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战术目标瞄准组网技术(TTNT)最初是美国国防高级研究计划局(DARPA)与洛克威尔·柯林斯公司(早期还有更多的公司参与过)合作开发的一个项目,为机载平台提供了高速率、远距离通信链路,以支持对时敏目标的精确打击。项目开发动因是,传统的空中战术平台仅搭载了低速率数据链且灵活性较差,远远不足以支撑对时敏目标的瞄准与精确打击。TTNT则可很好的解决该问题,它实现了传感器、射手、指挥官的无缝、按需、低开销组网。
TTNT是DARPA开发的主要网络中心战项目之一,该类项目的目标是“在前沿部署区域内,实现战术级网络化作战”。为了实现该目标,需要开发数字化、大带宽、抗干扰、高安全性互操作波形,为此DARPA主要开发了3个项目,包括:网络化辐射源定位项目先进战术目标瞄准技术(AT3);小型化多频段软件定义无线电台QNT;基于IP的、按需战术组网项目TTNT。
一、概述
TTNT主要研究工作已于2006年完成,并于2008年投入战场使用。目前该项目已经移交给美国各军种,未来开发和改进的职责也由美国各军种负责,美国空军在该项目中占主导地位。该项目的最终产品是一套包括网络终端的系统,其终端的数量将不断增长。TTNT可补充现有的战术数据链网络的能力,提升机载网络能力,同时可快速,低延迟地传输消息。其网络规划要求低,可以在没有预规划的前提下让新节点加入和退出网络。
TTNT网络具有低延迟、高吞吐量和低成本特点,可与现有的Link 16数据链同时共存。项目最初研究内容包括:信号共存分析(捕获和跟踪),近瞬时建链、拆链,发射功率备选方案评估,网络扩展性、传输安全和射频终端备选方案评估,预算评估。
TTNT在具体平台上主要以波形的方式列装,可列装几乎所有类型的飞机、舰艇、车辆,已经在如下平台上进行了测试与安装:E-3预警机、E-2C预警机、F/A-18战斗机、F-15战斗机、F-16战斗机、B-52轰炸机、B-2轰炸机、XB-47轰炸机、“捕食者”无人机、“全球鹰”无人机、“阿帕奇”直升机、“黑鹰”直升机、航母、小型舰艇、地面车辆等。
从作战应用角度来讲,TTNT网络是用于美空军机载网络中战术网络边缘的战术边缘网络,如图1所示。图中空中干线网络目前所采用的就是Link 16。
图1 TTNT的作战应用示意图
TTNT网络工作于L频段(1350-1850MHz),其技术要求与实测情况如表1所示。
表1 TTNT网络的技术要求与实测情况
二、关键技术
1.
基于统计优先级的多址接入(SPMA)
TTNT采用了基于统计优先级的多址接入(SPMA)方式来确保系统能够达到“延迟低于2毫秒”的目标。其基本原理就是利用一段时间内的信道统计量确定消息包发射的先后次序,如图2所示。可见,该技术的核心就是统计信道占用率。简而言之,就是:按需拒绝低优先级业务,以保持业务吞吐量始终处于高位;业务达到峰值时,延迟低优先级业务以使业务量维持在稳定的水平。
图2 TTNT网络的技术要求与实测情况
SPMA的最主要特点是在动态环境下提供持续稳定的网络性能。具体来说,其特点可细化为如下几方面:当信道条件允许时,消息包可即时发送;通过控制信道的业务量,使总体业务量维持在稳定的水平;当业务量增加时,控制低优先级业务,维持平稳的消息包首次成功接入率;为较高优先级业务保持高吞吐量;降低动态时分多址(TDMA)导致的复杂度和业务开支;支持用户量的扩展(200个以上的用户)。
2.
反侦察与抗干扰技术
反侦察方面,作为军用数据链,TTNT在低截获概率/低检测概率(LPI/LPD)方面有很多的考虑。有关这方面的技术细节透露较少,大致包括如下几方面:采用全定向天线系统,还可在定向系统基础上增加低数据速率传输能力;允许满足低截获概率/低检测概率条件的友方信道接入;可减少自由空间内的信号特征;可实现多跳路由;支持“静默节点”工作模式。
抗干扰方面,TTNT主要采取了如下技术或策略:支持多速率组网,同时具备2 Mbps、500 kbps、250 kbps三种类型的数据速率,可实现各种数据速率模式的支持,并根据信道遭受干扰的情况调整速率以保持通信的正常进行;采取功率控制,以各种功率级别和数据速率实现数据交换,终端可根据链路质量调整模式,即便在遭受干扰的情况下,也可在节省网络容量同时保持很好的链路质量;采用频率子集划分与频率对消,对消一个频率的同时可以在一个频率子集上接收信息,对消受到干扰的频率/信道,不影响数据链的可靠性。
三、发展历程
2001年,DARPA在经济可承受的移动水面目标交战(AMSTE)项目和先进战术目标瞄准技术(AT3)项目的研究成果基础上,开始关注网络化目标瞄准技术,并启动了TTNT项目。TTNT项目的承包商主要有洛克威尔·柯林斯公司、数据链解决方案公司和ViaSat公司。TTNT研发过程中的重要事件如表2所示。
表2 TTNT研发过程中的重要事件
四、演示验证情况综述
开发过程中,TTNT进行了一系列能力演示,从中可管窥其具体能力。
1.
2004与2005年联合远征军演习
TTNT终端样机在2004年10月举行的美国联合远征军演习(JEFX 2004)中成功进行了演示验证,演习中配置如图3所示。
图3 2004年联合远征军演习中的TTNT配置
2.
