基于體系結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾能力研究*

陳新來，閆曉暉

（海軍士官學(xué)校三系，安徽 蚌埠 233012）

0 引 言

近年來，衛(wèi)星通信以其通信覆蓋區(qū)域大、通信距離遠(yuǎn)，通信頻帶寬、通信容量大，信道質(zhì)量好、傳輸性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)對(duì)人類的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了巨大的影響，特別是在軍事中發(fā)揮了關(guān)鍵性的作用。但是由于衛(wèi)星的運(yùn)行軌道是固定不變的，因此衛(wèi)星通信系統(tǒng)會(huì)面臨電磁干擾、截獲甚至被摧毀的威脅。面對(duì)未來戰(zhàn)場(chǎng)上各式各樣的威脅，衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾能力缺乏頂層設(shè)計(jì)、重定性需求分析輕定量需求分析，缺少完善的體系結(jié)構(gòu)政策標(biāo)準(zhǔn)；開發(fā)過程缺乏科學(xué)的、公認(rèn)的方法論指導(dǎo)，沒有有效的、能滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾特殊需要的輔助設(shè)計(jì)工具支持；沒有形成一套合理的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)管理機(jī)制等。這種狀況將導(dǎo)致衛(wèi)星通信系統(tǒng)不能滿足未來的抗干擾需求，開發(fā)效率低，不利于在不同軍兵種之間的互聯(lián)互通。

據(jù)此，本文依據(jù)DoDAF V2.0的體系結(jié)構(gòu)開發(fā)思想，提出了基于體系結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)抗干擾能力開發(fā)方法，并給出了可用于實(shí)施開發(fā)的具體流程。加強(qiáng)對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾能力的體系結(jié)構(gòu)的概念及構(gòu)建方法的研究，確立滿足信息化戰(zhàn)場(chǎng)需要的衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)，對(duì)于推進(jìn)我軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)具有重要意義。

1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)干擾方式和抗干擾措施

1.1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的主要干擾威脅及分析

按照鏈路的不同，常分為上行干擾、星間干擾和下行干擾三種。由于衛(wèi)星的運(yùn)行軌道和高度都是公開的，不易改變，因此上行鏈路易實(shí)施干擾；而地面站有的固定、有的移動(dòng)，而且地面站分布范圍廣，不易實(shí)施下行鏈路的干擾。當(dāng)然，如果已知地面站的位置，并且距離該地面站的距離很近也可以實(shí)施下行干擾。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的干擾威脅主要包括電磁干擾和摧毀兩大類[1］。電磁干擾可以分為壓制式干擾、欺騙式干擾和靈巧干擾三類，如圖1所示。

圖1 電磁干擾分類

除了常見的電磁干擾方式，摧毀也是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要威脅。衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的摧毀威脅主要包括：核導(dǎo)彈反衛(wèi)星武器、動(dòng)能反衛(wèi)星武器、定向能反衛(wèi)星武器、反衛(wèi)星衛(wèi)星等[1］，如圖2所示。

圖2 摧毀威脅分類

1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾措施

目前，近年來衛(wèi)星通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，主要包括擴(kuò)頻技術(shù)、天線抗干擾技術(shù)、自適應(yīng)干擾消除技術(shù)、變換域技術(shù)、SmartAGC技術(shù)、擴(kuò)展頻段和發(fā)展極高頻通信以及基于認(rèn)知的只能抗干擾技術(shù)。其中，通信抗干擾技術(shù)的主流是擴(kuò)展頻譜通信。根據(jù)擴(kuò)頻的方式不同，主要分為直接序列擴(kuò)頻（DS）、跳頻（FH）和跳擴(kuò)結(jié)合等方式。自適應(yīng)干擾抵消是自適應(yīng)濾波的一種形式，它依據(jù)某一準(zhǔn)則推出簡(jiǎn)便、快速的自適應(yīng)算法，不斷調(diào)整自身權(quán)值結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)則期望的抵消干擾、跟蹤信號(hào)的目的。變換域最新的研究主要集中在如何進(jìn)一步發(fā)展基于濾波器組和子帶變換的技術(shù)上面。SmartAGC技術(shù)主要是針對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)器，采用自適應(yīng)變換實(shí)現(xiàn)強(qiáng)干擾的抑制，它能夠以較小的代價(jià)提供較強(qiáng)的抗干擾能力。極高頻通信能在頻譜上占有技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)更小的點(diǎn)波束，獲得更好的抗干擾、低截獲、機(jī)動(dòng)性等特性?；谡J(rèn)知的智能抗干擾技術(shù)借鑒認(rèn)知無(wú)線電的思想，可以智能的消除外界電磁干擾環(huán)境的影響，適應(yīng)信道環(huán)境并以盡可能高的數(shù)據(jù)速率實(shí)現(xiàn)不間斷通信。

