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數據鏈理論與技術 版權信息
- ISBN：9787030751775
- 條形碼：9787030751775 ; 978-7-03-075177-5
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
數據鏈理論與技術 內容簡介
本教材以“理論研究優選性、技術研究科學性”為基本原則，主要圍繞數據鏈基礎理論和關鍵技術展開，全面系統地介紹了數據鏈的基本原理、系統組成、技術體系架構、關鍵技術（信息傳輸技術、組網技術、網絡管理技術、集成鉸鏈技術、安全保密技術）和數據鏈發展趨勢等基本內容，著重突出近年來課題組在數據鏈理論上的創新成果轉化、梳理數據鏈分層結構中關鍵技術的應用支撐和內在邏輯，形成支撐數據鏈專業方向的專業教材。
數據鏈理論與技術 目錄
目錄
第1章 數據鏈概述 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 產生背景 1
1.1.2 定義與內涵 3
1.1.3 基本分類 9
1.1.4 主要特征 10
1.2 組成功能 12
1.2.1 要素構成 12
1.2.2 主要功能 16
1.2.3 數據鏈系統與其他信息系統的關系 17
1.3 數據鏈技術體系架構 18
1.3.1 數據鏈的關鍵技術 18
1.3.2 分層模型 27
小結 31
思考題 31
第2章 數據鏈信息傳輸技術 32
2.1 數據鏈無線通信信道 32
2.1.1 典型數據鏈傳輸頻段 32
2.1.2 無線信道特性 33
2.2 數據鏈中的調制/解調技術 36
2.2.1 調制/解調的技術演進 36
2.2.2 π/4-DQPSK調制/解調 38
2.2.3 MSK調制/解調 42
2.2.4 8PSK調制/解調 45
2.2.5 數據鏈中調制策略比較 46
2.3 數據鏈中的擴頻調制技術 48
2.3.1 擴頻技術及其理論基礎 48
2.3.2 直接序列擴頻 49
2.3.3 跳頻擴頻 51
2.3.4 跳時擴頻 53
2.3.5 擴頻系統的衡量標準 54
2.4 數據鏈中的編碼/譯碼技術 57
2.4.1 編碼/譯碼的技術演進 57
2.4.2 漢明碼的編碼/譯碼 59
2.4.3 RS碼的編碼/譯碼 62
2.4.4 卷積碼的編碼/譯碼 66
2.4.5 數據鏈中編碼策略比較 70
小結 71
思考題 72
第3章 數據鏈組網技術 73
3.1 數據鏈網絡拓撲結構 73
3.2 多址技術基本原理 74
3.2.1 頻分多址 75
3.2.2 時分多址 77
3.2.3 碼分多址 78
3.2.4 空分多址 81
3.2.5 隨機多址方式 81
3.3 典型數據鏈無線組網技術 84
3.3.1 戰術數據鏈典型組網方式 85
3.3.2 戰術數據鏈的輪詢協議 86
3.3.3 固定分配TDMA協議 89
小結 90
思考題 90
第4章 數據鏈典型波形協議 91
4.1 Link-16波形協議 91
4.1.1 Link-16工作方式 91
4.1.2 Link-16報文處理 98
4.1.3 Link-16同步方式 107
4.1.4 Link-16波形能力 111
4.1.5 Link-16波形特點 112
4.2 Link-11波形協議 112
4.2.1 Link-11系統信號流程 113
4.2.2 Link-11并行波形協議 115
4.2.3 Link-11串行波形協議 122
4.2.4 Link-11并行波形與串行波形比較 128
小結 129
