美軍軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

趙小龍,祝佳磊,聶　婧，趙　震

(中國人民解放軍61541部隊,北京 100094)

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·情報分析·

美軍軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

趙小龍,祝佳磊,聶婧，趙震

(中國人民解放軍61541部隊,北京 100094)

介紹了軍事衛(wèi)星通信在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的地位和作用，著重分析了美軍三大軍事通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，并說明了美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展帶來的啟示。

美軍；衛(wèi)星通信；啟示

0　引言

高新技術的迅猛發(fā)展及其在軍事領域的廣泛應用，使武器系統(tǒng)、軍隊結構、戰(zhàn)爭方法、指揮手段及戰(zhàn)爭樣式等各個方面發(fā)生了革命性變化。以衛(wèi)星為主體的空間信息系統(tǒng)將成為一體化全球信息感知、指揮控制系統(tǒng)的核心。衛(wèi)星通信具有距離遠、容量大、可靠性強和機動靈活等優(yōu)點，已成為軍事大國全球軍事通信系統(tǒng)的一個重要組成部分。在聯(lián)合作戰(zhàn)移動通信、越洋及跨海通信、大范圍戰(zhàn)場態(tài)勢信息發(fā)布、邊遠散及特殊通信、快速重構野戰(zhàn)通信、遠程數(shù)據(jù)鏈、偵察監(jiān)視、境外數(shù)據(jù)中繼、情報信息快速采集和分發(fā)等方面，衛(wèi)星通信在所有信息傳輸手段中處于主導地位。伊拉克戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、利比亞戰(zhàn)爭以及近期打擊 “伊斯蘭國”的行動中，美軍通過調(diào)動多顆衛(wèi)星參與偵察和保障通信，在戰(zhàn)斗中占盡優(yōu)勢。衛(wèi)星通信的作用促使世界各強國紛紛加快了發(fā)展本國軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的步伐[1]。

1　美軍軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

美國的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)結構復雜、功能先進、造價不菲，它們代表了當今軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的最高水平和最新發(fā)展趨勢。隨著軍事衛(wèi)星通信在作戰(zhàn)中的應用日益廣泛，美國在現(xiàn)役軍事通信衛(wèi)星的作戰(zhàn)使用基礎上，針對存在的問題和未來的軍事需求，全力構建新一代的軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。當前，美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)由提供低速戰(zhàn)術業(yè)務的窄帶系統(tǒng)、提供高速業(yè)務的寬帶系統(tǒng)和提供受保護業(yè)務的抗毀系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成，美軍還大量利用了商業(yè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，提供所需的衛(wèi)星通信業(yè)務，以滿足不同作戰(zhàn)條件下各種戰(zhàn)略戰(zhàn)術需求。到2020 年，美國軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心將包括10顆寬帶類型的寬帶全球衛(wèi)星系統(tǒng)(WGS)衛(wèi)星、5顆窄帶類型的移動用戶目標系統(tǒng)(MUOS)衛(wèi)星和6顆抗毀類型的先進極高頻(AEHF)衛(wèi)星。截止2015年9月，美國三大軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀如表1所示。

表1　美國三大軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

(續(xù)表)

1) 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用X和Ka頻段，主要解決大容量、高數(shù)據(jù)速率通信等需求，現(xiàn)階段美軍重點發(fā)展WGS[2]，如圖1所示。

WGS是美國防部目前正在積極建設的寬帶軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該衛(wèi)星可以使各種平臺、陸?？詹筷牸捌渲笓]官快速、實時地訪問信息。該系統(tǒng)原名為寬帶填隙衛(wèi)星(Wideband Gapfilier System)，起初定位為美空軍國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)(DSCS)退役后、先進寬帶系統(tǒng)(AWS)服役前的過渡系統(tǒng)。但隨著美軍衛(wèi)星通信戰(zhàn)略的修改，WGS成為美軍在X頻段和Ka頻段的主力衛(wèi)星通信系統(tǒng)，并于2007年正式更名為寬帶全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)(Wideband Global System)。

圖1　寬帶全球衛(wèi)星系統(tǒng)(WGS)衛(wèi)星

WGS系統(tǒng)是一種高容量軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，可為用戶提供更新、更快的衛(wèi)星通信業(yè)務。在WGS上采用10個Ka頻段可控波束、采用相控陣技術的8個X頻段波束和1個全球覆蓋X頻段喇叭天線。通信容量可達3.6 Gbps，用戶速率則可約達21 Mbps。2015年7月24日，美軍于卡納維拉爾空軍基地發(fā)射了WGS-7。在7顆WGS衛(wèi)星發(fā)射后，美軍陸、海、空三軍部隊能夠向地球幾乎每個角落快速發(fā)送大容量的信息，為部隊提供包括視頻、遠程會議、實時數(shù)據(jù)傳輸和高分辨率成像等項目的通信，還可支持美軍包括MQ-9“死神”和RQ-4“全球鷹”等無人機的數(shù)據(jù)傳輸。美國防部預計在2019年前，將會再發(fā)射剩余的3顆WGS衛(wèi)星。

寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用的主要技術有：①大功率衛(wèi)星平臺；②點波束和相控陣天線技術；③星上處理、再生和微波交換技術；④激光通信技術；⑤衛(wèi)星通信業(yè)務IP化。

2) 窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)

窄帶衛(wèi)星系統(tǒng)主要采用UHF頻段，提供話音、低數(shù)據(jù)速率、移動通信等業(yè)務，現(xiàn)階段美軍重點發(fā)展移動用戶目標MUOS衛(wèi)星通信系統(tǒng)，該系統(tǒng)是美海、空軍使用的主要系統(tǒng)[3]，如圖2所示。

圖2　移動用戶目標系統(tǒng)(MUOS)衛(wèi)星

MUOS是美國防部正在積極建設的新一代窄帶軍用衛(wèi)星系統(tǒng)，也是美國防部全球信息柵格(GIG)信息網(wǎng)絡計劃的核心組成部分。該系統(tǒng)旨在彌補在多樣化作戰(zhàn)環(huán)境下，包括艦隊衛(wèi)星通信系統(tǒng)(FLTSAT)和特高頻后續(xù)星通信衛(wèi)星系統(tǒng)(UFO)等老舊的窄帶軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)顯現(xiàn)出的容量不足和抗干擾能力差等問題。MUOS每顆衛(wèi)星在地面形成16個蜂窩，系統(tǒng)將20 MHz帶寬劃分成4個5 MHz的衛(wèi)星波束載波，分配到每個蜂窩，不同的蜂窩間可進行頻率復用，同一衛(wèi)星波束載波的所有用戶在同一時刻使用相同頻率進行通信，通過采用先進的WCDMA技術，可為機動性更強、容量需求更大、業(yè)務質(zhì)量要求更高的用戶提供服務，并作為與綜合戰(zhàn)區(qū)網(wǎng)絡化的陸地、空中和衛(wèi)星通信系統(tǒng)相連接的關鍵通信鏈路，為美軍及其盟友提供超視距通信。在美國海軍“2014冰原演習”期間，MUOS衛(wèi)星提供了近150h的安全數(shù)據(jù)鏈接，首次在北極地區(qū)通過穩(wěn)定的衛(wèi)星鏈路傳輸大容量的數(shù)據(jù)文件。2015年1月21日，美軍第3顆MUOS通信衛(wèi)星成功發(fā)射，與已發(fā)射的2顆MUOS通信衛(wèi)星共同提供通信服務，可覆蓋全球的3/4范圍[4]。2015年9月2日，MUOS-4搭載“宇宙神-5”發(fā)射升空。最后1顆MUOS-5在軌備份衛(wèi)星，預計在2016年發(fā)射。

UHF頻段窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用的主要技術有：①大型可展開天線技術；②衛(wèi)星通信系統(tǒng)借鑒地面蜂窩移動通信系統(tǒng)體制；③干擾檢測與信道化技術；④采用軟件化體系結構。

3) 抗毀衛(wèi)星通信系統(tǒng)

抗毀衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要采用EHF頻段，解決保密、抗干擾、防探測和防非授權進入通信等需求，適用于保密通信?，F(xiàn)階段美軍重點發(fā)展的先進極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)(AEHF)如圖3所示。

圖3　先進極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)(AEHF)

抗毀衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由“軍事星”(Milstar)系列衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成，在Milstar I衛(wèi)星的基礎上，Milstar II增加了中速率有效載荷，最高鏈路的速率達到1.544 Mbps，滿足了中繼鏈路抗干擾能力需求[5]。先進極高頻(AEHF)系統(tǒng)作為第三代軍事星，改進了原Milstar系統(tǒng)的星上處理技術、星間鏈路技術和寬帶頻率合成技術，采用輕型多功能通信天線的組合陣列，將單信道抗干擾鏈路的速率提高到8 Mbps，整星容量為Milstar II的10倍，帶來了更大的覆蓋機會和更多波束以及為用戶提供交叉鏈接，減少了衛(wèi)星對地面支持系統(tǒng)的依賴，整個系統(tǒng)可在地面控制站被破壞后自主工作半年之久，具備較強的抗打擊能力，即使發(fā)生災難事件，該系統(tǒng)也可以提供具有抗干擾能力的安全通信。AEHF衛(wèi)星目前已經(jīng)發(fā)射3顆，2015年7月底，美國空軍宣布AEHF星座進入“初始運行能力”階段，剩余的3顆衛(wèi)星將在2019年前完成發(fā)射[6]。

抗毀衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用的主要技術有：①點波束天線和調(diào)零天線；②多波束跳變技術；③星地一體化寬帶跳頻技術(上行2 GHz，下行1 GHz)；④星上處理和星上交換技術；⑤星上網(wǎng)控、路由、加密及自主控制技術；⑥與UHF交鏈技術；⑦星間鏈路。

