石帥, 宋筆鋒, 裴揚(yáng), 張睿文

(西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院, 陜西 西安　710072)

數(shù)據(jù)鏈支持下飛機(jī)敏感性評(píng)估方法研究

石帥, 宋筆鋒, 裴揚(yáng), 張睿文

(西北工業(yè)大學(xué) 航空學(xué)院, 陜西 西安710072)

摘要：網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)以信息共享和信息傳輸為核心。當(dāng)作戰(zhàn)飛機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈得到友方共享信息后，能夠更好地進(jìn)行戰(zhàn)場態(tài)勢感知，從而提高自身的生存力。在這樣的背景下，將飛機(jī)置于數(shù)據(jù)鏈支持下的作戰(zhàn)環(huán)境中，提出了一種考慮數(shù)據(jù)鏈影響的飛機(jī)敏感性評(píng)估方法。首先建立了LINK11數(shù)據(jù)鏈與LINK16數(shù)據(jù)鏈的模型，得到了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延這種表征數(shù)據(jù)鏈性能的指標(biāo)，然后建立了飛機(jī)對(duì)來襲導(dǎo)彈實(shí)施的有源欺騙式干擾模型，最后通過一個(gè)算例來評(píng)估數(shù)據(jù)鏈對(duì)飛機(jī)敏感性的影響。算例分析表明：數(shù)據(jù)鏈的時(shí)延越小，飛行員對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行干擾的時(shí)間越長，干擾也就越充分，因而LINK16數(shù)據(jù)鏈相比于LINK11數(shù)據(jù)鏈更能提高飛機(jī)的生存力。但無論哪種數(shù)據(jù)鏈，其所帶來的信息共享的優(yōu)勢相比于沒有數(shù)據(jù)鏈來說還是十分明顯的。通過在現(xiàn)有的敏感性評(píng)估模型中加入數(shù)據(jù)鏈影響因素，可以定量分析信息共享所帶來的優(yōu)勢，從而對(duì)飛機(jī)生存力設(shè)計(jì)提供一定的依據(jù)。

關(guān)鍵詞：加速度；空對(duì)空導(dǎo)彈；空對(duì)面導(dǎo)彈；飛機(jī)；角速度；閉環(huán)系統(tǒng)；計(jì)算機(jī)仿真；概念設(shè)計(jì)；數(shù)據(jù)融合；數(shù)據(jù)處理；電子數(shù)據(jù)交換；電子導(dǎo)航系統(tǒng)；電子計(jì)時(shí)裝置；流程圖；信息融合；紅外頻譜；電磁敏感性；隱身技術(shù)；時(shí)延；數(shù)據(jù)鏈；欺騙式干擾

飛機(jī)敏感性是指飛機(jī)躲避人為敵對(duì)威脅的能力，屬于飛機(jī)生存力的范疇，包含2部分：躲避敵方探測的能力，躲避威脅擊中的能力[1]。在飛機(jī)敏感性設(shè)計(jì)方面，D. Mavris等人給出了對(duì)飛機(jī)進(jìn)行整體評(píng)估的算法，綜合考慮了可購性、生存力、可用性、作戰(zhàn)性能和可靠性這5大屬性[2]，Danielle S. Soban等人提出了在飛機(jī)初始設(shè)計(jì)階段針對(duì)生存力的權(quán)衡設(shè)計(jì)算法，闡明了飛機(jī)生存力屬性對(duì)飛機(jī)的作戰(zhàn)效能以及全壽命周期費(fèi)用的影響[3]，S. P. Mahulikar等人研究了飛機(jī)紅外信號(hào)對(duì)紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈對(duì)飛機(jī)紅外鎖定距離的影響[4]，裴揚(yáng)等人利用射擊線法對(duì)飛機(jī)的紅外信號(hào)進(jìn)行了計(jì)算[5]，王旭等人建立了飛機(jī)與雷達(dá)一對(duì)一對(duì)抗模型以及飛機(jī)開火、裝填模型[6]，楊東升等人對(duì)機(jī)載紅外誘餌運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了仿真[7]。目前對(duì)飛機(jī)敏感性的研究雖然不少但均沒有涉及到網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)方面。現(xiàn)代戰(zhàn)爭是以信息共享為核心的網(wǎng)絡(luò)化、信息化的一體化戰(zhàn)爭。美國防部《建模與仿真主計(jì)劃》中也明確提出今后的建模仿真要建立基于網(wǎng)絡(luò)中心環(huán)境的、可以交互信息的復(fù)雜系統(tǒng)模型，即網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)(network centric warfare, NCW)模型[8]。在建立網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)模型方面，信息共享與信息傳輸是其重要組成部分。LINK11與LINK16是美軍目前已經(jīng)大規(guī)模使用的較為成熟的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，它使得以信息共享為核心的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)設(shè)想得以實(shí)現(xiàn)，并引起了研究者的廣泛重視。Liu Shenghua等人利用Matlab建立了LINK11數(shù)據(jù)鏈的模型[9]，李衛(wèi)等人利用OPENT軟件對(duì)LINK16數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行了分析研究[10]。當(dāng)數(shù)據(jù)鏈技術(shù)應(yīng)用到飛機(jī)作戰(zhàn)領(lǐng)域時(shí)，作戰(zhàn)飛機(jī)通過數(shù)據(jù)鏈得到友方共享信息后，便能提前針對(duì)威脅實(shí)施各種應(yīng)對(duì)措施，從而提高自身的生存力。在這樣的背景下，本文提出了一種有數(shù)據(jù)鏈支持下的飛機(jī)敏感性評(píng)估方法?；舅悸窞椋菏紫龋肙PNET軟件分別建立LINK11與LINK16的數(shù)據(jù)鏈模型，得到數(shù)據(jù)鏈的重要指標(biāo)——時(shí)延；然后建立飛機(jī)對(duì)雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈的有源欺騙性干擾模型，并考慮數(shù)據(jù)鏈的時(shí)延，分析其對(duì)飛機(jī)戰(zhàn)場生存力的影響。

