JTIDS数据链系统防护性能分析

陈砚圃，姚燕飞

(西安通信学院，西安 710106)

JTIDS系统是采用高速调频、扩频和同步TDMA技术，综合通信导航和敌我功能与一体，实现以预警机为中心的战场态势共享和联合作战指挥的战术C4ISR系统［1］。面对当前日趋复杂的战场复杂电磁环境，特别是各类电磁脉冲干扰武器强大的干扰和摧毁，JTIDS系统必须加强复杂电磁环境下的防护能力。根据敌方可能的干扰和打击手段，积极探索和研究新的抗干扰技术、组网运用作战模式以及各种物理性质的反侦查、反摧毁等策略和手段。在保证我方JTIDS系统不受干扰，正常运作的前提下，对敌方进行干扰和摧毁，以实现JTIDS系统的最大防护性能。

1 抗干扰技术分析

JTIDS是一种大容量、保密、抗干扰、抗毁、双向的数据链系统，工作在Lx波段(960～1 215 MHz)，数据速率为28.3～115.2 kbps，系统抗干扰容限≥15 db，具有很强的抗干扰能力，这种能力取决于信号在传输过程中的编码技术。

JTIDS采用时分多址(time division multiple access，TDMA)工作方式，它将时间轴划分为长度为12.8 min的时元，每个时元分为64帧(每帧为12.8 min/64=12 s)，每帧又分为1 536个时隙，即每个时元共有64×1 536=98 304个时隙，每个时隙长度为12 s/1 536=7.812 5 ms。它的时隙分配方式决定了其编码、字符交织、直序扩频和跳频的抗干扰手段，如图1所示抗干扰技术在信号发生过程的应用。

图1 JTIDS信号发生过程

1.1 RS 编码

JTIDS系统在信号的发射和接收检测时，数据部分采用了RS(31，15)纠错编码，即信道编码。此类编码技术的优点就是较强的判错和纠错能力，31个字符组在传播中受到干扰和攻击后，即便是有8个字符判决错误或者是16个字符无法判决，在信道译码时通过RS也均能纠正过来，恢复这个31个字符组的真正有用信息，确保了信号传输质量。

先前文献［1］对有无RS编码的JTIDS仿真系统进行了抗干扰分析，文献中采用大功率干扰机对JTIDS的51个跳频频道同时实施干扰或部分频道实施干扰，使敌方接收机终端的误码率提高，当误码率大于它自身的纠错编码能力时，JTIDS仿真系统不能正常工作，从而达到有效干扰的效果。分析结果表明在采用了RS编码技术后传输误码率极大的得到改善(信噪比不变)。也说明了RS编码对JTIDS系统传输良好的纠错能力。

1.2 字符交织

在JTIDS系统信号传输过程中，错误在实际数字信道中往往是以串出现的，如果不能很好的解决这个问题，将会极大的影响信号传输的稳定性，从而影响信号接收，影响作战运用。而交织技术的基本原理是将原有序列的连续错误字符串或者叫突发错误在时间上按照某种原则通过离散将错误字符随机分配在整个字符组中，从而降低了错误密集度，且不增加编码的冗余度。

1.3 直序扩频技术

JTIDS的脉冲信号是由32个基码构成的随机码序列段作为调制信号对载频作MSK调制而形成的，具体过程就是先将待发的信息序列分成5比特组，然后将每一个5比特组按比特值移位的方式转换为对应的循环移位码，即从25个空间向232个空间做映射［2］，这样使脉冲功率带宽扩展，使信号的功率谱密度下降，干扰系统就不容易检测到该信号。由于调制信号是一个编码信号，所以即使检测到信号，在提取时也会很困难［3］。

