Совместная тактическая информационная распределенная система связи JTIDS

Введение

Радиосистема, используемая вооруженными силами США

Совместная система распределения тактической информации (JTIDS) – это сетевая радиосистема распределенного множественного доступа с временным разделением каналов (DTDMA), используемая Министерством обороны США и их союзниками для обеспечения передачи данных, главным образом в сфере противовоздушной и противоракетной обороны. Она формирует широкополосный сигнал, используя частотную манипуляцию (FSK) и фазовую манипуляцию (PSK) для распределения излучаемой мощности по более широкому спектру (диапазону частот), чем при обычных радиопередачах. Это снижает восприимчивость к помехам, радиоэлектронному подавлению и перехвату. В JTIDS, при множественном доступе с временным разделением каналов (TDMA) – технологии, схожей с сотовой связью – каждый временной интервал (например, 1 секунда) разделяется на временные слоты (например, 128 в секунду). Все 1536 временных слотов в 12-секундном интервале вместе называются "кадром". Каждый временной слот последовательно "заполняется" (передается) на нескольких различных несущих частотах. Внутри каждого слота фазовый угол передаваемого импульса изменяется для реализации PSK. Каждому типу передаваемых данных присваивается слот или блок слотов (канал) для управления обменом информацией между группами пользователей. В традиционной TDMA частоты слотов остаются фиксированными от секунды к секунде (от кадра к кадру). В JTIDS TDMA частоты слотов и/или назначение слотов для каждого канала не остаются фиксированными от кадра к кадру, а изменяются псевдослучайным образом. Назначение слотов, частоты и информация зашифрованы для обеспечения компьютерной связи между платформами всех видов вооруженных сил, включая истребители ВВС и подводные лодки ВМС. Полная разработка JTIDS началась в 1981 году, когда контракт был заключен с компанией Singer Kearfott (позже GEC Marconi Electronic Systems, а ныне BAE Systems E&IS). Полевые испытания и развертывание шли медленно в конце 1980-х и начале 1990-х годов, а затем быстро расширились (после 11 сентября) в рамках подготовки к операции «Несокрушимая свобода» (Афганистан) и операции «Иракская свобода». В настоящее время разработку ведут Data Link Solutions (совместное предприятие BAE/Rockwell Collins), ViaSat и международный консорциум MIDS.

The Joint Tactical Information Distribution System (JTIDS) is an L band Distributed Time Division Multiple Access (DTDMA) network radio system used by the United States Department of Defense and their allies to support data communications needs, principally in the air and missile defense community. It produces a spread spectrum signal using Frequency shift keying (FSK) and Phase shift keying (PSK) to spread the radiated power over a wider spectrum (range of frequencies) than normal radio transmissions. This reduces susceptibility to noise, jamming, and interception. In JTIDS Time Division Multiple Access (TDMA) (similar to cell phone technology), each time interval (e. g., 1 second) is divided into time slots (e. g. 128 per second). Together, all 1536 time slots in a 12 second interval are called a "frame". Each time slot is "bursted" (transmitted) at several different carrier frequencies sequentially. Within each slot, the phase angle of the transmission burst is varied to provide PSK. Each type of data to be transmitted is assigned a slot or block of slots (channel) to manage information exchanges among user participation groups. In traditional TDMA, the slot frequencies remain fixed from second to second (frame to frame). In JTIDS TDMA, the slot frequencies and/or slot assignments for each channel do not remain fixed from frame to frame but are varied in a pseudo random manner. The slot assignments, frequencies, and information are all encrypted to provide computer to computer connectivity in support of every type of military platform to include Air Force fighters and Navy submarines. The full development of JTIDS commenced in 1981 when a contract was placed with Singer Kearfott (later GEC Marconi Electronic Systems, now BAE Systems E&IS). Fielding proceeded slowly throughout the late 1980s and early 1990s with rapid expansion (following 9/11) in preparation for Operation Enduring Freedom (Afghanistan) and Operation Iraqi Freedom. Development is now carried out by Data Link Solutions, a joint BAE/Rockwell Collins company, ViaSat, and the MIDS International consortium.