2005年基于IP的核心技术实飞演示
2005年9月,DARPA成功进行了基于IP的TTNT核心技术实飞演示。通过连接战术飞机和地面节点,可以将全球信息栅格扩展到移动平台,实现对时敏目标的瞄准和打击。
演习中,TTNT网络成功地演示了以下能力:可在100海里(约185公里)范围实现2 Mbps的传输速率;网络能够保持10 Mbps传输能力;在低延迟模式下,可在2毫秒内实现100海里(185公里)以上距离的数据传输;能够与军方现有的Link 16网络共存;可在5秒内完成新平台注册、入网;数据传输距离超过300海里(约555公里);可实现超视距多节点数据发送,例如,TTNT网络可将飞机上的战术IP应用数据发送到位于美国本土的联合空中作战中心(CAOC)、空军基地或国防部。
3.
2006年联合远征军演习
2006年4月,在内利斯空军基地举行的联合远征军演习(JEFX 2006)演习期间,波音公司参与了大规模模拟战斗试验,成功测试了网络中心通信和目标瞄准技术。波音公司在F/A-18F和F-15E战斗机、B-1B和B-52H轰炸机、E-3预警机以及7辆地面车辆装备了TTNT终端,通过TTNT设备和其他组网设备实现联网。
TTNT项目2006年计划中的8项任务之一就是非传统ISR信息服务,它要求装有TTNT的F-15和F/A-18战斗机、B-1和B-52轰炸机等平台能够将静态和视频目标瞄准图像发送给联合空中作战中心,或直接发送给B-1等强击机,或安装在多用途轮式车辆上的地面移动指控站。TTNT的集成标志着预警机首次具备宽带能力,这使预警机可融合到基于IP的全球信息栅格中,并在演习中充当了关键战斗管理节点。
此外,演习期间,波音公司还开展了TTNT项目的其他建模和仿真试验。波音公司的工程师们还在演习中演示了基于宽带IP组网架构的定向组网波形(DNW),这是一种新的移动战区ad hoc网络波形,于2004年首次演示,可以为士兵提供多源、安全的ISR数据,数据速率可达当时已部署数据链的1000倍。
4.
2008年联合远征军演习
2008年在内利斯空军基地举行的联合远征军演习(JEFX 2008)集实际空中和地面力量、仿真和技术插入为一体。
期间,美国空军F-22“猛禽”战斗机飞行员利用试验版TTNT发送和接收信息,如指控消息、图像、空域更新信息,甚至包括驾驶舱触摸屏显示器上的自由文本消息。虽然下载方法不在作战使用的计划之内,但该测试演示了F-22潜在信息共享技术的效用。F-22的主要任务是快速实现远距离空中优势,JEFX强调利用TTNT来连接所有飞机,为地面站提供最佳空中态势图的潜能。
5.
2010年联合远征军演习
2010年6月,洛克威尔·柯林斯公司在联合远征军演习(JEFX 2010)上演示了TTNT和QNT的组网能力。演习关注非对称战争,指控,情报、侦察与监视,抵近精确交战能力。TTNT和QNT可为战术边缘部队提供快速通信、协同和组网能力,缩短地面作战人员锁定、跟踪、瞄准、打击敌方目标并进行评估的时间。演习期间,使用TTNT和QNT技术的平台包括E-2C预警机、E-3预警与指控飞机、F-16战斗机、诺斯罗普·格鲁曼公司的目标瞄准吊舱和“猎户座”无人机。
6.
2013年X-47B无人机载TTNT演示
2013年3月,诺斯罗普·格鲁曼公司和美国海军在“杜鲁门”号航母(CVN-75)上进行的X-47B无人战斗机的甲板起降试验中使用TTNT技术。该试验演示了甲板工作人员利用无线手持式控制器快速精确引导X-47B起降的能力,如图4所示。该试验是X-47B无人机首次在航母上进行的着陆试验。
图4 X-47B使用TTNT技术进行甲板起降试验
7.
2013年“舰队试验”
2013年的“舰队试验”中,波音公司与美国海军共同演示了EA-18G“咆哮者”电子战飞机和E-2D“高级鹰眼”预警机的网络化精确无源定位能力,如图5所示。演习中,2架EA-18G和1架E-2D分别利用其载电子支援措施(ESM)系统(EA-18G的ALQ-218侦察接收机和E-2D的ALQ-217侦察接收机)来接收目标辐射源(舰载射频辐射源)信号,然后接收到的信号利用各平台上安装的战术目标瞄准组网技术(TTNT)波形(硬件采用哈里斯公司的数据链终端)来实现数据共享与协同定位。
图5 EA-18G网络化精确定位配置示意图(2013演习)
演习中主要利用诺斯罗普•格鲁曼公司开发的多平台到达时差(TDOA)定位算法,该算法可以实现精确、快速无源定位。尽管2个平台就可使使用该算法,但演习中之所以采用3个平台,主要是考虑到更快地实现解模糊。
演习结果表明,定位精度足可跟踪一艘移动速度为15节(约合30公里每小时)的舰船,并可直接引导导弹对舰船实施火力打击(整个演习过程中没有用到诸如雷达等任何有源设备)。另外,美海军表示,美空军开发的网络中心协同目标瞄准(NCCT)也可以融入进来。
8.
2017年“网络化传感器”演习
2017年8月,美国海军开展了“网络化传感器2017”(NS17)空中演习,该演习主要关注基于TTNT数据链的传感器组网,旨在改进态势感知和战术目标瞄准。该演习使用F/A-18E“超级大黄蜂”战斗机和EA-18G“咆哮者”电子战飞机作为TTNT的平台。
作者:中国电科36所 张春磊、李子富、陈鼎鼎
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