1LINK11數(shù)據(jù)鏈模型

LINK11數(shù)據(jù)鏈?zhǔn)且环N較早期的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，可以在裝備數(shù)據(jù)鏈的各個(gè)平臺(tái)之間實(shí)時(shí)交換預(yù)警信息、傳遞控制指令等，具有一定的保密能力。其主要工作方式是點(diǎn)名輪詢方式，需要指定一個(gè)終端作為網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)，而其他終端作為周邊節(jié)點(diǎn)。

1.1輪詢協(xié)議

LINK11數(shù)據(jù)鏈包含一個(gè)中心節(jié)點(diǎn)及若干個(gè)周邊節(jié)點(diǎn)，互相之間均可接受信息，但必須遵循輪詢順序。

LINK11數(shù)據(jù)鏈采用輪詢協(xié)議，即在開始網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，由中心節(jié)點(diǎn)確定輪詢的順序，并按照這個(gè)順序向各節(jié)點(diǎn)發(fā)送點(diǎn)名信息，每個(gè)周邊節(jié)點(diǎn)都可以接收到這個(gè)點(diǎn)名信息，然后將點(diǎn)名信息與自己的序號(hào)進(jìn)行對(duì)比，如果確定點(diǎn)名的是自己，則此周邊節(jié)點(diǎn)將發(fā)送信息，其他周邊節(jié)點(diǎn)均可以接受此信息并進(jìn)行處理。當(dāng)此周邊節(jié)點(diǎn)發(fā)送完信息后，網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)將按照既定順序發(fā)送下一個(gè)點(diǎn)名信息。當(dāng)各周邊節(jié)點(diǎn)依次被點(diǎn)名并發(fā)完信息后，便完成了一個(gè)完整的輪詢過程。

1.2LINK11數(shù)據(jù)鏈模型

本文將利用OPNET軟件來對(duì)數(shù)據(jù)鏈進(jìn)行建模。OPNET軟件是經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)仿真軟件，通過網(wǎng)絡(luò)域、節(jié)點(diǎn)域、進(jìn)程域3個(gè)層次的建模，可以準(zhǔn)確地描述所建網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，通過運(yùn)行仿真便能夠得到諸如吞吐量、時(shí)延等描述網(wǎng)絡(luò)性能的參數(shù)。

網(wǎng)絡(luò)域模型主要是描述各節(jié)點(diǎn)間的相對(duì)位置，本文共有4個(gè)節(jié)點(diǎn)，包括1個(gè)中心節(jié)點(diǎn)和3個(gè)周邊節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)域則是通過不同模塊的組合來實(shí)現(xiàn)具體的功能，是連接網(wǎng)絡(luò)域與進(jìn)程域的中間層。進(jìn)程域則是對(duì)模塊功能的具體實(shí)現(xiàn)。進(jìn)程域通過有限狀態(tài)機(jī)來描述特定條件下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移。這里只對(duì)節(jié)點(diǎn)域的核心模塊mac模塊進(jìn)行進(jìn)程域的解釋說明。