О

JTIDS – это одно из семейства радиооборудования, реализующего так называемый Link 16. Link 16 – это высокозащищенная система радиосвязи, разработанная для удовлетворения самых строгих требований современного боя, обеспечивающая надежную ситуационную осведомленность (SA) для быстродвижущихся сил. Оборудование Link 16 продемонстрировало в ходе детальных полевых испытаний, а также при развертывании AWACS и JSTARS в операции «Desert Storm» способность базовой системы Link 16 обмениваться пользовательскими данными со скоростью 115 кбит/с с коррекцией ошибок. (Для сравнения, типичные тактические системы работают на скорости 16 кбит/с и также требуют накладных расходов свыше 50% для обеспечения аналогичной надежности передачи.) Хотя Link 16 в первую очередь является сетью передачи данных, радиостанции Link 16 могут обеспечивать высококачественные голосовые каналы и навигационные услуги, сопоставимые по точности с любыми имеющимися в распоряжении. Каждый пользователь Link 16 может идентифицировать себя другим платформам, оснащенным аналогичным оборудованием, на дальностях, значительно превышающих возможности систем идентификации «свой-чужой» Mark XII (IFF). Кроме того, платформы, оснащенные Link 16 и способные к идентификации другими средствами (например, с помощью радара и TENCAP Blue Force Tracking), могут передавать эти "косвенные" данные идентификации в рамках обмена информацией о ситуационной осведомленности. Возможности Link 16 наилучшим образом представлены терминалами JTIDS или его преемниками – многофункциональной системой распределения информации (MIDS). Формат сообщений TADIL J является основой для требований, изложенных в Плане управления тактической связью данных Министерства обороны. Существуют преимущества от полномасштабного внедрения двух ключевых элементов Link 16: (1) "каталога" сообщений и (2) специфической радиочастотной формы сигнала (т.е. частотно-разностная модуляция, Lx-диапазон CPSM, широкополосная модуляция и кодирование Рида-Соломона, всенаправленное вещание). Терминалы Link 16 реализуют протоколы "NI" типа "узел-узел", а также один или несколько пользовательских интерфейсов, соответствующих требованиям ICD.