2 通信相關(guān)體系結(jié)構(gòu)內(nèi)涵

美軍最新版本體系結(jié)構(gòu)框架是美國(guó)國(guó)防部體系結(jié)構(gòu)框架DoDAF V2.0，集中體現(xiàn)了美軍體系結(jié)構(gòu)的最新研究成果。也是其他國(guó)家的軍隊(duì)開發(fā)體系結(jié)構(gòu)框架的重要參考依據(jù)。DoDAF V2.0由作戰(zhàn)、技術(shù)、能力、服務(wù)、項(xiàng)目、系統(tǒng)等7個(gè)視角、51個(gè)視圖產(chǎn)品構(gòu)成，更加體現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)的理念和強(qiáng)調(diào)“數(shù)據(jù)中心”的方法[2］。DoDAF V2.0采用通用的、標(biāo)準(zhǔn)化的方式從多個(gè)視角描述系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)及其演進(jìn)原則。為分析、設(shè)計(jì)系統(tǒng)提供了有效的平臺(tái)和工具。體系結(jié)構(gòu)視圖通常包含作戰(zhàn)、系統(tǒng)、技術(shù)、能力等多個(gè)視圖。與通信相關(guān)體系結(jié)構(gòu)主要包括全視圖、作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖、能力視圖[3］。

作戰(zhàn)視圖包括作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)、執(zhí)行的任務(wù)或行動(dòng)以及完成作戰(zhàn)任務(wù)所必須交換的信息。它描述了信息交換的類別、交換的頻率、信息交換所支持的任務(wù)行動(dòng)以及信息交換的本質(zhì)。系統(tǒng)和服務(wù)視圖與作戰(zhàn)視圖中的體系結(jié)構(gòu)產(chǎn)品聯(lián)系起來，用以支持作戰(zhàn)行動(dòng)，并可進(jìn)一步促進(jìn)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)間的信息交換。技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)視圖以工程規(guī)范為基礎(chǔ)，提供技術(shù)系統(tǒng)實(shí)施指南，其中包含技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)集、實(shí)施規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn)選項(xiàng)、規(guī)則和標(biāo)準(zhǔn)，并可以綜合成一份綜合文檔，為制定的提攜結(jié)構(gòu)管理其系統(tǒng)和系統(tǒng)服務(wù)要素提供服務(wù)。全視圖是與所有視圖都有關(guān)聯(lián)的體系結(jié)構(gòu)頂層視圖。該視圖可為整個(gè)體系結(jié)構(gòu)提供相關(guān)信息，并設(shè)置了體系結(jié)構(gòu)的范圍和內(nèi)容。

3 衛(wèi)星通信抗干擾體系結(jié)構(gòu)

3.1 衛(wèi)星通信抗干擾作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)

根據(jù)美軍《防務(wù)采辦術(shù)語(yǔ)—98》和《防務(wù)采辦電子手冊(cè)—96》中對(duì)作戰(zhàn)效能的定義，是指系統(tǒng)完成規(guī)定作戰(zhàn)任務(wù)的能力[4］。也就是綜合考慮部隊(duì)編制、作戰(zhàn)原則、采用的戰(zhàn)術(shù)、生存性以及各種威脅等因素，標(biāo)準(zhǔn)化部隊(duì)在自然、電子以及威脅的環(huán)境中使用作戰(zhàn)系統(tǒng)完成任務(wù)的總體水平。根據(jù)以上作戰(zhàn)效能的定義和內(nèi)涵，參考文獻(xiàn)[5］給出衛(wèi)星通信抗干擾體系結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

