量是JTIDS/MIDS实现相对导航的基础之一18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-R?(观测量)(31)定位品质的等级相对坐标系定位品质等级1514131211109876543210均方根差(m)NC≤22≤30≤43≤61≤86≤122≤172≤244≤345≤488≤690≤1379≤2759≤5517≤5517可见在等级10100m际用的是精度较高的情况。端机1的PPLIPPLIPPLITOATOATOA1的PPLIPPLIPPLITOATOATOA惯性导航系统导处理航器导航输出卡尔曼滤波器定位源TOAR?19(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)≤15≤22≤30≤43≤61≤86≤122≤172≤244≤345≤488≤690≤1379≤2759≤5517≤5517(35)NTRNC(36)JTIDS/MIDS导航图20图20JTIDS/MIDS导航图(37)JTIDS/MIDS导航精度多径。GDOP源。CEP3090m(38)导航到数据登录中的应用本地航迹——远端航迹传感器误差数据处理误差()远端单元误差PPLI消息中报告的位21置相比较找出传感器误差。(39)识别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。4.J系列消息(1)Link16是为高技术局部战争而研发的系统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()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22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种每一条消息由Jn,mnm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10J0.1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1023J0.6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PPLI10J3.0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