卫星数据链技术发展研究

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卫星数据链技术发展研究

尤静

（中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄０５００８１）

[摘要]卫星数据链是将战场情报、指挥等信息以格式化形式通过卫星传输的一种手段，是提升作战效能的重要途径。简

要介绍了国外卫星数据链的发展概况，以及美军近年来为了整合、统一数据链标准方面作出的调整，提出了在宽带传输、作战协同以及信息分发等方面卫星数据链的发展设想，最后针对数据链的特点，提出了采用ＭＦ－ＴＤＭＡ技术解决宽带传输、灵活组网、广播分发等应用需求中的优势。

[关键词]卫星数据链发展ＭＦ－ＴＤＭＡ

文章编号：１００８－１７３９（２０１２）２１－５８－４

中图分类号：TN927文献标识码：A

DevelopmentResearchofSatelliteDatalink

YOUJing

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei，050081)

Abstract：Thesatellitedatalinkisanimportantmeansoftransmittingformattedbattlefieldintelligenceandcommandinformationviasatellite,itisanimportantapproachofimprovingoperationaleffectiveness,andhasbecomeanimportantcomponentinnetworkcentricwarfare.Thispaperintroducesbrieflythedevelopmentofforeignarmy'ssatellitedatalink,andleadsthatofChineseArmy'ssatellitedatalinkconstructioninwidebandtransmission,cooperativeoperation,informationdistribution,etc.Basedonthecharacteristicsofdatalink,thispaperpresentstheadvantagesofMF-TDMAsystemformeetingapplicationrequirementssuchaswidebandtransmission,flexiblenetworking,broadcastanddistribution,etc.

Keywords：satellite;datalink;development;MF-TDMA

1引言

数据链是一种按规定的消息格式和通信协议，用于实时传输各种战场信息的数据通信系统，数据链的组成3要素是：无线通信设备、无线通信协议和消息格式。从系统构成上，数据链一般都由一个网络控制站和多个用户站组成，数据链信道一般预分配、限定信息类型、统一数据格式、信息表示采用简短而标准化的编码。卫星数据链是指利用卫星通信信道，采用特殊的通信协议和消息格式，实时传递指挥、控制、情报、战场态势等信息，提供面向指挥所、作战和武器平台之间广域链接的数据链系统。卫星数据链具有覆盖范围广、布置迅速、通信容量大、传输信道稳定、支持动中通等特点。卫星所特有的广播特性，在情报和战场态势的广播分发方面具有其它数据链无法比拟的优势；卫星数据链可以把地理上分散的、各种探测器和定稿日期：２０１２－１０－１２

武器系统联系在一起，实现信息共享，实时掌握战场态势，缩短决策时间，提高指挥速度和协同作战能力，以便对敌方实施快速、精确、连续的打击，是有效实施跨海作战和大范围联合作战的重要保障。2国外数据链发展趋势

2.1多链路协同作战

现代战争的发展，作战指挥系统要为战场上的各个作战单元提供完整的战术信息和指挥控制信息，多个数据链通过共享指挥与控制处理器，构成完整的联合数据链体系。美军在不同时期，根据不同作战需要开发了一系列的战术数据链，但是新的数据链出现并不能完全替代旧的数据链，需要在相当长的一段时间内他们是共存的；同时，由于技术原因和作战应用对象的不同，没有一种数据链能够满足所有作战要求，于是《计算机与网络》2012年第21期

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就形成了当前多种数据链链路并存的局面。而且，数据链的更新必须要引起指挥自动化系统的更新，这是一个渐进的过程。因此多链路协同作战的状况在美军未来一定时期内存在。目前美军主要通过数据转发和网关来改进数据链之间的互通，以此实现多链路的协同作战[4]。典型的网关系统有三军使用的防空系统集成器（ADSI）、美空军提出的\"空中互联网\"和多战术数字信息链路处理器（MTP）。频段的DAMA，延伸JTIDS传输距离，提供一个以卫星为中继的超视距链路。美国空军为解决JTIDS在进行中继或超视距传输时大量占用有限数量时隙，实施了联合距离扩展计划（JRE），目的是提供一种不同于MIDS/JTIDS的J系列LINK16号链路的信息交换媒体以达到超视距扩展通信距离的目的。卫星战术信息广播系统（TIBS）专门向战区指挥官提供UHF保密数据链，利用卫星中继以实现超视距的战术态势图像数据传输，具有卫星转发和卫星广播两种工作方式，传输速率最高可达19.2kbps[3]。另外，英国海军为Link16提供超视距传输而研制了卫星战术数据链STDL，该数据链是一个近实时的战术数据链系统，采用了SHF频段的TDMA卫星通信多址方式,具有3种工作方式：网络方式、广播方式和转发方式。2.2统一数据链格式化消息标准