圖3 衛(wèi)星通信抗干擾作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星通信抗干擾體系結(jié)構(gòu)是描述復(fù)雜電磁環(huán)境下，根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)和行動(dòng)指揮要求，使用衛(wèi)星通信抗干擾的技術(shù)、方法、手段和人員，將與衛(wèi)星通信抗干擾作戰(zhàn)有關(guān)的作戰(zhàn)力量、作戰(zhàn)單元、作戰(zhàn)要素融合集成為整體的衛(wèi)星通信抗干擾體系，是分析和研究衛(wèi)星通信抗干擾能力的方法，其中包括：衛(wèi)星通信抗干擾作戰(zhàn)的聯(lián)合作戰(zhàn)條令、條例、規(guī)定和法規(guī)等；適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)需要的編制體制、指揮體制、協(xié)調(diào)機(jī)制和程序；實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信抗干擾能力的技術(shù)、方法、手段；發(fā)現(xiàn)、甄別地方衛(wèi)星通信抗干擾的情報(bào)、網(wǎng)管、頻管等支援體系；實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信抗干擾能力的衛(wèi)星通信資源利用和組織運(yùn)用方法；具有客觀評(píng)估和優(yōu)化衛(wèi)星通信抗干擾能力的方法和手段；確保衛(wèi)星通信抗干擾能力正常運(yùn)行的裝備技術(shù)和人才隊(duì)伍。

3.2 衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

體系的功能是由體系的結(jié)構(gòu)決定的。只有將體系中的各系統(tǒng)、各要素進(jìn)行優(yōu)化組合，體系結(jié)構(gòu)才能達(dá)到最佳狀態(tài)，體系效能才能最大限度地釋放出來。這就需要優(yōu)化衛(wèi)星通信抗干擾力量配置、規(guī)范網(wǎng)絡(luò)電磁空間戰(zhàn)場(chǎng)秩序、采取有針對(duì)性的抗干擾措施。根據(jù)衛(wèi)星通信抗干擾作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)和信息作戰(zhàn)的要求，提出如圖4所示的衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，也就是衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素。

圖4 衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星通信抗干擾的指揮主要包括確定聯(lián)合部隊(duì)實(shí)施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾的指揮關(guān)系、指揮程序、指揮信息流程和指揮聯(lián)絡(luò)文件等，其中，衛(wèi)星通信抗干擾的指揮包含衛(wèi)星通信抗干擾的組織和衛(wèi)星通信抗干擾的規(guī)劃兩個(gè)主要功能。衛(wèi)星通信抗干擾的組織主要包括確定作戰(zhàn)部隊(duì)實(shí)施通信、頻譜管理、電子偵察、通信對(duì)抗等指揮機(jī)構(gòu)和人員的職責(zé)和權(quán)力。衛(wèi)星通信抗干擾的規(guī)劃主要包括聯(lián)合部隊(duì)實(shí)施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾的人力資源、頻譜資源、裝備資源、保障物資等方面的管理和使用。

衛(wèi)星通信抗干擾的執(zhí)行主要包括各部隊(duì)根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的組織和規(guī)劃，在戰(zhàn)時(shí)的指揮要求下，實(shí)施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾等。

衛(wèi)星通信抗干擾的協(xié)調(diào)主要包括各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)的電子頻譜協(xié)調(diào)，以及通信、電子偵察和抗干擾等行動(dòng)的協(xié)調(diào)。

衛(wèi)星通信抗干擾的評(píng)估主要包括各類衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力，以及抗干擾措施的有效性等。

3.3 衛(wèi)星通信抗干擾能力體系結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星通信抗干擾能力體系結(jié)構(gòu)是以作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)為牽引，由系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)決定的。根據(jù)作戰(zhàn)任務(wù)的需求，將系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中的各個(gè)要素進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，最大限度發(fā)揮衛(wèi)星通信抗干擾系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的效能，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信抗干擾能力。衛(wèi)星通信抗干擾能力體系結(jié)構(gòu)主要包括通信能力、頻譜管理能力、電子偵察能力、抗干擾能力和保障能力等[5］。衛(wèi)星通信抗干擾能力體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 衛(wèi)星通信抗干擾能力體系

4 結(jié) 語(yǔ)

長(zhǎng)期以來，體系結(jié)構(gòu)在通信領(lǐng)域的應(yīng)用取得了許多研究成果和實(shí)用成果，但是目前沒有將體系結(jié)構(gòu)具體應(yīng)用到衛(wèi)星通信抗干擾能力方面。本文主要從DoDAFV2.0作戰(zhàn)視圖、系統(tǒng)視圖以及能力視圖出發(fā)，提出了適用于衛(wèi)星通信抗干擾能力研究的作戰(zhàn)體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)以及能力體系結(jié)構(gòu)，希望能加強(qiáng)我軍衛(wèi)星通信系統(tǒng)的頂層設(shè)計(jì)，切實(shí)提高我軍在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中的衛(wèi)星抗干擾能力，確保衛(wèi)星通信信道的互聯(lián)互通。