國外無人機數據鏈發(fā)展現狀及其干擾技術

楊會軍，王 琦

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

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國外無人機數據鏈發(fā)展現狀及其干擾技術

楊會軍，王 琦

(中國航天科工集團8511研究所，江蘇 南京 210007)

無人機數據鏈是飛行器與地面系統(tǒng)聯系的紐帶。介紹了國外無人機分類及其數據鏈的發(fā)展現狀，根據無人機數據鏈的特點，分析了無人機數據鏈干擾技術。

數據鏈；干擾；無人機

0 引言

無人駕駛飛機簡稱無人機(UAV)，它體積小、造價低、使用方便，對作戰(zhàn)環(huán)境要求低，戰(zhàn)場生存能力強。在最近幾場局部戰(zhàn)爭中，無人機以其準確、高效和靈便的偵察、干擾、欺騙、搜索、校射等多種作戰(zhàn)能力，發(fā)揮了顯著作用，被廣泛應用于軍事偵察、快速打擊、實時監(jiān)控等領域。無人機數據鏈是情報偵察數據鏈的一種，用于傳遞地面遙控指令，遙測接收無人機飛行狀態(tài)信息和傳感器獲取的情報數據，具有傳輸速率高、傳輸距離遠、系統(tǒng)容量大、抗干擾和抗截獲能力強等特點[1-2]。本文介紹了國外無人機數據鏈的發(fā)展現狀，根據無人機數據鏈的技術特點，分析了無人機數據鏈干擾技術。

1 國外無人機數據鏈發(fā)展現狀

1.1 國外無人機的分類

北約按飛行高度和續(xù)航時間把無人機分為3類：戰(zhàn)術無人機(低空，一般低于4572m，短航時)、中空長航時無人機(中等高度，一般在3048～15240m之間，長航時)、高空長航時無人機(高空，一般在13716m以上，長航時)。美國防部按飛行高度和作用范圍將無人機分為5類，如表1所示。

表1 美軍無人機路線圖2009～2047中對無人機的分類[3]

高空長航時無人機主要用于替代傳統(tǒng)的戰(zhàn)略偵察機，其飛行高度和續(xù)航時間與有人偵察機接近，目前服役的高空長航時無人機的典型代表是美空軍的RQ-4“全球鷹”無人偵察機。“全球鷹”無人機裝備了兩種視距數據鏈和兩種衛(wèi)通數據鏈，其中視距數據鏈采用有人駕駛飛機上應用的通用數據鏈[4](簡稱CDL)。

中空長航時無人機(如RQ-1“捕食者”無人機)飛行高度較高，續(xù)航時間長，能執(zhí)行較為復雜的任務，為戰(zhàn)術作戰(zhàn)任務提供更佳的支持。中空長航時無人機一般配備視距和超視距衛(wèi)通數據鏈，其中視距數據鏈采用美軍和北約認可的戰(zhàn)術通用數據鏈[5](簡稱TCDL)。

低空戰(zhàn)術型無人機(如RQ-11B“烏鴉”無人機)多為特定用途的專用無人機，其作用距離一般僅在視距范圍內，多采用定制視距據鏈，一般不裝備衛(wèi)通鏈路。

1.2 無人機數據鏈研究現狀

1.2.1 通用數據鏈(CDL)

美軍于1991年發(fā)布的CDL標準不僅確立CDL為美軍各種寬帶數據鏈的標準，而且為CDL系列數據鏈確立了包含5類數據鏈系統(tǒng)的CDL體系架構。1994年美軍發(fā)布的《戰(zhàn)術數據鏈發(fā)展戰(zhàn)略》將原來CDL只用于傳輸未處理數據的定義擴展到也可傳輸處理過的數據，進一步拓展了未來CDL的應用空間。

CDL是一個全雙工、抗干擾、點對點的寬帶微波通信系統(tǒng)，工作在X/Ku頻段。主要用于實現ISR平臺與地面站及其他作戰(zhàn)節(jié)點間的情報數據交換。其上行鏈路工作速率可達200kbps，并且有可能高達45Mbps，下行鏈路可選工作速率可達10.71～45Mbps、137Mbps及274Mbps。CDL共定義了5種類型的鏈路，分別適用于視距內，或經由中繼進行超視距的不同數據傳輸，如表2所示。

表2 CDL標準定義的五類數據鏈[5]