思考題 130
第5章 數據鏈信息融合技術 131
5.1 相對導航 131
5.1.1 相對導航的基本原理與體系架構 131
5.1.2 相對導航軟件功能流程 134
5.1.3 基本相對導航算法 135
5.2 多傳感器數據融合與數據關聯 138
5.2.1 數據融合的定義和通用模型 138
5.2.2 數據融合的分類與技術 140
5.2.3 數據融合的主要內容 142
5.2.4 多傳感器數據關聯時的數據準備 144
5.2.5 多傳感器數據關聯 148
5.2.6 典型數據關聯方法 157
5.3 航跡及其融合 159
5.3.1 航跡管理 161
5.3.2 航跡的初始化算法 164
5.3.3 航跡關聯的方法 167
5.3.4 航跡融合基礎 169
5.3.5 航跡狀態估計融合 171
小結 173
思考題 174
第6章 數據鏈網絡管理技術 175
6.1 網絡設計規劃 175
6.1.1 網絡規劃的基本流程 176
6.1.2 網絡資源分配的基本原理 178
6.1.3 基于優化技術的網絡資源分配方法 180
6.2 網絡監控管理 188
6.2.1 網絡鏈路質量管理 188
6.2.2 成員移動性管理 191
6.2.3 網絡故障管理 191
小結 193
思考題 193
第7章 數據鏈發展趨勢 194
7.1 軍事應用需求牽引 194
7.1.1 新型作戰概念發展需求 194
7.1.2 “多域戰”概念 195
7.1.3 “聯合全域作戰”概念 196
7.1.4 “馬賽克戰”概念 196
7.1.5 新型作戰概念的典型特征 198
7.2 數據鏈能力發展需求 199
7.3 數據鏈技術發展需求 201
7.3.1 信息自動抽取技術 201
7.3.2 機器視覺技術 201
7.3.3 無線電信號識別技術 202
7.3.4 智能輔助決策技術 202
7.3.5 智能運維管理技術 203
7.3.6 認知抗干擾技術 203
小結 205
參考文獻 206
第1章 數據鏈概述 1
1.1 基本概念 1
1.1.1 產生背景 1
1.1.2 定義與內涵 3
1.1.3 基本分類 9
1.1.4 主要特征 10
1.2 組成功能 12
1.2.1 要素構成 12
1.2.2 主要功能 16
1.2.3 數據鏈系統與其他信息系統的關系 17
1.3 數據鏈技術體系架構 18
1.3.1 數據鏈的關鍵技術 18
1.3.2 分層模型 27
小結 31
思考題 31
第2章 數據鏈信息傳輸技術 32
2.1 數據鏈無線通信信道 32
2.1.1 典型數據鏈傳輸頻段 32
2.1.2 無線信道特性 33
2.2 數據鏈中的調制/解調技術 36
2.2.1 調制/解調的技術演進 36
2.2.2 π/4-DQPSK調制/解調 38
2.2.3 MSK調制/解調 42
2.2.4 8PSK調制/解調 45
2.2.5 數據鏈中調制策略比較 46
2.3 數據鏈中的擴頻調制技術 48
2.3.1 擴頻技術及其理論基礎 48
2.3.2 直接序列擴頻 49
2.3.3 跳頻擴頻 51
2.3.4 跳時擴頻 53
2.3.5 擴頻系統的衡量標準 54
2.4 數據鏈中的編碼/譯碼技術 57
2.4.1 編碼/譯碼的技術演進 57
2.4.2 漢明碼的編碼/譯碼 59
2.4.3 RS碼的編碼/譯碼 62
2.4.4 卷積碼的編碼/譯碼 66
2.4.5 數據鏈中編碼策略比較 70
小結 71
思考題 72
第3章 數據鏈組網技術 73
3.1 數據鏈網絡拓撲結構 73
3.2 多址技術基本原理 74
3.2.1 頻分多址 75