2　美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點及未來發(fā)展趨勢

1)美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點是：①全球覆蓋；②使用多種頻段，目前美軍衛(wèi)星通信所使用的頻段有UHF、L、X、Ku和EHF等，可根據(jù)需要選用不同的頻段；③高速大容量戰(zhàn)略系統(tǒng)與小容量戰(zhàn)術系統(tǒng)相結合，彼此之間既有區(qū)別又相互聯(lián)系；④采用多種多址技術體制(TDMA、FDMA、CDMA)并能兼容使用；⑤ 具有保密抗干擾能力，關鍵線路采取擴頻、點波速等手段。

2) 美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)未來發(fā)展趨勢是：

① 向?qū)拵Щ?、智能化方向發(fā)展。由于高技術戰(zhàn)爭要求軍事通信的業(yè)務量極大，通信業(yè)務的種類繁多，除了話音、數(shù)據(jù)、傳真外，還有戰(zhàn)場地形圖像傳輸、戰(zhàn)場活動圖像傳輸、電子戰(zhàn)數(shù)據(jù)收集等多種寬帶業(yè)務的需求，這就要求軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)向?qū)拵Щl(fā)展，以滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭對軍事衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的要求。

② 由UHF、SHF頻段向EHF頻段發(fā)展。由于頻譜資源日益緊張，低頻段的使用已經(jīng)逐漸趨于飽和，因此需要采用更高的EHF頻段。EHF具有更寬的頻帶，便于實現(xiàn)大容量通信，容納更多的用戶；其次，由于波長短，較小口徑的天線能產(chǎn)生高增益的窄波速，使得便攜式終端的普遍使用成為可能，有利于實現(xiàn)“動中通”；再者，其有利于寬帶擴頻，使系統(tǒng)具有很強的電子對抗能力。因而，EHF是替代UHF及部分取代SHF的主要頻段。

③ 提高衛(wèi)星抗干擾抗摧毀能力。針對越來越復雜的戰(zhàn)場電磁環(huán)境以及日益升級的反衛(wèi)星武器系統(tǒng)，提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾抗摧毀能力是提高其生存能力的重要手段。美軍Milstar衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用多軌道、多層次步星，同時在星上加載安全警戒裝置和反摧毀武器，確保能在各級別的沖突中，提供一個全球性的、高干擾、抗摧毀的不間斷衛(wèi)星通信系統(tǒng)。此外，發(fā)射機動、輕便的小衛(wèi)星群對雷達探測信號具有很好的隱蔽能力，不易被完全摧毀，即使幾顆衛(wèi)星同時收到重創(chuàng)，也能迅速發(fā)射或采用備用衛(wèi)星重新部署，是提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)生存能力的方法之一。

3　結束語

就目前的研究進程和發(fā)展形勢看，在未來的幾年內(nèi)，美軍的新型軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)將形成星座并組網(wǎng)提供服務，從而進一步提高美軍的全球作戰(zhàn)能力。因此，無論從軍事威懾角度，還是出于維護國家利益目的，都應大力發(fā)展軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)。從美軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建設和發(fā)展進程中可以得到以下兩點啟示：在技術方面，重視跳頻、擴頻、天線調(diào)零及多波速等抗干擾技術的工程化應用，重視星上信號處理和星間光通信技術，重視新概念、新技術的開發(fā)和應用，從根本上提高衛(wèi)星通信的先進性和可靠性。在對抗方面，加強衛(wèi)星通信對抗力量建設是當務之急，通過建立一支空間和地面相結合的衛(wèi)星通信對抗作戰(zhàn)力量，可以形成有效的戰(zhàn)略威懾，為未來可能面臨的空間對抗奠定堅實的基礎?！鰠⒖嘉墨I：

[1]左琳琳,田亞飛,席歡.美國新一代國防信息基礎設施關鍵技術分析[J].指揮信息系統(tǒng)與技術, 2010, 1(6): 36-41.

[2]謝豐奕.美國移動通信衛(wèi)星SkyTerra1升空[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2010,7(23): 20-21.

[3]葉小國.空間通信協(xié)議SCPS/CCSDS研究綜述[J].電信快報, 2009, 49(2):13-15.

[4]美國《航天新聞》網(wǎng).美發(fā)射第三顆MUOS衛(wèi)星[EB/OL].(2015-01-21)[2015-09-10].http://news.163.com/15/0124/17/AGO7UQQ900014SEH_mobile.html.

[5]李宗利,孟新.SCPS-TPSNACK在衛(wèi)星網(wǎng)絡中的性能分析[J].微計算機信息,2009,25(3): 115-117.

[6]美國《航天新聞》網(wǎng).美發(fā)射第三顆AEHF衛(wèi)星.[EB/OL].(2013-09-18)[2015-09-05].http://www.daozhou.net/gundong/36r1x50805n418214146.shtml.

The status and future development of U.S.military satellite communication system

Zhao Xiaolong, Zhu Jialei, Nie Jing, Zhao Zhen

(Unit 61541 of PLA, Beijing 100094, China)

The status and function of military satellite communication in the modern warh are introduced,focus on the research situation and future development of U.S.three major military communication systems, and the enlightenment is given.

U.S.military force; satellite communication; enlightenment

2015-11-02；2015-02-05修回。

趙小龍(1988-)，男，碩士，研究方向為通信對抗。

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