应用需求：基于IP协议的网络架构及航空骨干网的发展方向

1）航空信息网络是未来空中作战与指挥的重要依托

未来网络中心战体系中的空中作战与指挥将呈现两个特点：一方面，单架战机的战斗力并不仅仅取决于它所携带的武器数量，而更大程度取决于与联合作战网络内参与作战成员的信息共享与协同能力，没有充分的信息共享与支援，携带再多的武器也没有用武之地；另一方面，依靠单个预警机、指挥通信机平台的传感探测和指挥控制已无法满足空中作战平台对信息共享的需求，有必要将多层次、多平台的传感器、指挥控制节点、武器平台等链接成所谓的航空信息网络，由此实现战场综合态势感知、综合信息处理与分发、空中指挥控制、协同作战和战场管理等。因此，通过构建航空信息网络，可以极大地提高空中平台的信息共享能力，进而全面提高平台的战斗力；另一方面，可以将现有的地面指挥系统拓展到空中，有效扩展空中作战指挥半径和效能。根据目前已有的研究成果，趋于一致的看法是，航空信息网络从结构上可分为网格型骨干网与多种异构战术子网两部分，从网络特征上是一种拓扑高动态变化的混合、分层、移动自组织网络，其拓扑结构如图1.6所示。

航空骨干网由宽带数据链构成，能够覆盖整个战场空域并在大范围联合作战中实现综合业务传输，并与地面子网、海上子网以及空间平台形成骨干网络由。骨干网节点由大型空中平台组成，主要包括预警机、指挥通信机、长航时无人机、情报侦察机以及邻近空间飞行器等。这些具有稳定移动轨迹及较强载荷能力的节点通过宽带链路数据链相互链接，并通过IP协议及分布式自组织路由功能实现网络化信息传输。骨干节点通常作为战术子网与骨干网之间的网关，完成消息格式与网络协议的转换。此外，高级骨干节点（如指挥通信机）除了具备上述功能外，还需要向上接入一体化战术互联网，使之成为多部队联合作战的空中信息分发节点。

图1.6　航空信息网络典型结构

对于航空骨干网络机间链路有3个基本要求：一是宽带宽，因为骨干网作为空中指挥信息系统的高速路由通道，必须具备完成诸如视频图像等战场态势的大容量信息的传输。二是抗干扰能力强，在空域多平台进行互联时除了抵御敌方干扰，相互之间也不能干扰，保障链路畅通。三是隐身能力强，在空域通信时不被敌方检测到，若信息交互不具备良好的隐身特性，将面临有源和无源双重被探测的威胁。

航空战术子网的规模相对较小，但实时性、吞吐量较高，通常由各类射频战术数据链构成。战术子网主要由有人／无人作战飞机、巡航导弹以及空-空／空-地打击武器等战术节点组成。各批次作战飞机与预警机之间通过射频指挥控制数据链组成态势感知与指挥控制网络；同批次作战飞机通过机间射频数据链组成高吞吐量、延时敏感的协同交战网络，缩短从传感器到射手的信息延时，增强对时延敏感目标的打击能力。另外，基于IP协议的战术子网可以连接骨干节点，并通过骨干网与其他子网节点建立端到端连接。航空信息网络应当采用基于IP协议标准的统一网络协议架构，如图1.7所示。

图1.7　基于统一IP协议的网络协议架构

目前国际上已有的各型数据链经过相应的改造即可构成各种战术子网，可以完成相应的战术任务。而如何构建航空骨干网就成为急需研究的课题。航空骨干网的关键技术包括链路技术、路由技术、网络协议、网络管理、服务质量等。

2）航空骨干网是宽带数据链的发展方向(www.xing528.com)

为了实现机间信息交互，国际上正在研究指控链、武器协同链以及宽带链3个不同应用需求的数据链，其中指挥引导数据链主要用于飞机起飞后到飞达交战区这一阶段，通过地面或空中指挥员对飞机的飞行航机进行指挥引导。此阶段以态势分发和引导指令下达为主；机间指控链主要实现机间指控信令的传输，速率较低；武器协同数据链主要用于编队间的协同作战，通过编队间快速的信息交互（雷达信息等）实现对目标的精确定位、跟踪及打击，对带宽、时延要求高。宽带数据链主要用于情报、监视与侦察（ISR）信息的传输，对带宽要求更高，但对时延要求较低。由此可见，宽带数据链是航空骨干网的基础，机间指控链和武器协同链对应于战术子网。

目前基于射频的链路主要存在3个问题：

（1）数据传输速率低。从传输速率来看，射频数据链带宽数百千比特每秒，只能传输简单的指令信息，如敌机瞬时态势、友机位置、燃料、武器配置等，难以完成诸如视频图像等战场态势的大容量信息的传输。