3.2.2 時分多址 77
3.2.3 碼分多址 78
3.2.4 空分多址 81
3.2.5 隨機多址方式 81
3.3 典型數據鏈無線組網技術 84
3.3.1 戰術數據鏈典型組網方式 85
3.3.2 戰術數據鏈的輪詢協議 86
3.3.3 固定分配TDMA協議 89
小結 90
思考題 90
第4章 數據鏈典型波形協議 91
4.1 Link-16波形協議 91
4.1.1 Link-16工作方式 91
4.1.2 Link-16報文處理 98
4.1.3 Link-16同步方式 107
4.1.4 Link-16波形能力 111
4.1.5 Link-16波形特點 112
4.2 Link-11波形協議 112
4.2.1 Link-11系統信號流程 113
4.2.2 Link-11并行波形協議 115
4.2.3 Link-11串行波形協議 122
4.2.4 Link-11并行波形與串行波形比較 128
小結 129
思考題 130
第5章 數據鏈信息融合技術 131
5.1 相對導航 131
5.1.1 相對導航的基本原理與體系架構 131
5.1.2 相對導航軟件功能流程 134
5.1.3 基本相對導航算法 135
5.2 多傳感器數據融合與數據關聯 138
5.2.1 數據融合的定義和通用模型 138
5.2.2 數據融合的分類與技術 140
5.2.3 數據融合的主要內容 142
5.2.4 多傳感器數據關聯時的數據準備 144
5.2.5 多傳感器數據關聯 148
5.2.6 典型數據關聯方法 157
5.3 航跡及其融合 159
5.3.1 航跡管理 161
5.3.2 航跡的初始化算法 164
5.3.3 航跡關聯的方法 167
5.3.4 航跡融合基礎 169
5.3.5 航跡狀態估計融合 171
小結 173
思考題 174
第6章 數據鏈網絡管理技術 175
6.1 網絡設計規劃 175
6.1.1 網絡規劃的基本流程 176
6.1.2 網絡資源分配的基本原理 178
6.1.3 基于優化技術的網絡資源分配方法 180
6.2 網絡監控管理 188
6.2.1 網絡鏈路質量管理 188
6.2.2 成員移動性管理 191
6.2.3 網絡故障管理 191
小結 193
思考題 193
第7章 數據鏈發展趨勢 194
7.1 軍事應用需求牽引 194
7.1.1 新型作戰概念發展需求 194
7.1.2 “多域戰”概念 195
7.1.3 “聯合全域作戰”概念 196
7.1.4 “馬賽克戰”概念 196
7.1.5 新型作戰概念的典型特征 198
7.2 數據鏈能力發展需求 199
7.3 數據鏈技術發展需求 201
7.3.1 信息自動抽取技術 201
7.3.2 機器視覺技術 201
7.3.3 無線電信號識別技術 202
7.3.4 智能輔助決策技術 202
7.3.5 智能運維管理技術 203
7.3.6 認知抗干擾技術 203
小結 205
參考文獻 206
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數據鏈理論與技術 節選