美军经历50余年，先后研制装备了40余种数据链系统，形成了适应信息化作战需要的、通专结合、远近覆盖、保密、抗干扰、多频段数据链装备体系。然而不同的数据链采用的报文标准不同，他们之间是不能直接互通。为了实现互通，美军一方面通过统一各数据链标准、采用单一系列终端来整合原来各军种开发的互不兼容的\"烟囱式\"系统，使传统的战术数据链系统向J序列战术数据链转移，实现战场上的战术信息的无缝交换[5]；另一方面是强调采用商用现成产品、模块化结构和软件可编程方法来降低成本、缩短研制周期、提高数据链终端的通用性和可扩展性。4关于卫星数据链建设的几点设想

卫星数据链的发展应纳入数据链的统一发展规划中，卫星数据链并不于其它数据链，而是与其它数据链紧密有机的结合。数据链从点到点的数据链路向网状数据链路发展，传输媒介包括短波、超短波、微波、卫星等多种手段。从应用角度来看卫星数据链是其中的重要组成部分。卫星数据链的发展受到空间通信技术、航天技术、用户需求等多方面因素的影响，已建成多个系列的卫星通信应用系统、中继系统、低轨卫星星座，为卫星数据链的建设打下了基础。卫星数据链将各种卫星通信系统进行有效融合，从而形成2.3构成一体化数据链作战体系

美军将数据链作战体系分为3个层次，整个体系在统一的网管下工作。最底层是各军种本身的为一个局域服务的数据链；中层为Link16数据链，它把局域数据链联成统一的数据链，把三军数据链联系在一起；上层为远距离数据链，即使用卫星把各个Link16数据链链接起来，也采用Link16数据链的报文标准和结构，保障了全球作战范围的覆盖。3卫星通信在国外数据链中的作用

为了达到全球战略的目标，美军提出了借助于卫星通信远距离传输信道，构建一体化数据链的构想，满足现代战争对战术数据传输速率、距离、容量的日益提高的要求。美国国防部公用数据链（CDL）的新一代链路中使用了卫星通信手段，即SeniorSpan和SeniorSpur。SeniorSpur工作于Ku频段。SeniorSpan（SADL，SPANAirborneDataLinksystem）系统使用DSCS-II/III卫星的X波段[1]。公用数据链第4、5号链路使用卫星中继，部分使用了第二或第三代国防卫星通信系统即DSCS-2或DSCS-3中继，部分使用低轨卫星中继。多平台通用数据链（MP-CDL）为美国空基IP网络提供一个高数据速率的网络化通信环境，部署在全球鹰、掠夺者、U2等空中平台，工作于X、Ka、Ku频段，通过卫星提供高达274Mbps的情报侦察传输链路，具有很强的抗干扰能力[2]，美国防部将可能使用全球宽带卫星（WGS）为全球鹰提供服务。美国海军为舰艇配备的战术数据链S-TADILJ，采用了UHF一个完整的空间通信信息传输网络，完善卫星侦察手段，解决广域各军兵种、指挥平台和武器系统之间的信息共享和作战指挥控制成为研究开发卫星数据链的巨大动力。4.1宽带卫星数据链

宽带卫星数据链以传输全球覆盖下的侦察信息为主，主要包括星-星-地宽带数据链、星-地宽带数据链、空-星-地宽带数据链，如图1所示。图１宽带卫星数据链示意图2012年第21期《计算机与网络》