圖1　中心節(jié)點(diǎn)mac模塊進(jìn)程域模型

mac模塊具有5個(gè)狀態(tài)機(jī)，其中init與start狀態(tài)機(jī)主要對(duì)各節(jié)點(diǎn)進(jìn)行初始化以及注冊(cè)統(tǒng)計(jì)量等工作，idle狀態(tài)機(jī)對(duì)到來的包進(jìn)行判斷，若包是從eth發(fā)來的則進(jìn)入to ant狀態(tài)機(jī)，按輪詢順序確定發(fā)送對(duì)象并將包送至天線；若包是從輸入模塊發(fā)來的則進(jìn)入to eth狀態(tài)機(jī)將包發(fā)送至eth模塊。

與中心節(jié)點(diǎn)不同的是，周邊節(jié)點(diǎn)對(duì)包的來源需要做出明確的判斷：若是自己將要發(fā)送的信息，包被壓入隊(duì)列等待發(fā)送；若是從天線傳來的接收到的包，則需要判斷是否是中心節(jié)點(diǎn)發(fā)來的點(diǎn)名信息，若是中心節(jié)點(diǎn)發(fā)來的，則判斷是否是自己被點(diǎn)名，若是則將隊(duì)列中的包取出進(jìn)行發(fā)送，若不是自己被點(diǎn)名，則包會(huì)被銷毀；若包是從其他節(jié)點(diǎn)發(fā)來的，則會(huì)提取信息再將包發(fā)至銷毀模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與銷毀。

2LINK16數(shù)據(jù)鏈模型

LINK16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，是一種保密、抗干擾、大容量，無中心節(jié)點(diǎn)的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈，是目前美軍主要裝備的戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈。其所提供的主要功能包括通信、導(dǎo)航、敵我識(shí)別，還可以提供重要的互通能力和態(tài)勢感知信息。

2.1TDMA接入?yún)f(xié)議

LINK16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈采用TDMA(time division multiple access，時(shí)分多址)作為接入?yún)f(xié)議。在TDMA協(xié)議中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)傳輸時(shí)間是按照時(shí)隙來分配的。LINK16戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈將1天24 h劃分成了112.5個(gè)時(shí)元，每個(gè)時(shí)元長度為12.8 min，即768 s。每個(gè)時(shí)元又劃分成64個(gè)時(shí)幀，每個(gè)時(shí)幀長度12 s。每個(gè)時(shí)幀進(jìn)一步再劃分成1 536個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙長度為7.812 5 ms。因此，每個(gè)時(shí)元將包括98 304個(gè)時(shí)隙。1個(gè)時(shí)元里面的98 304個(gè)時(shí)隙又可以被分為3個(gè)時(shí)隙組，分別稱為A組、B組、C組。每組包括32 767個(gè)時(shí)隙。編號(hào)從0～32 766。該編號(hào)就被稱之為時(shí)隙索引號(hào)。在1個(gè)時(shí)元中，3個(gè)時(shí)隙組是交替出現(xiàn)的，從A-0開始排列，按照A-0，B-0，C-0，A-1，B-1，C-1，A-2……A-32767，B-32767，C-32767的順序出現(xiàn)[11]。

在LINK16網(wǎng)絡(luò)中，時(shí)隙并不是單獨(dú)劃分為每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，而是以時(shí)隙塊的方式劃分給網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的。每一個(gè)時(shí)隙塊由3個(gè)參數(shù)進(jìn)行定義：時(shí)隙組，起始時(shí)隙，重復(fù)率。例如時(shí)隙塊A-0-8，表示該時(shí)隙塊屬于時(shí)隙組A，起始時(shí)隙為A-0，重復(fù)率為8，即該時(shí)隙組中每128個(gè)時(shí)隙出現(xiàn)1次。因此，通過3個(gè)參數(shù)定義好時(shí)隙塊，便可將時(shí)隙準(zhǔn)確地分配給各個(gè)節(jié)點(diǎn)。

2.2LINK16數(shù)據(jù)鏈模型

LINK16數(shù)據(jù)鏈中沒有中心節(jié)點(diǎn)與周邊節(jié)點(diǎn)的區(qū)別，因而每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)域模型是相同的，但與LINK11中心節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)域不同的是，eth模塊對(duì)包進(jìn)行隨機(jī)地址的分配并進(jìn)行封裝解封裝的操作；mac模塊包含核心的TDMA算法，在自己的時(shí)隙中進(jìn)行收發(fā)操作。