История и происхождение

JTIDS начался с исследовательского планирования, спонсируемого подразделением электронных систем ВВС (ESD) Advanced Plans (XR) на авиабазе L. G. Hanscom. Исследование было проведено корпорацией MITRE в 1967 году, а главными исследователями были Вик Десмаринс, впоследствии ставший президентом MITRE, и Гордон Уэлчман, сыгравший ключевую роль во взломе немецкого шифра Enigma в качестве руководителя "Hut 6" в Блетчли-Парке, Англия. Гордон написал книгу под названием "История о хижине 6", в которой описал свою деятельность и представил дополнительную информацию о своей работе в MITRE. Исследование показало, что на поле боя имелась ценная информация, которая не доходила до боевых подразделений, нуждающихся в ней, из-за фундаментальных недостатков в архитектуре связи. Гордон предложил радикальную архитектуру, в которой элементы, обладающие критически важной информацией, могли бы ее транслировать, а подразделения, нуждающиеся в информации, могли бы выборочно обрабатывать только то, что имело непосредственную ценность. Это было значительным отходом от используемых в то время архитектур связи, ориентированных на каналы, и способом устранения перегруженности и путаницы в радиосетях, связывающих самолеты и некоторые наземные силы. Второй рекомендацией стала необходимость в единой и надежной системе координат, доступной всем боевым элементам, получившей название "Общая сетка координат". Все исследование было названо "Управление и наблюдение за своими силами" (CASOFF). Исследование по продвинутому планированию было хорошо воспринято как в MITRE, так и в ESD, и было принято решение продолжить практическую разработку, чтобы выяснить, можно ли воплотить эти идеи в работоспособную систему. В 1968 году технический директор MITRE Джон Х. Монахан назначил Эрика Эллингсона руководителем этого проекта, и Эллингсон сформировал техническую группу для реализации этих идей. Вскоре стало очевидно, что архитектура CASOFF была достаточно радикальной, и требовалась деятельность по "подтверждению концепции", чтобы лучше понять и продемонстрировать осуществимость и преимущества такого подхода. Демонстрационная система использовала синхронизированную архитектуру с множественным доступом с временным разделением каналов (TDMA) и включила определение местоположения как неотъемлемую часть процесса связи. Поскольку финансирование было крайне ограниченным, были предприняты все усилия для использования имеющегося оборудования. Передатчики представляли собой избыточные ответчики AN/APX 25 IFF, а обработка данных осуществлялась с использованием избыточных компьютеров IBM 4piTC 2, полученных из программы обхода местности F-111. Уникальные компоненты, называемые блоками управления и отображения (CDU), были изготовлены в лаборатории MITRE. К 1970 году была построена рабочая система TDMA, а наземные станции были установлены на Бостон-Хилл в Андовере (штат Массачусетс), Миллстоун-Хилл в Гротоне (штат Массачусетс), в MITRE в Бедфорде (штат Массачусетс) и на Проспект-Хилл в Уолтеме (штат Массачусетс). Воздушный терминал также был установлен в навигационном тренажере ESD T-29. Были проведены испытания как архитектуры связи, так и возможностей определения местоположения, и общая конструкция системы оказалась практичной. Следует отметить, что эта демонстрация предшествовала GPS, Ethernet и Интернету, каждый из которых включал в себя аналогичные принципы. Также стоит отметить, что эти эксперименты не были бы возможны без поддержки Джона Клотца из DOD/DDR&E. В 1972 году генерал Кен Рассел, руководитель офиса программ системы AWACS, спросил Эллингсона, может ли MITRE поддержать демонстрацию AWACS в 1973 году для ключевых представителей НАТО в Европе. Идея заключалась в том, чтобы передать данные AWACS в наземные командные и контрольные центры в выбранных местах по всей Европе, чтобы продемонстрировать, как AWACS может усилить их существующие возможности противовоздушной обороны. Рассел полагал, что демонстрационная система MITRE CASOFF справится с этой задачей. Эллингсон ответил утвердительно и немедленно приступил к реализации необходимых интерфейсов с различными системами НАТО и оснащению самолета KC-135, который должен был использоваться в качестве ретранслятора. В 1973 году состоялась демонстрация AWACS с интерфейсами к британской системе Linesman, французской системе Strida II, системе наземного