1)標準型CDL

標準型CDL的上下行鏈路為非對稱鏈路，上行鏈路有200kbps和10.71Mbps兩種標準的可選傳輸速率；而下行鏈路則有10.71Mbps、137Mbps和274Mbps及近期新增的2Mbps和45Mbps五種標準可選速率。

2)先進CDL

先進CDL承擔空-空-地和空-空之間的情報偵察數據傳輸，上鏈的傳輸速率在200kbps～68Mbps之間，下鏈的傳輸速率在10kbps～274Mbps之間，裝備的偵察平臺主要有U-2偵察飛機、F-16戰(zhàn)斗機“戰(zhàn)區(qū)機載偵察系統(tǒng)”吊艙、RC-135“聯合鉚釘”信號情報偵察飛機、E-8偵察飛機、E-10偵察飛機、E-3預警機等。

3)組網CDL

組網CDL承擔空-空和空-地的數據傳輸，具有多址訪問和共享帶寬能力，支持點對多點數據傳輸結構，最多可同時向50個機載或地面節(jié)點廣播數據。上鏈傳輸速率在10kbps～67Mbps之間，下鏈傳輸速率在10kbps～137Mbps之間。裝備的偵察平臺主要有RC-135“聯合鉚釘”信號情報偵察飛機、E-8偵察飛機、E-10A偵察指揮飛機、E-3預警機、RQ-4“全球鷹”無人偵察機、“護欄”偵察機地面站、陸軍“分布式通用地面站”和空軍“分布式通用地面站”等。

目前美軍正在研制的MP-CDL是典型的組網CDL，是美軍首個網絡化的通用數據鏈，可承擔空-空、空-地和空-星之間情報偵察數據的傳輸，工作頻段為Ku頻段，下鏈的傳輸速率為274Mbps，工作模式包括“網絡廣播”、“點對點”兩種，可同時向32個用戶發(fā)送信息。

4)擴展型衛(wèi)星CDL

擴展型衛(wèi)星CDL是一種多平臺通用的空-星-地數據鏈，上鏈的傳輸速率為200kbps～2Mbps，下鏈的傳輸速率有3種，即274Mbps、50Mbps和3.088Mbps，裝備的偵察平臺主要有U-2偵察飛機、“全球鷹”高空無人偵察機、“捕食者”中高空無人偵察機等。

1.2.2 戰(zhàn)術通用數據鏈(TCDL)

由于CDL終端的質量、體積和價格等因素限制了其在戰(zhàn)術無人機上的應用，1997年美國國防部提出了為戰(zhàn)術無人機開發(fā)戰(zhàn)術通用數據鏈(TCDL)的計劃。TCDL是美軍專門針對無人機的列裝需求，基于標準型CDL數據鏈發(fā)展出來的一種全雙工、抗干擾、寬帶數據鏈，具有成本低、體積小、功耗低等特點，典型應用如“獵人”無人機。TCDL工作在Ku頻段，作用距離最大可達200km，其上行鏈路數據率為200kbps，而下行鏈路數據率為10.71Mbps和45Mbps。

隨著相關技術的快速發(fā)展，TCDL的上下行數據率有望提升到與目前CDL相當的水平。TCDL的上下行鏈路都進行了加密，上行鏈路用于傳輸無人機指控數據，具備抗干擾能力，下行鏈路用于傳輸無人機載傳感器獲得各種情報(如圖像和視頻)和其他相關數據。由于TCDL衍生于CDL，能與CDL互通，避免了在該領域出現“煙囪”系統(tǒng)，這也促使TCDL系統(tǒng)不僅在無人機上廣泛應用，而且也被應用于直升機和固定翼飛機，并發(fā)展出了單兵便攜式等各型終端。

2 無人機數據鏈干擾技術

無人機系統(tǒng)包括指揮控制站、地面數據終端、機載數據終端，無人機數據鏈根據傳輸方向的不同分為上行鏈路和下行鏈路。因此，無人機數據鏈干擾包括對上行鏈路的干擾和對下行鏈路的干擾。對上行鏈路干擾主要用于破壞地面站對無人機的控制，使無人機無法接收到地面站的指控信息，或者對無人機實施欺騙式干擾，使其收到錯誤的控制指令，達到接管無人機控制權的目的；對下行鏈路干擾可以使控制站不能與無人機取得聯系，無法對無人機進行實時監(jiān)控，迫使無人機因無法接收到指令而不能繼續(xù)執(zhí)行任務，還可以冒充敵無人機向地面站發(fā)送虛假信息實施欺騙干擾，造成其行動和判斷的錯誤。