因此其發(fā)射過程應(yīng)為：由生成模塊生成帶有數(shù)據(jù)信息的包，經(jīng)由eth模塊分配目的地址并進(jìn)行格式封裝，然后mac模塊進(jìn)行時(shí)隙的判斷，在分配給自己的時(shí)隙將包送到無線發(fā)射模塊，無線發(fā)射模塊若未出現(xiàn)信道阻塞則將包送到天線并將包發(fā)射到指定節(jié)點(diǎn)，若出現(xiàn)阻塞則需等到信道閑的時(shí)候再進(jìn)行傳送。相應(yīng)的其接收過程應(yīng)為：由天線將接收到的包傳遞給無線接收模塊，無線接收模塊若未出現(xiàn)包的碰撞則將包送至mac模塊，若出現(xiàn)包的碰撞則將先至的包作為有效包后至的包作為噪聲包進(jìn)行噪聲計(jì)算，mac模塊對(duì)送來的包進(jìn)行地址檢測，若包的目的地址與自己的地址相同則接收包并傳至eth模塊，否則將包銷毀，eth模塊收到包后對(duì)包進(jìn)行解封裝操作提取有用信息并將包送往銷毀模塊，銷毀模塊收到包后對(duì)時(shí)延等統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行計(jì)算然后將包銷毀。

本文對(duì)LINK16數(shù)據(jù)鏈最重要的mac模塊的進(jìn)程域進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖2　mac模塊進(jìn)程域模型

mac模塊具有5個(gè)狀態(tài)機(jī)，其中idle狀態(tài)機(jī)對(duì)到來的包進(jìn)行判斷，若包是從eth發(fā)來的則進(jìn)入to ant狀態(tài)機(jī)，判斷時(shí)隙進(jìn)而將包送至無線發(fā)射機(jī)；若包是從tx發(fā)來的則進(jìn)入to eth狀態(tài)機(jī)，判斷時(shí)隙是否接受以及判斷是否為發(fā)送給自己的包，若都為真則發(fā)往eth模塊。LINK16的進(jìn)程域模型與LINK11中心節(jié)點(diǎn)的進(jìn)程域模型較相似，不同之處是對(duì)時(shí)隙的判斷上面。

圖3　時(shí)隙判斷流程

LINK16建模對(duì)時(shí)隙的判斷是核心內(nèi)容，這里不妨假設(shè)此節(jié)點(diǎn)被分配到的時(shí)隙塊為A-X-Y，即被分配到為A時(shí)隙組，起始時(shí)隙為A-X，重復(fù)率則為Y。下面論述如何判斷當(dāng)前時(shí)間是否處于包含在時(shí)隙塊A-X-Y的時(shí)隙內(nèi)。假設(shè)當(dāng)前時(shí)間為time-current，時(shí)隙長度slot=7.812 5 ms。其判斷過程如圖3所示：若最終在第4步中取余運(yùn)算結(jié)果為0，則此時(shí)隙是分配給該節(jié)點(diǎn)的時(shí)隙，該節(jié)點(diǎn)可進(jìn)行收發(fā)操作。

3飛機(jī)敏感性模型

本文通過建立針對(duì)雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈的有源欺騙式干擾模型來評(píng)估兩種數(shù)據(jù)鏈對(duì)飛機(jī)生存力的影響。在建立雷達(dá)有源欺騙式干擾模型之前，需要先建立導(dǎo)彈的制導(dǎo)模型。

圖4　飛機(jī)導(dǎo)彈空間相對(duì)位置

假設(shè)導(dǎo)彈和飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)位置為(xm,ym,zm)，飛機(jī)位置為(xt,yt,zt)；φ、γ分別為彈目視線相對(duì)于大地坐標(biāo)系的俯仰角和方位角；φm、θm分別為導(dǎo)彈速度的航向角、俯仰角，φt、θt分別為飛機(jī)速度的航向角、俯仰角。

1)導(dǎo)引頭系統(tǒng)

2)導(dǎo)引系統(tǒng)

假設(shè)導(dǎo)引系統(tǒng)為一階系統(tǒng)，則最終得到的角速度為

基于我國建筑信息模型產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀和形勢，分別從Strengths（優(yōu)勢）、Weaknesses（劣勢）、Opportunities(機(jī)遇)、Threats（威脅）四方面對(duì)我國建筑信息模型產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟發(fā)展進(jìn)行SWOT態(tài)勢分析（如圖6）。