окружения НАТО в Германии и элементу тактической системы управления и связи 407L в Бельгии, а также системам 407L в Зембахе и Ной-Ульме в Германии. Армейский объект NIKE на казарме Флигерхорст возле Ханау в Германии также был оснащен. Демонстрация прошла очень успешно и вызвала большой интерес НАТО как к AWACS, так и к JTIDS. В этот период название программы несколько раз менялось. Джону Клотцу не нравились аббревиатуры, и он назвал программу "Тактическое определение местоположения/Общая сетка возможностей" (Tactical Position Location/Common Grid Capability), что сразу же стало известно как Tipplekeg. Затем программа называлась "Сообщение о местоположении и управление тактическими самолетами" (Position Location Reporting and Control of Tactical Aircraft - PLRACTA). К моменту первой европейской демонстрации программа была известна как Seek Bus. Наконец, в 1973 году Министерство обороны создало совместный программный офис, в котором ВВС выступили в качестве исполнительного органа, и полковник Бриден Брентналл был назначен руководителем программного офиса системы. Совместный программный офис располагался вместе с группой разработки Эллингсона в MITRE. С тех пор программа официально стала известна как "Совместная тактическая система обмена информацией" (Joint Tactical Information Distribution System - JTIDS). Однако, поскольку НАТО не использовало термин "совместный" в описаниях своих систем, класс 1 Hughes Improved Terminal (HIT), установленный на E-3A НАТО, в документации Boeing назывался "Системой связи, устойчивой к помехам" (ECM Resistant Communications System - ERCS). В 1975 году была проведена вторая европейская демонстрация AWACS и JTIDS под руководством директора офиса программ AWACS, генерала (Ларри) Лоуренса А. Скантца. Был добавлен и продемонстрирован интерфейс с военно-морской системой NTDS на борту крейсера с управляемыми ракетами в Средиземном море. Высокопоставленные лица могли просматривать данные AWACS в различных местах NTDS, включая атомный авианосец. В результате этих демонстраций и проявленного интереса НАТО была создана программа НАТО JTIDS под названием "Многофункциональная система обмена информацией" (Multifunction Information Distribution System - MIDS). В этот период контракты были заключены с Hughes Aircraft (Ground Systems Group) на разработку терминала, пригодного для эксплуатации в AWACS и наземных системах управления и связи, а с Singer Kearfott Corporation, ныне BAE Systems, на разработку терминала, пригодного для установки на истребителях. Проект Hughes возглавлял Боб Крамп, а проект Singer - Джон Спутц. В координации с работой подрядчиков команда MITRE под руководством Майрона Лейтера, состоящая из инженеров по связи и цифровой обработке сигналов, усовершенствовала конструкцию JTIDS для оптимизации подавления помех и производительности канала связи. Результаты этих усилий были включены в технические характеристики и предоставили рекомендации подрядчикам. Оперативные соображения были предоставлены опытными пилотами боевых самолетов ВВС, полковниками Кеном Кронлундом и Клиффом Миллером, а также ценные данные из Центра тактических истребительных вооружений ВВС. Пара самолетных тренажеров были оснащены дисплеями, подобными F-15, и использовались для оценки методов отображения и понимания рабочей нагрузки и преимуществ пилотов. В 1979 году Эллингсон был повышен до должности заместителя технического директора дивизиона управления и связи MITRE, в 1982 году стал техническим директором дивизиона связи MITRE, а в 1986 году - техническим директором дивизиона управления и связи MITRE. В этот период он не нес повседневной ответственности за управление программой, но осуществлял надзор. Эллингсон вышел на пенсию из MITRE в 1989 году. JTIDS был создан не одним человеком. Скорее, это был результат работы группы специалистов, каждый из которых обладал опытом в определенных областях, включая, но не ограничиваясь ими, системную инженерию, оперативный анализ, анализ затрат и выгод, стандарты сообщений, разработку программного обеспечения, связь, обработку сигналов, анализ уязвимостей, обнаружение и исправление ошибок, конструкцию антенн, многолучевой анализ, электромагнитную совместимость, машиностроение, навигацию, разработку спецификаций и другие. В течение значительного периода времени при разработке JTIDS было занято до 50 человек на полную ставку.