第1章數據鏈概述 現代作戰是陸、海、空、天、電多域一體的綜合性體系對抗，在廣闊的作戰區域內，敵我雙方數量眾多的武器平臺交織在一起，情況和位置復雜多變，各級指揮機構和指揮員必須實時掌握敵我態勢，了解所屬部隊和武器的*新狀態，聚合作戰單元形成合力。數據鏈是適應作戰需求牽引和信息技術發展的產物，它的出現和廣泛運用，使信息的獲取途徑、傳遞速度、處理效率產生了質的飛躍，對豐富作戰樣式、變革指揮方式、拓展作戰范圍、提升作戰效能產生了極大的推動作用。 1.1基本概念 現代作戰中，對指揮控制系統、傳感器平臺和武器平臺一體化運用要求越來越高，各軍兵種作戰部隊、艦船、飛機等作戰平臺之間需要快速傳送情報信息和交戰指令，各級指揮員要實時共享戰場態勢，實現快速精確的聯合作戰行動。數據鏈實時、高效和自動傳送格式化消息的特性，能夠形成貫通預警探測、指揮控制、火力打擊、電子對抗的戰術信息保障鏈路，為各級指揮員、戰斗員提供實時高效可靠的態勢共享、指揮引導與控制、戰術協同手段。外國軍事專家認為：數據鏈是未來作戰武器裝備的生命線，成為整合未來軍隊作戰力量的黏合劑，提高部隊戰斗力的倍增器。 1.1.1產生背景 數據鏈是軍事作戰需求和軍事信息技術發展的產物。在數據通信技術出現之前，戰場作戰平臺間的戰術信息傳輸以模擬通信為主，戰場指揮員以話音方式向戰機飛行員、戰艦駕駛員或單兵下達作戰命令，協調指揮戰場作戰。該階段軍兵種作戰戰場相對獨立，各自完成較為單一的作戰任務，傳輸信息以戰術指揮指令為主，信息種類和信息數量少，模擬體制的話音通信方式基本上能滿足作戰需求。 二戰后，隨著噴氣式飛機、導彈等高機動武器平臺的出現和雷達等各類傳感器的迅速發展和廣泛應用，使得陸、海防空及空中作戰的節奏大為加快，新型作戰飛機可達到數倍音速以上，敵我態勢瞬息萬變，當遇到多架飛機不斷地改變航向或多架飛機同時交戰時，指揮員僅僅依靠無線電話音持續通報敵機飛行線路和狀態，并引導己方作戰平臺交戰已經十分困難了。同時，雷達等新式傳感器的發展與廣泛運用，產生的戰場信息種類不斷增加，規模不斷擴大，對信息的實時性要求日益迫切，難以通過簡單的話音報告來傳遞情報。另一方面，計算機技術、通信網絡技術和信息處理自動化技術的發展，使作戰平臺間以格式化報文的方式迅速地交換自身的位置、狀況以及所獲得敵情信息，同時將各類情報數據及作戰指令處理后，以格式化報文方式，使用無線電信號傳送給相關作戰平臺，直接自動控制作戰平臺任務系統，或以圖形的形式直觀呈現在顯示系統上，使各級指揮員及時掌握戰場態勢并采取相應行動成為可能。而話音只能在接收方人員頭腦中形成抽象的概況態勢，或者由人工將話音的信息轉成文字或符號，再標注到圖板上形成戰場態勢圖，除耗費人力外，在時效性或數據更新率上遠遠不能滿足現代作戰要求。 以航空作戰為例，從作戰裝備的性能發展看：執行作戰任務的戰斗機從二代螺旋槳飛機、三代噴氣式飛機到四代隱身超聲速飛機，巡航速度、機動性能越來越高；雷達等探測設備從二坐標雷達、三坐標雷達到相控陣雷達，探測距離、探測跟蹤目標數越來越大，探測精度越來越高；實施打擊的導彈等武器從一般武器發展到精確制導武器，探測、定位、跟蹤目標的精度越來越高。從作戰模式的發展看，從軍兵種獨立作戰到聯合作戰，從空中近距交戰到超視距、防區外攻擊，作戰平臺數量、作戰距離、攻擊目標數越來越大。這些作戰需求的變化，對戰術信息的快速、高效、自動傳輸提出了新的要求。 另外，相關資料指出，現代戰爭“先敵發現，先敵攻擊”的條件在于信息優勢。美國軍方及戰斗機飛行員認為，決定現代空戰結果的主要因素，既不是飛機的靈活性，也不是武器的射程，而是在整個作戰過程中獲得和保持比敵方更全面、更準確的態勢感知（Situation Awareness，SA）能力，即飛行員擁有動態的空中態勢圖，包括己方和敵方所有參戰單元位置、航向以及航速等。信息優勢需求同樣對戰術信息的通信傳輸提出了新的要求，如表1-1所示。 針對不斷發展的作戰需求，傳統通信方式在時效性和準確性方面存在很大問題。主要表現如下。 （1）傳遞的信息類型有限。早期的戰術信息以指揮控制指令為主，很少傳輸空情、地理環境、天氣環境等保障信息，更無法傳輸圖像。