式中,T1為導(dǎo)引系統(tǒng)時(shí)間常數(shù)。

本文的比例導(dǎo)引律為[12]：

式中,anc為導(dǎo)彈法向加速度，N′為有效導(dǎo)航比。因此，鉛垂面內(nèi)的導(dǎo)彈法向加速度為：

最終導(dǎo)引系統(tǒng)傳遞給自動(dòng)駕駛儀的anc(s)為：

式中，anc為導(dǎo)彈的指令過載，T2為指令環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)。

3)自動(dòng)駕駛儀階段

假設(shè)自動(dòng)駕駛儀的系統(tǒng)為二階系統(tǒng)，則最終得到的導(dǎo)彈輸出過載為：

式中，an為導(dǎo)彈的輸出過載；ωm、ζm分別為穩(wěn)定控制系統(tǒng)的固有頻率和阻尼系數(shù)。

至此導(dǎo)彈的制導(dǎo)建模結(jié)束，而雷達(dá)欺騙式干擾的具體流程為：干擾機(jī)收到雷達(dá)發(fā)射脈沖后，立即發(fā)回一個(gè)時(shí)間上稍有延遲而脈沖載頻、脈沖寬度、脈沖重復(fù)頻率均與雷達(dá)回波完全相同的脈沖，而脈沖功率比位于干擾機(jī)處的目標(biāo)回波強(qiáng)。然后，逐漸增加延遲，這樣就拖住了雷達(dá)角度跟蹤波門后移，破壞了對(duì)真實(shí)目標(biāo)的正確跟蹤。也就是在導(dǎo)彈的雷達(dá)導(dǎo)引頭對(duì)飛機(jī)進(jìn)行位置確定時(shí)，對(duì)其確定結(jié)果加上一個(gè)擾動(dòng)值 ：

式中，vdrag、adrag分別為干擾機(jī)對(duì)雷達(dá)導(dǎo)引頭的拖引速度與拖引加速度。包含欺騙式電子對(duì)抗的導(dǎo)彈具體制導(dǎo)過程計(jì)算流程如圖5所示：

圖5　導(dǎo)彈制導(dǎo)仿真流程圖

4數(shù)據(jù)鏈支持下飛機(jī)敏感性評(píng)估算例

本部分首先進(jìn)行LINK11、LINK16數(shù)據(jù)鏈的仿真，得到時(shí)延的仿真結(jié)果，然后將時(shí)延加入飛機(jī)敏感性評(píng)估模型中，得到數(shù)據(jù)鏈對(duì)飛機(jī)生存力的影響。

4.1LINK11數(shù)據(jù)鏈仿真

節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)鏈時(shí)延包含3個(gè)部分：排隊(duì)時(shí)延、傳輸時(shí)延以及傳播時(shí)延。即數(shù)據(jù)包產(chǎn)生后因未到分配時(shí)隙而排隊(duì)所造成的排隊(duì)時(shí)延；因天線對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸速率而造成傳輸時(shí)延；因無線電波在空間中的傳播而造成的傳播時(shí)延。一般來講，無線電波傳播造成的傳播時(shí)延由于光速的超高速度可忽略不計(jì)；排隊(duì)時(shí)延主要是由于時(shí)隙分配不合理而導(dǎo)致的數(shù)據(jù)大量阻塞所造成的，因此在時(shí)隙合理分配的情況下不會(huì)大量產(chǎn)生。同時(shí)本文主要考慮的是數(shù)據(jù)鏈對(duì)飛機(jī)生存力的影響，因此這里將重點(diǎn)考察傳播時(shí)延即天線的數(shù)據(jù)傳輸速率對(duì)整個(gè)數(shù)據(jù)鏈造成的影響。

針對(duì)不同性能的無線發(fā)射機(jī)，仿真時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸速率分別設(shè)定在2 000 bits/s、1 000 bits/s以及500 bits/s，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小為1 000 bits。