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星星-星-地宽带数据链利用运行在低轨的侦察卫星获取的信息，通过同步轨道的中继卫星传送到地面或空中用户，实现24h不间断的侦察情报的传输。星-地宽带数据链由侦察卫星直接将获得的图像等数据传输给地面，然后分发给用户。空-星-地宽带数据链指的是空中侦察平台，如预警机、侦察飞机等所接收的数据，通过卫星的超视距传输传输到地面。多种平台构成的宽带卫星数据链应着重开展统一各种宽带数据链之间的互操作协议标准、制定消息格式标准、制定传输协议标准等工作，形成一个一体化的统一的侦察体系。包括传输波形、数据链路协议、通信组网形式等内容。从传输技术、链路层、网络层分别加以约束。在MF-TDMA系统的设计中，基本帧结构设计影响到系统的效率、初始捕获的建立，突发同步保持等各个环节。TDMA帧是指TDMA系统发送或接收突发数据的基本时间周期，由TDMA系统各站的突发时隙组成，这些时隙根据其突发数据的不同，分为参考时隙、申请时隙、测距时隙、专用时隙及业务数据突发时隙等不同的种类，如图2所示。当系统中一个载波无法满足通信容量的需求时，MF-TDMA系统可以通过增加载波数进行扩容，在多载波情况下，系统必须使用多载波帧结构，系统中1个载波为主载波，主载波上发送参考和申请及测距信息，其它载波为业务载波。4.2作战协同卫星数据链

作战协同数据链主要基于某战斗群的综合数据链。接收舰艇、飞机等战斗群中各个成员雷达所获得的目标数据，并形成一个统一的目标，可对目标进行跟踪识别。同时向战斗群中的各个成员提供相应的数据，利于各舰艇、飞机共享资源，快速捕获目标，实施打击。作战协同卫星数据链用于扩展作战协同数据链作战保障范围，提供高速率目标态势数据，精确度高，可直接接入武器平台。图２ＭＦ－ＴＤＭＡ模式帧结构根据卫星数据链的特点，可以对常规的MF-TDMA系统进一步改进以适应具体需求的变化。4.3信息分发卫星数据链

利用卫星的广播特性，实现的战场态势信息的分发。中心站通过卫星或地面链路搜集到大量的战场信息，采用广播的方式发送到远端的接收站，接收站采用有条件接收方式，获得本站所需的信息。远端接收站可有两种形式，一种是单纯接收态势信息用于自身行动指导的站型，另一种是可将收集到的情报、战场态势信息通过返向链路回传给中心站的双向通信的站型。通过卫星中继，实现大范围的战场态势信息的分发。同时也可以通过综合网/链关等网/链间转换设备，将其它各种数据链的信息落地后的再进行转发，实现与各种数据链的链接。①主参考站的改进：数据链是一种无中心、自组网的网络结构，根据系统设计特点，在MF-TDMA系统中的各个站都配置帧计划单元，使各站在网中的地位相同，预设主参考站的顺序，如预设顺序为1、2、3……，首先默认1号站为主参考站，其它站以1号站为时钟基准，当1号站被毁或出现故障时，2号站自动升为主站，以此类推，这种配置网络不再依赖于某一个站，大大增强了系统的抗毁性。②帧结构的改进：为了使用数据链信息的快速、准确的传输要求，在设计MF-TDMA系统时刻灵活设置帧结构中的时隙，固定与动态分配相结合。在特殊应用中，固定时隙对应固定的站，减少了帧计划分配的过程，增强了对数据链信息的5MF-TDMA技术在数据链中的

应用特点

基于以上卫星数据链的发展分析，采用MF-TDMA技术是解决卫星数据链建设的重要手段之一。MF-TDMA系统是一种高效的FDMA(频分多址)和TDMA(时分多址)相结合的技术，它支持全网状网络拓扑，可在所有节点之间提供单跳的卫星联接，具有传输速率高、性能稳定等特点，适应于空、地、舰船等大地域范围内依据任务特性灵活组网应用。[6]快速响应能力，为了避免固定时隙分配造成的资源浪费，可以通过提高网管中心对网络管理进行弥补。6结束语

卫星数据链是数据链作战体系中非常重要的一个环节，是拓展作战区域必不可少的手段。卫星数据链的发展，采取统一规划，分步实施的方针，合理制定卫星数据链的发展规划，重点解决卫星资源管理、互联互通、数据链终端小型化、通用化等关键技术，建立多种频段、多种品种、多种的相互结合和补充的卫星数据链的体系结构，充分利用在卫星通信系统建设方面的发展，借鉴国外相关技术的经验，有力地提升卫星数据链的作用。MF-TDMA系统组网形式包括星状网、网状网、混合组网，全网由主站向全网发送参考信号，小站按照主站下发的参考和帧计划在分配给本站的时隙内向其它站发送突发信息。《计算机与网络》2012年第21期

