美军五代机隐身作战下的数据链

云脑智库 2022-01-26 00:00


来源 | 电波之矛

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战斗机是现代争夺制空权的主力,以F-22和F-35为代表的第五代战斗机,具有优点的隐身性、超机动性、超音速巡航和超信息化的特点,其中F-22战斗机突出制空作战能力,而F-35战斗机则强调多任务能力,既能执行制空作战任务,也能执行对地突击任务。


在对敌防空压制作战中,考虑到隐身突防的需求,五代机必须保持无线电静默,以免暴露位置。在战机编队协同实施对地/海面移动目标攻击时,作战飞机编队之间通过对地/海面移动目标进行有源或无源探测,然后在编队内实时交换探测到的移动目标信息,进行复合跟踪和定位,形成敌方目标的连续和精确的监视信息。为了实现编队内和编队间信息的互联互通,需要研制专用的具有“低拦截/低探测概率”(LPI/LPD)特征的数据链系统

美国研发数据链较早,所研发的数据链在世界上也较为先进,其中以1994年投入使用的Link-16数据链最为有名,现为北约战机通用数据链,美军现役战机(包括F-22)也大多装备这种数据链。然而Link-16最大的缺陷在于其带宽有限,最大传输速率只有238Kbps,无法满足F-22的大容量数据(如视频图像)传输需求。此外,Link-16采用全向发射天线,隐蔽性差,会使战机被敌方探测发现,因此F-22所配备的Link-16一般只收不发,仅作为备份。而JTIDS数据链的信息传输速率仍相对较慢,且不支持飞机间实时交互信息。

鉴于以上原因,美国为 F-22研制了飞行平台间数据链(IFDL),在IFDL的基础上,又为F-35研制了多功能先进数据链(MADL),他们之间的作战互联如下图所示。


飞行平台间数据链(IFDL)


IFDL数据链是诺斯罗普·格鲁门公司专门为F-22战斗机研发的,它是一种空对空作战用的机间数据链。IFDL是LPI数据链,它不仅可以保证F-22战斗机编队之间的数据传输和语音通信不被敌方截获或者干扰,而且还保证了F-22隐身性能不受通信的限制。

该数据链有 “内部通信”和“编队通信”2种模式。第一种限在小范围内,最多可支持4架战机。第二种则是较大范围的通信方式,可支持4个编队即16架战机之间的信息传递。在远距离作战时,只要前2架战机开启雷达,就可以与其他的战机进行数据共享,而其他的14架战机只需要接收数据即可。F-22机身的多个位置安装有IFDL数据链的天线,如下图所示。

IFDL数据链的天线由EMS公司研制,采用高速铁氧体开关馈电恒 k 球面多波束透镜天线(原理和实物图如下),作在Q频段(36~46 GHz)78个波束,通过开关选择。

IFDL数据链主要特点:

1、采用定向窄波束通信。IFDL工作在Q波段,具有较低的发射旁瓣电平,通过透镜波束切换实现指向角度的精确控制,从而获得点对点的通信。

2、采用双层通信网络架构:编队内通过“编队内通信模式”进行话音和数据的通信,编队间长机通过“编队间通信模式”进行数据通信。

3、通信带宽太窄,容量太小、传输速率不高。IFDL标准传输速率仅为28.8~238 kb/s,最高也不会高于500 kb/s。

4、只有一个通信波束,因此只能实现F-22战斗机之间“一对一”的数据交换,不能同时进行多架次F-22之间“一对多”或者“多对多”的数据交换。

IFDL最多可支持16架F-22组成大编队进行超视距空战。其具体形式为:16机战斗机分成4个4机菱形小编队,每个小编队的4架飞机可通过IFDL的“内部通信模式”进行信息交换和语音通信,各个小编队各有1个长机,4个小编队长机之间可通过IFDL的“编队通信模式”进行信息交换。超视距空战中,整个编队中只要求最突前的2架F-22的机载雷达开机,将探测到的目标信息与其他F-22共享,其他14架保持雷达静默,以降低射频信号被敌方截获的概率。


IFDL数据链将同一编队的战斗机连接成网,使得友机在飞行过程中可直接进行数据交换和自动共享编队内的目标数据。交换的数据是编队内友机实时的飞行与战术信息,例如飞行员的工作状态、武器状态、燃油状态等数据以及对敌机跟踪锁定的情况等。通过该数据链,作战编队成员能够对编队进行战术协调,实现编队内的多个战斗机同时攻击多个空中目标。IFDL 数据链使得单一战斗机拥有了编队作战能力,并形成机群整体作战能力。
由于F-22的雷达APG-77探测范围非常大,各小编队之间的距离可以拉得很大(标准间距为16 km)。在拦截轰炸机这样的大目标时,小编队的间距甚至可以达到64~80 km,从而大大提高拦截效率。以这种编队进行超视距空战时有很多战术变化,各小编队的阵形可随战场态势进行变化。例如,截击敌方轰炸机或远程巡航导弹时4个小编队可以一字排开,每个小编队都有一架突前的飞机保持雷达开机,以进一步扩大探测范围;当和敌方战斗机编队争夺制空权时,F-22可采取前后各排两个小编队的阵形接敌,前方两个小编队依次发射导弹后马上机动脱离,以避免进入敌机雷达探测范围之内,而后方两个小编队将打开机载雷达,对漏网的敌机进行第二波导弹攻击。

多功能先进数据链(MADL)

MADL是在IFDL的基础上由 Harris公司开发的,其目的是用以实现F-35飞机之间低截获/低检测数据交互,MADL采用定向通信技术,可使编队成员之间共享态势感知,共享油料,武器以及敌机位置等信息。为了满足和其他作战平台之间的数据交互,F-35还加装了Link -16数据链。MADL最初专门设计用于F-35战斗机,但通过改进后,也可帮助F-35战机实现和其他隐身作战平台之间的数据交换。
MADL由以下几部分组成:6个分别嵌入飞机不同部位的可观测性数据链收发天线组成的天线阵列(AAAS)、位于机身上方和下方的信号收发机、MADL数据链控制器、3个天线接收设备(AIU)、精密振荡器以及 MADL系统软件等。

MADL工作于K波段,采用有源相控阵天线实现极窄波束的形成与对准,是一种宽带、高数据传输率、低截获概率的数据链。它可以在360°范围内的任何方向上接收或者发送数据传输信号,能为F-35战机提供全向覆盖。MADL使用一个“雏菊花环式链路系统”传输窄波束信号,具有较强的隐身性能。它可在高威胁环境中为F-35战机提供支持,使美空军可以改善战术,以应对未来高威胁的作战环境。

与IFDL相比,MADL的主要特点如下:

1、采用多波束实现点对多点同时通信。

2、采用相控阵天线,并与飞机共同设计

3、减少了信息传输时延。

4、提高了数据传输率。

5、能够根据信道状态自适应调整信息传输速率。

6、提高了LPI/LPD能力。

7、具有更高层次的信息保密能力。

8、提高了动态网络管理能力。

MADL的主要缺陷是它与IFDL一样,每个极细波束在任意时刻只能与1架飞机通信,即“一对一”数据交换,所以这不是真正意义上的网络设备。

为了解决F-35和F-22之间无法进行空中联络的问题,美国开展了一系列的研究工作,如采用中继通信平台、研制新的模块、研制新的数据链系统等。

- The End

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