圖6　LINK11數(shù)據(jù)鏈時(shí)延

從上至下分別是傳輸速率為2 000 bits/s、1 000 bits/s以及500 bits/s時(shí)各節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)產(chǎn)生的時(shí)延。當(dāng)傳輸速率為2 000 bits/s時(shí)，其時(shí)延在0.5～1.5 s之間；當(dāng)傳輸速率為1 000 bits/s時(shí)，其時(shí)延在1～3 s之間；當(dāng)傳輸速率為500 bits/s時(shí)，其時(shí)延在2～6 s之間。這里以傳輸速率為500 bits/s時(shí)為例，其時(shí)延在2～6 s之間變換，這是由LINK11數(shù)據(jù)鏈的輪詢協(xié)議原理造成的：當(dāng)節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)生成時(shí)正好被點(diǎn)名，則數(shù)據(jù)可以以最快的時(shí)效發(fā)送出去；而另外一種極端情況，如果節(jié)點(diǎn)要發(fā)送的數(shù)據(jù)生成時(shí)該節(jié)點(diǎn)又剛好被點(diǎn)完名則此數(shù)據(jù)需要等待1個(gè)完整的輪詢過程才能再次發(fā)送。因此其時(shí)延具有較大的波動(dòng)性。

4.2LINK16數(shù)據(jù)鏈仿真

對(duì)LINK16進(jìn)行仿真時(shí)同樣將數(shù)據(jù)傳輸速率分別設(shè)定在2 000 bits/s、1 000 bits/s以及500 bits/s，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包大小為1 000 bits，時(shí)延結(jié)果見圖7。

圖7　LINK16數(shù)據(jù)鏈時(shí)延

從圖中可以看到雖然其時(shí)延上下浮動(dòng)，但最終時(shí)延穩(wěn)定在0.5 s、1 s與2 s，較LINK11數(shù)據(jù)鏈穩(wěn)定得多。從原理上講，LINK16數(shù)據(jù)鏈沒有中心節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需要發(fā)送的數(shù)據(jù)生成時(shí)，其很快可以發(fā)送出去而無需等待輪詢點(diǎn)名，因此其時(shí)延比較穩(wěn)定且較低。

從LINK11數(shù)據(jù)鏈與LINK16數(shù)據(jù)鏈的仿真結(jié)果可以看出，發(fā)射天線單位時(shí)間處理數(shù)據(jù)的能力越強(qiáng)，其發(fā)射信息的速度便越快，臨近節(jié)點(diǎn)接收到信息時(shí)所經(jīng)過的時(shí)延也越短。在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的戰(zhàn)場上，戰(zhàn)場形勢瞬息萬變，能夠及時(shí)地將信息共享、傳輸給友方單位對(duì)于提高整體的戰(zhàn)場生存能力至關(guān)重要，因此，時(shí)延是影響飛機(jī)生存力的重要參數(shù)。

4.3飛機(jī)敏感性評(píng)估

假設(shè)在沒有數(shù)據(jù)鏈支持時(shí)，飛行員在發(fā)現(xiàn)來襲導(dǎo)彈后有10秒鐘時(shí)間來對(duì)來襲導(dǎo)彈進(jìn)行有源欺騙式干擾。導(dǎo)彈導(dǎo)引頭參數(shù)以及飛機(jī)干擾機(jī)參數(shù)如下所示：

表1　雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈參數(shù)

表2　干擾機(jī)參數(shù)

按照?qǐng)D5的流程來計(jì)算有源欺騙式干擾情況下雷達(dá)的脫靶距離，仿真結(jié)果如圖8所示：

圖8　欺騙式干擾仿真結(jié)果圖

由圖中可以看出，欺騙式有源干擾應(yīng)盡量早開始實(shí)施干擾，這是由其干擾機(jī)理所決定的：欺騙式有源干擾是通過不斷拖動(dòng)雷達(dá)角度跟蹤波門，最終使雷達(dá)跟丟目標(biāo)，達(dá)到大的脫靶距離，因此當(dāng)實(shí)施欺騙式有源干擾時(shí)，就應(yīng)預(yù)留足夠的拖引時(shí)間來干擾導(dǎo)彈，從而達(dá)到增大脫靶距離，提高飛機(jī)的生存力。而從干擾效果的角度來看，即便一開始便對(duì)來襲導(dǎo)彈進(jìn)行有效干擾，其最終造成的脫靶距離只有不到70 m，不能完全保證飛機(jī)的安全性，因此還需要更早地實(shí)施干擾才能得到足夠大的脫靶距離，保證飛機(jī)的安全性。