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技术，２００７，，４７（３）：９－１４．

参考文献［４］孙义明，杨丽萍．信息化战争中的战术数据链［Ｍ］．北京，北京

邮电大学出版社，２００５．

［１］刘红军．美军公用数据链发展概述［Ｊ］中国电子科学研究院

学报，２００８，１２（６）：６０８－６１２．

［５］刘洁，张勇丁，刘东红等．战术数据指挥系统格式化消息标准

研究［Ｊ］２０１１，（８）：１２３－１２７．

［２］金连友．外军宽带数据链发展综述［Ｊ］无线电通信技术２００８，（３）：３２－３４．

［３］刘红军，汪桂华．美军战场情报广播数据链体系探析［Ｊ］电视

［６］郝学坤，孙晨华，李文铎．ＭＦ－ＴＤＭＡ卫星通信系统技术

研究［Ｊ］无线电通信技术，２００６，（０５），１－３．

三大趋势六亮点2013中国ICT产业有看头

2012是中国十二五计划开基之年，2013则是领导人换届的开始，不论从经济或政治角度来看，都是最重要的事。在此关键时刻，ICT产业发展方向与趋势，更是引领未来五年甚至十年经济发展的重要脉络之一。拓墣产业研究所预测，尽管全球景气低迷，但在庞大市场需求带动下，2013年中国ICT市场不乏亮点，其中以低价智能手机、智能手机相关芯片、智能电视、触控面板、LED照明、电子商务最被看好；而若就整体产业来看，未来五年仍则由智能、节能、效能三大趋势所主宰。大杀手，而RDA还拥有其它手机主芯片厂商所缺乏的PA产品线，在2013下半年RDA即将进入低阶3G智慧机市场的态势下，无疑说明了手机芯片市场的新战局即将开打。电商强者更强后台建设发展仍存空间拓墣指出，2012年中国电子商务（电商）市场包含在线旅游预定、网络购物、企业B2B等，规模约可达78,900亿元人民币，在持续成长下，2013年预料将达101,800亿元人民币，年增长29%。其中，网络购物（B2C）受益于互联网对于传统零售管道的挤压，年成长率高达78%，为市场成长最大驱动力道，而竞争之最，则属网络购物中的电商平台企业之争。拓墣预测，2013年电商平台企业间的价格战将趋平缓，竞争也将从前台的广告、价格、物流、支付等建设，转向后台的云计算、技术、内容、软硬整合等建设。其主因除了电商业者在前台发展已达极致，发挥空间不大之外，后台发展和前台呈现IC产业温和成长手机芯片暗潮汹涌作为全球最大的电子制造业基地，中国IC市场需求巨大，拓墣产业研究所研究经理李永健指出，在移动智能终端、云计算、物联网等新兴产业蓬勃发展时刻，与之相关的各种高性能低耗电处理器、无线通信、电源管理以及高速海量存储芯片市场规模庞大，前景广阔，是强烈对比，无论是云计算、技术、内容、软硬整合等皆处于发展初期，相较于成熟市场如美国仍存有极大差距，因此发展重心的移转，是必然态势。而电商平台在累积海量用户后，将积极开发内容，探索适合的获利模式，并在移动互联网时代来临之际，寻求端与端之间的合作，以提升综合用户体验为核心。预料，2013年IC市场的最大亮点；拓墣预估，2013年中国IC市场规模将呈现温和成长，约为9,300亿元人民币，较2012年的8,600亿元人民币成长8.1%，如果经济大环境及时回暖，则有望迎来10%以上的高成长。面对手机产业的「高规格、低价格」趋势，当地的手机芯片业者也抓紧机遇，急起直追。拓墣分析，以锐迪科（RDA）的积极表现，2012年3月宣布收购基频公司2013年电商行业将强者更强，市场前五名中，阿里巴巴和京东将继续保持领先，腾讯将电商拆分后，也将呈现强大的竞争力。而对于有意抢进中国电商产业的业者，拓墣也提出建议，一是通过电商平台进行销售，提升市场销售额；另一则是打进电商产业链，特别是端与端的合作，与电商平台一起开发内容，探索新的获利模式。为协助企业率先掌握信息，提早拟定或检视既有的投资布局策略，拓墣产业研究所将于2012年10月31日于上海中国电子展会期间，假上海新国际博览中心举办「2013年IT产业大预测研讨会」，现场将由拓墣产业研究所副所长杨胜帆带领两岸研究团队，针对2013年全球科技业发展做全面性的观察，提供对于半导体、Ultrabook、平板、智能手机、新型显示技术、电子商务等，最关键的趋势报告，欢迎各界ICT产业先进莅临指导。Coolsand，如虎添翼，由于高集成度和低成本是RDA的两2012年第21期《计算机与网络》