1.4 跳频技术

JTIDS每个成员所分配的时隙中一共发射129个脉冲，各信号脉冲之间的载频在频段960～1 215 MHz之间作伪随机选择，其频道间隔为3 MHz，均匀分为51个频道数，相邻脉冲的载频最小间隔为30 MHz，并且跳频图案随时隙而不同。为了与此频段中的其他现有系统相容可不相互干扰，51个频道分散在几个小频段中(969～1 008 MHz、1 053～1 065 MHz、1 113～1 206 MHz)。JTIDS的跳频是在时隙的各脉冲之问进行的，跳频速率是每个脉冲跳频1次即26 us换一个频率，故跳频速率为38 461.5 s。

图2 JTIDS在三个时隙的示意图

采用这样的技术体制可以使干扰信号不知道频率跳变规律，跳变频率与本地频率合成器产生的频率不相关，使系统具有了抗单频及部分窄带干扰的能力。其抗干扰能力的好坏取决于频率点变化的多少和快慢，频点多则表示信号带宽、跳数快，抗干扰能力强［4］。但是由于近年来跳频干扰技术的不断发展，跳频速率将不能成为抗干扰的决定因素，需要新的技术来支撑跳频抗干扰能力的保持。

2 JTIDS组网运用分析

JTIDS系统在近代几次局部作战中起到至关重要的作用，可以说是战争胜利的加速器和战斗力的倍增器。美国在近些年不断对JTIDS系统技术进行完善和改进，其功能也是越来越显著。在技术不断完善的基础上，想要更好的保证JTIDS系统的电磁防护性能就要依靠系统战术组网运用。JTIDS系统是一个战场信息系统，但是区别于一般的通信系统。一般通信系统的各个单元严格区分从属和功能站，且各单元功能单一，一旦主站受到电磁干扰、摧毁和打击，整个系统的正常的信息收发功能就会受到影响甚至系统崩溃。JTIDS系统是由平等的作战单元通过数据链路组成的数据链系统，在抗干扰和抗摧毁方面有独特优势，具体体现在灵活的组网能力［5］。

从技术角度来看，一般情况下，JTIDS系统组网形式分为有中心网络拓扑结构和无中心拓扑结构，如图3所示。

图3 有、无中心拓扑结构组网结构

有中心节点的网络在网内设置一个网络中心控制站，控制其他基控站的接入和数据收发。一旦网络的基控站增多，那么网络中心站的吞吐性能就会降低，同时网络延时效应就会增大。在复杂电磁环境中有中心节点网的应对能力较差，如果网络中心站遭受干扰和实施电子打击后，全网数据传输和处理将会受到严重影响;某一基控站遭受干扰和电子打击后，部分局域内的信息(如导航、定位和侦察)丢失，对整体战局影响较大。

无中心节点网络在网络中没有设置中心节点，所有基控站(数据单元)地位平等，只需其中某一节点的时间基准，在网络运行后即使没有网络时间参考也能正常运行多达几个小时的时间，因为在最初网络开始运行时参考的时间是网络时间，在几小时内能够保持系统运行稳定。网络灵活性高，应对电磁环境复杂的战场生存能力强。但是由于此网络中各数据单元战术等级不高，在战场全局中多运用于子网。

在实际作战运用时，尤其是复杂电磁环境下多兵种联合作战中，单一的拓扑网络不能单独完成数据传输和处理任务，需要多网结合，即多数据链结构，如图4所示。

在实际作战前，要依据具体的作战想定、作战计划、作战对象及作战区域电磁环境等情况制定网络组织。网络组织的好坏将直接影响系统防护性能。

图4 多链拓扑结构组网结构

3 反干扰、反侦察及电子进攻手段分析［6］

一般来说，在复杂电磁环境下，反侦察、反干扰技术手段主要集中在对己方电磁信号灵活管控和对敌方信号的侦察及回避上，可简单总结为“控、侦、散、避、骗、藏”6种战技术手段，对敌电子打击可总结为“阻，抗，击”3个战术阶段。