當(dāng)有數(shù)據(jù)鏈支持時(shí)，對(duì)來襲導(dǎo)彈的預(yù)警便可以由探測能力更強(qiáng)的友方預(yù)警機(jī)單位來承擔(dān)。假設(shè)預(yù)警機(jī)對(duì)來襲導(dǎo)彈的告警時(shí)間可以達(dá)到15 s，但由于數(shù)據(jù)鏈時(shí)延的存在，當(dāng)信息由預(yù)警機(jī)傳至被攻擊飛機(jī)時(shí)，被攻擊飛機(jī)的實(shí)際告警時(shí)間會(huì)有所減小。根據(jù)前面對(duì)LINK11數(shù)據(jù)鏈與LINK16數(shù)據(jù)鏈的仿真結(jié)果，假設(shè)LINK11數(shù)據(jù)鏈的傳輸時(shí)延為3 s，而LINK11數(shù)據(jù)鏈的傳輸時(shí)延為1 s，則飛機(jī)員對(duì)來襲導(dǎo)彈實(shí)施電子對(duì)抗的時(shí)間便可分別延長至12 s與14 s。則在不同數(shù)據(jù)鏈支持下的對(duì)來襲導(dǎo)彈的干擾結(jié)果為：

圖9　不同時(shí)延下脫靶距離結(jié)果圖

根據(jù)仿真結(jié)果可以看到，數(shù)據(jù)鏈的支持使飛機(jī)對(duì)導(dǎo)彈的告警時(shí)間得到了增加，但由于數(shù)據(jù)鏈時(shí)延的存在，所以根據(jù)不同的數(shù)據(jù)鏈其真實(shí)的告警時(shí)間分別為14 s和12 s。但即便有時(shí)延的存在，數(shù)據(jù)鏈所帶來信息共享的優(yōu)勢相比于沒有數(shù)據(jù)鏈來說還是十分明顯的。當(dāng)數(shù)據(jù)鏈的時(shí)延越小，留給被攻擊飛機(jī)飛行員的反應(yīng)時(shí)間越長，對(duì)來襲導(dǎo)彈進(jìn)行干擾得就越充分，從而顯著增大了導(dǎo)彈的脫靶距離。從圖中可以看出，LINK11數(shù)據(jù)鏈的支持可以使導(dǎo)彈的脫靶距離達(dá)到200 m，而LINK16數(shù)據(jù)鏈可以使導(dǎo)彈的脫靶距離達(dá)到300 m。從此可以看出更加先進(jìn)的LINK16數(shù)據(jù)鏈更能帶來飛機(jī)生存力的提高。

5結(jié)論

本文根據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)信息共享與信息傳輸?shù)奶攸c(diǎn)建立了LINK11數(shù)據(jù)鏈與LINK16數(shù)據(jù)鏈模型，并得到表征數(shù)據(jù)鏈性能的重要參數(shù)：時(shí)延。然后建立了飛機(jī)對(duì)來襲導(dǎo)彈實(shí)施的有源欺騙式干擾模型。最后算例給出了在2種數(shù)據(jù)鏈支持下的飛機(jī)敏感性評(píng)估結(jié)果：當(dāng)飛機(jī)有數(shù)據(jù)鏈支持時(shí)，對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行預(yù)警的任務(wù)可交由友軍中探測能力更強(qiáng)的單位進(jìn)行，然后經(jīng)過數(shù)據(jù)鏈傳遞給被攻擊飛機(jī)，最后結(jié)果證明LINK16數(shù)據(jù)鏈相較于LINK11數(shù)據(jù)鏈傳播時(shí)延更短，因而更能增大導(dǎo)彈的脫靶距離。但無論哪種數(shù)據(jù)鏈，雖然有傳輸時(shí)延的存在，但其相較于無數(shù)據(jù)支持的情況還是能大大降低了飛機(jī)的敏感性，提高作戰(zhàn)飛機(jī)的戰(zhàn)場生存能力。因此數(shù)據(jù)鏈的存在對(duì)于飛機(jī)生存力大幅提高具有重要作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]Ball R E. The Fundamentals of Aircraft Combat Survivability Analysis and Design[M]. 2nd edition. AIAA Education Series，2003: Chaps.1, 4

[2]Mavris D, DeLaurentis D. An Integrated Approach to Military Aircraft Selection and Concept Evaluation[C]//1st AlAA Aircraft Engineering, Technology, and Operations Congress, 1995

[3]Soban D S, Mavris D N. Methodology for Assessing Survivability Tradeoffs in the Preliminary Design Process[C]//2000 World Aviation Conference, 2000

[4]Mahulikar S P, Rao G A, Kolhe P S. Infrared Signatures of Low-Flying Aircraft and Their Rear Fuselage Skin′s Emissivity Optimization[J]. Journal of Aircraft, 2006, 43(1): 226-232