因此作戰平臺使用人員獲得的信息量很小，難以對戰場態勢的敵、我、友狀態全面掌握，限制了單平臺作戰能力的發揮。 （2）傳遞的信息量有限。模擬體制下多采用人工操作的方式處理、傳輸戰術信息，此時作戰人員成為“接口”，受限于人工處理、存儲與顯示能力，傳輸信息數量、傳輸信息內容、傳輸信息粒度明顯受限。 （3）信息處理速度有限。戰術信息依靠作戰人員進行人工處理，速度慢，無法實現自動和快速處理。 （4）信息傳遞的實時性有限。依托人工的處理方式，使得一次通信時間至少在秒級以上，信息的“保鮮度”低，難以適應現代快速作戰要求。 （5）通信容量有限。通信容量的直接反映是指揮引導容量。受話音通信設備和指揮人員人工指揮方式的限制，每個指揮控制臺*多可以同時完成幾批戰機的指揮引導任務，指揮引導容量較小，無法組織實施大規模、多任務的空戰。 （6）信息傳遞的距離有限。話音方式傳輸距離無法自動實現超視距，需要依靠地面通信網等其他通信裝備的輔助才能實現。 話音通信與現代空戰通信需求的對比如表1-2所示。從表中看出，模擬通信技術無法滿足現代空戰對實時性、信息種類、傳輸帶寬、通信容量、抗干擾等通信傳輸性能的要求。20世紀50年代開始發展的數據通信技術，具有強大的數據處理能力和自動化能力等優點，能夠形成自動處理數據、自動高速傳輸數據的通信鏈路，提供新的數據通信性能，滿足現代空戰新的作戰需求。 可以說，數據鏈是戰爭形態和信息技術演進發展到一定歷史階段的產物，是作戰需求牽引和信息技術推動共同促成的結果，它的出現和廣泛運用，使信息的獲取途徑、傳遞速度、處理效率產生了質的飛躍，對豐富作戰樣式、變革指揮方式、拓展作戰范圍、提升作戰效能產生了極大的推動作用。其中數據鏈系統裝備是數據鏈系統功能和技術特征的物化載體。 1.1.2定義與內涵 1.基本定義 準確地理解數據鏈的定義和基本概念，要從以下幾個相關概念進行認識。 1）數據 數據，是對一切事物的本質運動及其外在形態變化的數字化表述。數據由數字、字母和符號等組成。在軍事領域中，數據是對部隊、人員、裝備、物資、設施、位置、態勢、情報、指揮、行動、軍語和報文等與軍事活動密切相關的信息的數字化表述。數據可以表述事物的形態，如一架飛機在空中飛行，它的高度、速度、航向、空間位置、外表形狀等。數據可以反映事物的變化，如偵察監視敵方電磁信號多少、飛機起落的架次、艦艇活動的范圍等。數據可以控制事物的運動，如下達“向x號高地發起進攻”“擊毀xx目標”等命令，都可以變成一串串數據直接傳遞到部隊或武器平臺，指揮控制部隊或武器平臺實施作戰。可以說，從人們的日常生活，到國家的政治、經濟活動，以及軍隊的各種行動，都離不開數據的支持。 2）數據通信 數據通信，是按照一定的通信規定或協議在計算機或數字設備之間完成數據的傳輸、交換、存儲和處理的整個通信過程。數據通信的三個*基本要素是：數據終端、通信設備和標準規定。數據終端是數據通信的核心，將話音、圖像、文字、數字等各類信息內容轉換成數字信號；通信設備是數據通信的基礎，傳遞、交換和處理數據信息；標準規定包括數據編碼規則、通信組網協議等，是數據通信的靈魂，它將各類信息統一變成計算機和通信設備能識別、交換和處理的數據或聯網的標準。數據通信，是世界上發展速度*快、內容*豐富、應用領域*廣泛的通信方式。目前，地球上*大的數據通信網是國際互聯網。 3）數據鏈 數據鏈起源于美軍，美軍認為：“戰術數字信息鏈路通過單網或多網結構和通信介質，將兩個或兩個以上的指控系統武器系統鏈接在一起，是一種適合于傳輸標準化數字信息的通信鏈路，也簡稱為TADIL”。近年來，國內的相關研究人員從不同的角度，對“什么是數據鏈”進行過多種表述。