根據干擾和數據鏈信號的頻譜相對關系，無人機數據鏈干擾分為瞄準式干擾和攔阻式干擾，瞄準式干擾包括強制瞄準式干擾和跟蹤瞄準式干擾；攔阻式干擾包括跟蹤攔阻式干擾和全面攔阻式干擾。無人機數據鏈多采用跳頻通信、直接序列擴頻通信來達到抗干擾的目的，因此需要重點研究跳頻/擴頻通信干擾技術。

1)跳頻干擾技術

若已經掌握了敵方無人機的跳頻圖案，可采用強制瞄準式干擾。干擾頻率和通信頻率同步變化，不僅可進行實時偵收，獲取信息，還能迅速、有效地干擾；若不能掌握敵方跳頻圖案，可采用跟蹤瞄準式干擾。通過對欲干擾的跳頻信號偵收、分選，確定出特定信道的跳頻通信信號，并對其實施引導的瞄準式干擾。跳頻通信的頻率跟蹤式干擾要求跟蹤跳頻信號的頻率變化，以保證大部分干擾功率能夠進入目標信道，干擾信號在一個載頻上的干擾時間不少于信號駐留時間的一半時干擾才有效。

對高速跳頻通信無法實施有效跟蹤干擾，也不知道敵方跳頻圖案時，可采用攔阻式干擾。攔阻式干擾是在某一給定的頻段上同時施放干擾信號，對該頻段上的所有信道進行全面壓制的一種干擾方式，其干擾頻譜寬度大于或遠大于信號帶寬，干擾信號可覆蓋一個或多個通信信道。

2)直接序列擴頻干擾技術

對直擴通信進行瞄準式干擾的關鍵是要全面掌握直擴信號的特征，包括載頻、偽隨機序列碼的碼型、長度、速率和傳輸帶寬等技術參數，然后就可以用這些技術參數來調制干擾信號，使得進入接收設備的干擾信號與通信信號的載頻重合、波形一樣、頻譜寬度吻合、偽隨機序列碼的碼型和速率相同，接收設備的窄帶濾波器和解擴器就無法抑制干擾信號。

在實際干擾時，經過對直擴信號的檢測和載頻估計，只要掌握部分信號特征就可以引導干擾機對直擴通信進行攔阻式干擾。例如，當知道直擴通信采用的偽隨機序列發(fā)生器時，可以用該發(fā)生器的偽碼序列調制干擾，估計通信信號載頻、碼率和帶寬，偽隨機碼序列的相關性越大，干擾效果越好；若僅掌握直擴信號的載頻，可實施窄帶攔阻式干擾，也可取得一定的干擾效果；當對直擴信號的技術參數一無所知時，可采用均勻頻譜的寬帶攔阻式干擾，只要干擾帶寬覆蓋信號帶寬就可以了，但此時所需干擾功率較大。采用梳狀譜攔阻式干擾，可在保證干擾效果的情況下適當降低干擾功率。

3 結束語

無人機數據鏈是無人機的重要組成部分，是飛行器與地面系統(tǒng)聯系的紐帶。本文介紹了國外無人機數據鏈的發(fā)展現狀，根據無人機數據鏈的特點，分析了無人機數據鏈干擾技術?！?/p>

[1] 黃永兢, 王玉文, 黃超，等. 基于QualNet的無人機數據鏈時延仿真[J]．電訊技術, 2012, 52(7): 1210-1215.

[2] 霍元杰. 網電空間下的數據鏈對抗技術及發(fā)展趨勢[J]. 電訊技術, 2013, 53(9): 1243-1246.

[3] Department of Air Force. United States air force unmanned aircraft systems flight plan 2009-2047[R]. ADA505168. Washington DC: Department of Air Force, 2009.

[4] 陳穎, 鄧潔, 許林. 美軍戰(zhàn)術通用數據鏈的發(fā)展[J]. 電訊技術, 2007, 47(1):1-3.

[5] 徐朝暉. 美軍UAV戰(zhàn)術通用數據鏈[J]. 艦船電子工程, 2009, 29(3): 21-24.

Foreign development status of UAV data link and its jamming technology

Yang Huijun, Wang Qi
(No. 8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

UAV data link is the bond that connects with UAV and ground systems. Foreign UAV classification and the development status of data link are introduced. Jamming technology of UAV data link is analyzed according to the characteristics of UAV data link.

data link;jamming;UAV

2016-06-07；2016-08-23修回。

楊會軍(1979-)，男，高工，博士,主要從事電子對抗技術研究。

TN975

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