[5]Pei Yang, Meng Hao, Song Bifeng. Shotline Method for Estimating Aircraft Infrared Radiant Intensity[J]. Journal of Aircraft, 2011, 48(6): 1928-1934

[6]Wang Xu, Song Bifeng, Hu Yifan. Analytic Model for Aircraft Survivability Assessment of a One-on-One Engagement[J]. Journal of Aircraft, 2009, 46(1): 223-229

[7]楊東升,慕德俊,戴冠中. 機(jī)載紅外誘餌運(yùn)動(dòng)特性仿真技術(shù)研究[J]. 西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2009,27(6):781-784

Yang Dongsheng, Mu Dejun, Dai Guanzhong. Kinetic Simulation of the Characteristics of Airborne Infrared Flares[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2009, 27(6): 781-784 (in Chinese)

[8]U S Department of Defense. Acquisition Modeling and Simulation Master Plan[R]. Washington. DC: US Department of Defense，ADA547892, 1995

[9]Liu Shenghua, Gao Fei, Shi Wenyu, Yin Shitan. Simulation and Analysis of Polling Multiple Access System for Tactical Data Link by Matlab Stateflow Modeling[C]//International Conference on Computer Design and Application(ICCDA), 2010

[10] 李衛(wèi),王杉,魏急波. 基于OPNET的Link 16建模與仿真[J]. 系統(tǒng)工程與電子技術(shù), 2006, 28(12):1916-1918

Li Wei, Wang Shan, Wei Jibo. OPNET-Based Modeling and Simulation of Data Link 16[J]. Systems Engineering and Electronics, 2006, 28(12): 1916-1918 (in Chinese)

[11] Wilson W J. Applying Layering Principles to Legacy Systems: Link 16 as a Case Study[C]//IEEE Military Communications Conference, Communications for Network-Centric Operations: Creating the Information Force, 2001

[12] Zarchan Paul. Tactical and Strategic Missile Guidance[M]. 2nd edition. AIAA Tactical Missile Series, 1994: Chaps.10

[13] Cao Yuan, Fang Weihua , Li Lin, et al. A Quantitive Method to Assess Monopulse Radar Seeker Angle Measurement Performance in The Presence of Noise Jamming[C]//2011 IEEE CIE International Conference on Radar, 2011

[14] Sun Yumeng, Chen Jie, Guo Caihong, et al. The Advanced Simulation System for MMW Imaging Radar Seeker onboard Air-to-Air Missile[C]//8th International Conference of Signal Processing, 2006

An Assessment of Aircraft Susceptibility

under the Support of Data Link

Shi Shuai, Song Bifeng, Pei Yang, Zhang Ruiwen

(College of Aeronautics, Northwestern Polytechnical University, Xi′an 710072, China)

Abstract:The NCW (Net Centric Warfare) is characterized by information sharing and information transmission. When the aircraft gets the information from friendly forces, it can obtain a better situation awareness and the survivability will be improved. Under this background, a method for assessing the aircraft susceptibility with the support of data link is proposed. First, the models respectively of LINK11 and LINK16 are built. The time delay reflecting the capability of the data link is obtained. Second, the active deception jamming model between the aircraft and the missile is built. At last, an example is simulated to illustrate the effect of the data link on the aircraft susceptibility . The results indicate that the shorter the time delay is, the longer the time will be left for the pilot and the jamming will be more effective. Regardless of the use of either data link , as compared with the case without data link, the advantage brought by data link is very obvious. By applying data link to the existing aircraft susceptibility model, the advantage of information sharing can be analyzed quantitatively, and the results can be applied to aircraft survivability design.

Key words:acceleration, air to air missiles, air to surface missiles, aircraft, angular velocity, closed loop systems, computer simulation, conceptual design, data fusion, data processing, electronic data interchange, electronic guidance systems, electronic timing devices, flowcharting, information fusion, infrared spectrographs, magnetic susceptibility, stealth technology, time delay; data link, deception jamming

中圖分類號(hào)：V211

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào):1000-2758(2015)05-0811-08

作者簡介：石帥(1987—)，西北工業(yè)大學(xué)博士研究生，主要從事飛行器總體設(shè)計(jì)、飛行器生存力敏感性設(shè)計(jì)研究。

基金項(xiàng)目：中央高校基本科研業(yè)務(wù)專項(xiàng)資金(310201401JCQ01004)資助

收稿日期：2015-03-01