比較一致地認為：“數據鏈是按照統一的消息標準和通信協議，主要以無線信道鏈接指揮控制系統、傳感器平臺和武器平臺，實時處理、分發戰場態勢、指揮控制、戰術協同、武器控制等格式化消息的信息系統”。 從字面來看，“數據鏈”這個詞由“數據”和“鏈”組成！皵祿敝饕菙祿溇W絡內各類傳感器獲取的目標信息、武器平臺發出的狀況信息，以及各類指控系統產生的指控信息。有統計表明，實時性很強的目標位置類信息，在戰場傳遞的戰術信息中超過了80%。這類特殊信息要求傳輸實時、應用即時。數據鏈就是針對這種需求，遵循特定的數字編碼標準，對戰術信息進行統一、簡明的格式化表述，并形成消息標準體系。格式化消息便于機器直接識別和處理，提高了信息表達和傳輸效率，比如一條空中航跡消息就可以包含有經度、緯度、高度、航向、速度、飛行員代號、編隊內架數等含義豐富、無歧義的信息，加上糾檢錯等冗余信息后依然可以在毫秒級的時間內發送完畢，接收方接收后可以由機器按照統一的消息標準進行自動解析和處理，解決了傳統的話音通信系統傳輸效率低、速度慢、難以自動處理等問題。 就“鏈”而言，與“食物鏈”等其他形式的鏈類似，數據鏈同樣具有一定的鏈接對象、鏈接手段和鏈接關系。從鏈接對象來看，主要是處于某一區域內的各種機動武器平臺、各類傳感器和各級指控系統。由于數據鏈從數據的讀取、傳輸、處理到使用都是通過機器自動進行，因此，作戰平臺本身具有數字化、信息化的物質基礎，是成為數據鏈鏈接對象的基本條件。從鏈接手段來看，由于數據鏈主要用于機動環境，因而無線通信是數據鏈主要的通信手段，如短波、超短波、微波和衛星等。從鏈接關系來看，是根據作戰任務的需要，實時傳輸敵、我雙方的目標航跡信息，或發送戰術動作指令，而在各武器平臺與指揮控制平臺之間構成的戰術組合關系，如空空協同、艦空協同、艦艦協同、對空指揮引導等。 此外，對數據鏈的定義還有很多，下面列出幾種有代表性的定義供讀者參考。 定義一：數據鏈是在傳感器、指控系統和武器平臺之間，實時傳輸和處理戰術態勢、指揮控制、戰術協同等格式化消息的戰術信息系統。 定義二：數據鏈由數據鏈系統地面支撐網、數據鏈系統組網中心系統、機動式/固定式地面站，以及指揮所、武器平臺和傳感器平臺數據鏈系統應用系統等組成，主要擔負指揮所、武器平臺和傳感器平臺間態勢共享、指揮控制、戰術協同、武器協調等實時格式化消息，以及自由文電和數字話音的傳輸和處理。 定義三：戰術數字信息鏈是經參謀長聯席會議批準的、適合于傳輸數字信息的一種標準化通信鏈路。戰術數字信息鏈路采用一種或多種網絡體系結構及多種通信手段，連接兩個以上指控或武器系統，用于交換戰術信息。 定義四：戰術數據鏈是一種采用格式化消息集和通信設施，適合于為指揮控制和武器引導而連接兩個以上不同位置的相同或不同的計算機化戰術數據系統，傳輸數字信息的標準化信息交互系統。 表1-3分別從作戰效能、戰術功能、關鍵技術等不同角度對數據鏈進行闡述。根據數據鏈產生原因的分析，數據鏈是基于數據通信技術、支持多個作戰平臺完成作戰任務的一種軍事通信系統。因此，數據通信技術是數據鏈的核心，通信是數據鏈的本質內涵。 此外，從定義中可以進一步分析數據鏈的基本內涵。 一是格式化消息，解決“傳什么”的問題。數據鏈系統傳輸的內容是特定的作戰信息，這些信息都按照統一的標準進行簡短、扼要的數字化表述，因而提高了信息表達效率，便于機器直接識別、快速處理，也是多軍種信息共享的基礎。格式化消息由作戰需求所確定，它規定了數據鏈系統傳送的信息內容，因而實質上決定了數據鏈系統的作戰使用功能。 二是實時化傳輸，解決“怎么傳”的問題。數據鏈系統傳輸的目標信息和各種指揮引導信息實時性很強，如果不在規定的時間
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