（2）隐身能力弱。从技术体制而言，目前使用的主要用于信息分发和指挥引导的射频数据链采用全向通信模式，这种全向通信模式的数据链无法满足机间数据链低截获要求，有被敌方无源探测系统容易感知的风险。为了降低机间数据链系统被截获概率，需要研制微波频段、定向通信模式的机间数据链。

（3）强电磁干扰环境下通信能力弱。射频数据链最大的问题是抗电磁干扰能力弱，不仅仅是抗敌方主动干扰能力弱，而且友方系统间的相互电磁干扰很容易造成系统无法正常传输信息。为了增加通信的抗干扰能力，通常用的手段有：①采用扩频技术（直扩、跳扩）；②采用编码技术（卷积编码、RS编码、LDPC编码等）；③采用跳时脉冲突发技术。但是从实际应用来看，各种跳频和扩频方案的配频程序极其复杂，占用很多时间，造成实际应用效率低，难以满足训练和作战需求。因此，射频链路只适合构建各类战术子网，而具有低截获、高速、抗干扰通信特点的激光链路就成为未来构建航空骨干网的理想方案。

3）航空激光链路骨干网的技术优势

利用激光链路构建航空骨干网，有三大优势：大容量传输、隐身传输和强电磁干扰下的传输。原因是：①利用现有成熟光通信技术很容易实现吉比特／秒量级以上的传输速率，满足各种战场信息的传输；②激光的单色性、相干性和方向性决定了激光传输的发散角小，为毫弧度量级，光通信基本上是点对点通信，接收机只有落在激光束的光斑范围内才能接收到信号，因此难以被截获，传输的保密性好，具备了良好的空间传输隐身能力；③由于光通信的波长远小于微波通信，频谱特性决定了目前为止还没有实用化的针对光通信的干扰措施，因此激光可以在强电磁干扰下实现通信。同时，光通信容易实现设备轻、小型化，具有良好的电磁兼容性，不会对其他电子设备造成干扰，在飞机内部等狭小平台应用的潜力较大。

由此可见，机间光通信技术是建立航空骨干网的理想方案。结合未来空中作战对战机信息支援能力需求、光通信的优势及技术成熟度，机载激光大容量隐身信息传输技术有望首先在轰炸效果评估大容量信息传输、预警侦察信息隐身传输等方面发挥宽带传输的作用，作为完善机载通信的新型手段，将会在提高战机战斗力和战场生存率方面发挥重要作用。

4）激光信号对机上装备和人身安全的问题

激光对物质的热损伤效应取决于激光的功率大小和波长特性。不同大小的功率产生的热效应不同，不同波长的激光具有不同的热效应。对机上人员而言，尽管高功率激光能够灼伤人的皮肤，但是与之相比，它对于眼睛的危害性更加严重。激光危害人眼睛的主要特性是高功率密度和方向性好。正是由于方向性好，使得眼球的晶状体将射来的平行激光束在视网膜上聚焦成很小的光斑，造成视网膜损伤。人眼所能承受的最强激光照射取决于激光的波长，而与眼睛对激光的透射率无关。试验表明，对于波长400～1 400 nm波段的激光辐射，视网膜可能会受到伤害，其中波长在400～700 nm波段内造成的伤害最严重；因为眼睛前部的器官（角膜、水状液体和晶状体）对这些波段的激光透射率最高。如果波长大于700 nm，部分辐射在到达视网膜之前被吸收；对于波长大于1.4μm的红外激光，角膜和水状液体会吸收入射辐射；对于波长大于1.9μm的辐射，只有部分被角膜吸收。另外，波长小于315 nm的激光，则将完全被角膜吸收，若采用目前地面光通信常用的波长1 550 nm激光，属于安全波段范围。另外，根据国际激光安全标准确定的不产生伤害的激光束的安全距离和功率密度，偶尔直视（辐射时间50μs）对于大于1.4μm的红外激光，辐射时间和功率密度阈值更高，就一般航空光通信而言，发射的初始功率最大2 W，经过100 km量级的传输后衰减至2 mW左右，光束扩散和功率衰减，导致功率密度在人眼安全阈值以下，可见对人眼是安全的。

对于机上装备的辐照影响主要是对光学探测设备的饱和效应，考虑到所用激光是通信量级的光功率，而不是激光武器量级的光功率，对机上光学探测装备不会形成影响。另外，在已有实际演示验证研究中，未见有任何对人眼和机上装备产生影响的明显实例。同时，在实际安装过程中会合理设计安装位置，进一步避免对机上人员和装备的影响。