3.1 实施严格管控己方电磁信号策略，稳固JTIDS系统电磁防护基础

在复杂电磁环境下作战，信息系统的信息传输必须把握电磁环境变化时机，应该注意遵循以下原则:

1)避重就轻。在电磁环境条件最好时收发等级优先的数据，保证系统基本运行。

2)灵活机动。自主选择系统运行条件良好的地理位置和电磁环境，主动收发重要数据。

3)严控严管。对己方电磁信号严格管理控制，隐藏指挥机构，必要时做到停放自如。

3.2 实施反侦察和反干扰手段，阻止敌方定位干扰，增强JTIDS系统电磁防护能力

为减少系统被敌侦察和干扰，采取反侦察和反干扰措施，欺骗敌方的侦察监视系统，打击敌方数据链系统，提高指挥所战场生存能力。

针对多传感器信息融合技术、星载红外线探测器、合成孔径成像雷达等监视侦察技术手段，应采取防光学、红外、雷达的隐身伪装措施对己方单元进行变质伪装;在电磁上根据单元等级及背景的电磁辐射能力，反射分布特征，采取电磁特征伪装、形态伪装等措施。在敌方侦察形态上采取电子佯动、迷惑和改变指挥所及其他单元在结构上的特征使敌方难辨真假，降低敌方的侦察能力和侦察效率。

主动利用各种电子打击手段对敌方信息系统进行干扰和打击，使敌方自顾不暇，我方顺利完成各类数据传输。具体实施可以利用无源或者是有源噪声电子设备压制敌方电磁信号的传递;利用光电感应元件(如镀金电磁波干扰物、特质膨化石墨干扰机等)对敌方实施光电干扰，使敌方不能正常接收数据;充分利用新型电磁干扰设备(如空中平台的自卫电子对抗装备、支援型专用电子战飞机及电子干扰吊舱等)对敌实施干扰。

3.3 实施反摧毁对抗敌方电子打击，确保JTIDS系统全方位安全稳定

积极采取各类反击手段和防护措施，削弱和摧毁敌方打击和干扰行动，保证我方系统安全稳定。在实施反摧毁手段时我方需利用假的雷达、指挥所、反导弹辐射逼近警告系统及具体作战单元构造一个模拟JTIDS系统，以误导和诱惑敌方电磁干扰设备的攻击，使己方真实系统避免遭受敌方的电磁和导弹打击;还可以利用敌方侦察、干扰和打击的时间侦察出敌方系统电磁频段和具体位置，便于实施打击摧毁。

4 结束语

JTIDS系统防护的在战争中重要性不言而喻，在复杂电磁环境下的战争中，武器上的攻防已经不是战争的中心，战术信息传输系统之间的攻防成为战争胜负的决定因素，只有保证信息传输系统的正常，才能占得先机，夺取战争胜利。因此战术信息传输系统的防护性能研究是一个重要的研究内容，也具有重要研究意义。

［1］ 段亚军，武昌，李成恩.JTIDS系统抗干扰性能分析［J］.装备指挥技术学院学报，2007，18(5):82.

［2］ 曹乃森，王军诚，唐华.一种对Link－16数据链的干扰策略研究［J］.空军第一航空学院学报，2010，18(4):28.

［3］ 季健忠.战术数据链的分析与仿真研究［M］.西安:西安电子科技大学，2003.

［4］ 蔡晓霞，陈红，郭建蓬，王可人.JTIDS信号对抗技术研究［J］.航天电子对抗，2004(4):54 －55.

［5］ 王文政，周经纶，罗鹏程.战术数据链网络体系研究［J］.计算机工程，2008，34(7)123 －124.

［6］ 徐伯夏，丁国辉，黄靖.复杂电磁环境下C4ISR系统的防护研究［J］.电光控制，2011，18(3):102 －104.

［7］ 刘宏波，黄向清，李丽华，等.采用故障树的数据链系统故障模式［J］.火力与指挥控制，2012(3):180－183.

(责任编辑周江川)