JTIDS began with an advanced planning study sponsored by the Air Force Electronic Systems Division (ESD) Advanced Plans (XR) at L. G. Hanscom Air Force Base. The study was conducted by the MITRE Corporation in 1967 and the principal investigators were Vic Desmarines who later became MITRE President and Gordon Welchman who had been instrumental in breaking the German Enigma machine code as the head of "Hut 6" at Bletchley Park, England. Gordon wrote a book titled "The Hut 6 Story" which described his activities and contains some additional information about his work at MITRE. The study concluded that on the battlefield valuable information was available that was not getting to the combat forces that needed it because of fundamental deficiencies in communications architecture. Gordon suggested a radical architecture where elements that had critical information could broadcast it and units that needed the information could selectively process what was of immediate value. This was a significant departure from the circuit oriented communications architectures then in use and a way to eliminate overcrowding and confusion in the radio nets used to interconnect aircraft and some ground forces. A second recommendation was the need for a consistent and reliable basis for position which was available to all combat elements dubbed a "Common Position Grid". The overall study was called "Control and Surveillance of Friendly Forces" CASOFF. The advanced planning study was well received both at MITRE and ESD and it was decided to pursue a practical design to see if these ideas could be translated into a usable system. In 1968 MITRE Technical Director John H. Monahan appointed C. Eric Ellingson to head this effort and Ellingson put together a technical team to pursue these ideas. Early on it became apparent that the CASOFF architecture was sufficiently radical that a "proof of concept" activity was needed to better understand and ultimately demonstrate the feasibility and benefits of such an approach. The demonstration system used a synchronized Time Division Multiple Access architecture and incorporated position location as an integral part of the communications process. Because funds were extremely limited every effort was made to use already available equipment. Transmitters were surplus AN/APX 25 IFF transponders and data processing was accomplished using surplus IBM 4piTC 2 computers that were obtained from the F 111 terrain avoidance program. The unique components called the Control and Display Units (CDU) were built in the MITRE laboratory. By 1970 an operating TDMA system had been constructed and ground stations were installed at Boston Hill in Andover MA, Millstone Hill in Groton MA, MITRE in Bedford, MA and Prospect Hill in Waltham, MA. An airborne terminal was also installed in an ESD T 29 Navigation Trainer. Tests of both the communications architecture and position location capability were conducted and the overall system design was shown to be practical. Note that this demonstration preceded GPS, Ethernet and the internet each of which incorporated similar principles. It is also worth noting that these experiments would not have been possible without the support of John Klotz of DOD/DDR&E. In 1972 General Ken Russell, the AWACS System Program Office chief asked Ellingson if MITRE could support a 1973 demonstration of AWACS to key NATO personnel in Europe. The idea was to bring the AWACS data to the ground command and control centers in selected locations throughout Europe to show how AWACS could augment their existing air defense capability. Russell thought that the MITRE CASOFF demonstration system could do the job. Ellingson responded in the affirmative and immediately set about to implement the needed interfaces with the various NATO systems and equipping a KC135 aircraft that was to be used as a relay. In 1973 the AWACS demonstration took place with interfaces to the British Linesman system, the French Strida II system, the NATO Ground Environment System in Germany and an element of the U. S. 407L Tactical Command and Control System in Belgium and 407L systems at Sembach and Neu Ulm in Germany. An Army NIKE site at the Fliegerhorst Caserne near Hanau Germany was also equipped. The demonstration was very successful and generated great NATO interest in both AWACS and JTIDS. During this period the name of the program underwent several iterations. John Klotz didn't like acronyms and dubbed the program Tactical Position Location/Common Grid Capability which immediately became Tipplekeg. Next the program was called Position Location Reporting and Control of Tactical Aircraft (PLRACTA). At the time of the first European demonstration the program was known as Seek Bus. Finally in 1973 DOD created a joint program office with the Air Force as Executive agent and Col. Breeden Brentnall was appointed as System Program Office Chief. The Joint Service SPO was co located with Ellingson's development group at MITRE. From then on, the program was officially known as Joint Tactical Information Distribution System (JTIDS). However, since NATO didn't use the term "joint" in their system descriptions, the Class 1 Hughes Improved Terminal (HIT) installed on the NATO E 3A was referred to in Boeing documentation as the "ECM Resistant Communications System (ERCS)." A second European demonstration of AWACS and JTIDS was conducted in 1975 under the direction of AWACS SPO Director Gen. (Larry) Lawrence A. Skantze. An interface with the Navy NTDS system was added and demonstrated aboard a Guided Missile Cruiser in the Mediterranean. Dignitaries were able to view AWACS data at various NTDS locations including a Nuclear Aircraft Carrier. As a result of these demonstrations, and resulting NATO interest, a NATO JTIDS program was instituted called Multifunction Information Distribution System (MIDS). During this period contracts were awarded to Hughes Aircraft (Ground Systems Group) to develop a terminal suitable for operational use in AWACS and ground command and control systems and to Singer Kearfott Corporation, now BAE Systems, to develop a terminal suitable for fighter aircraft installation. The Hughes effort was led by Bob Kramp and the Singer effort by John Sputz. In concert with contractor efforts a MITRE team led by Myron Leiter and consisting of communications and digital signal processing engineers refined the JTIDS design to optimize interference rejection and link performance. The results of these efforts were incorporated into performance specifications and provided guidance to the contractors. Operational considerations were provided by experienced Air Force combat pilots Col. Ken Kronlund and Col. Cliff Miller as well as valuable inputs from the Air Force Tactical Fighter Weapons Center. A pair of jet instrument trainers were equipped with F 15 like displays and were used to evaluate display techniques and understand pilot work load and benefits. Ellingson was promoted to Associate Technical Director of the MITRE Command and Control Division in 1979, became Technical Director for the MITRE Communications Division in 1982 and in 1986 Technical Director for the MITRE Command and Control Division. During this period he did not have day to day management responsibility for the program but did have oversight responsibility. Ellingson retired from MITRE in 1989. JTIDS was not created by a single individual. Rather it was the culmination of a group of individuals each having expertise in specific disciplines including but not limited to system engineering, operational analysis, cost benefit analysis, message standards, software development, communications, signal processing, vulnerability analysis, error detection and correction, antenna design, multipath analysis, electromagnetic compatibility mechanical engineering, navigation, specification generation and others. For a considerable period during JTIDS conception as many as 50 people were employed full time in its development with as many as 50 more in part time supporting roles. In the ensuing years the program has transitioned from an intensive development effort to a more classical acquisition effort. Development has continued but efforts have been oriented more toward incorporation of breakthroughs in technology and efforts to improve quality and reduce size, weight and cost. In the early 1990s the Navy took over the executive management of the program. As the program has expanded throughout the U. S services and NATO a great deal on operational innovation has occurred driven by the basic flexibility of the architecture and the imagination of the operational user. As a result, the operational utility of the system has been enhanced over what was originally envisioned by the early developers. Although the JTIDS system has been a long time in development most of the technology is still "state of the art" and the system should be viable for the foreseeable future. JTIDS is also used by other members of NATO.