低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能研究

◆王天樂

低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能研究

◆王天樂

（中國電子科技集團公司第十研究所 四川 610000）

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展和技術(shù)水平的提升，衛(wèi)星技術(shù)得到了快速發(fā)展，低截獲衛(wèi)星是該領(lǐng)域的技術(shù)產(chǎn)物之一，在社會中取得了比較廣泛的應(yīng)用，其抗偵測性能是保證其具體應(yīng)用的效果的關(guān)鍵?；诖耍疚木偷徒孬@衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能進行深入研究，從而可以為實現(xiàn)衛(wèi)星低截獲通信提供有效的建議以及參考。

低截獲衛(wèi)星；抗偵測性能；衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星是一種現(xiàn)代偵測手段，可以為我國的國防以及其他領(lǐng)域提供比較充足的信息，比如氣象信息、定位信息等。并且，衛(wèi)星通信具備區(qū)域廣、傳輸效率高、實時性強的特點，因此具有比較廣泛的應(yīng)用前景。低截獲衛(wèi)星是一種應(yīng)用比較廣泛的通信衛(wèi)星，在軍事領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用并且具備重大的應(yīng)用價值，因此對于低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能進行深入的研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 研究的背景以及意義

衛(wèi)星通信是一種基于現(xiàn)代化技術(shù)的發(fā)展衍生而出的全新技術(shù)，具有覆蓋區(qū)域廣、傳輸效率高、實時性強等應(yīng)用優(yōu)勢，可以在海上指揮通信、協(xié)同通信、廣播通信、應(yīng)急救生通信等領(lǐng)域具有比較廣泛的應(yīng)用，也是在當前技術(shù)手段下抗截獲性能最好的遠距離運輸方式。比較典型的就是美國海軍使用的軍事衛(wèi)星系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)和先進極高頻衛(wèi)星系統(tǒng)、國防衛(wèi)星通信系統(tǒng)和寬帶填隙系統(tǒng)、艦隊通信衛(wèi)星以及特高頻裝置組成，這些系統(tǒng)可以適應(yīng)各種主要頻段，覆蓋全球，具備極強的通信能力。

低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)出現(xiàn)的主要原因是為了滿足規(guī)避敵人定位己方的需要，從而可以在最大程度上降低通信平臺被攻擊的概率。海上的低截獲衛(wèi)星系統(tǒng)主要由岸基、艦載、機載、星集中系統(tǒng)等組成，其中，同步軌道電子偵察衛(wèi)星系統(tǒng)具有覆蓋范圍和時間廣、天線增益高等優(yōu)勢，但是卻存在定位誤差大的缺點，低軌道電子偵察衛(wèi)星測向定位精度比較高，但是存在天線增益小、過頂時間短等缺陷，并且電子偵察飛機的偵察范圍存在比較明顯的限制，受到其活動區(qū)域和出動頻次的影響。而水面艦艇偵察海上衛(wèi)星的信號會受到視距的影響，導(dǎo)致偵測距離十分的有限，通過對上述的實際情況進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)海上衛(wèi)星系統(tǒng)的構(gòu)建需要以電子偵察衛(wèi)星為主，同步軌道電子偵察衛(wèi)星、同軌道電子偵察衛(wèi)星、電子偵察飛機、水聲偵察以及雷達偵察等配合使用，從而可以實現(xiàn)海上衛(wèi)星通信的實際需求。

另外，在低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用的過程中，為了減少通信信號的暴露，可以選擇極高頻等更高頻段，從而可以實現(xiàn)擴頻處理增益的最大化，符號數(shù)的最小化，進而可以全方面的提升低截獲海上衛(wèi)星系統(tǒng)的抗截獲性能，此外，還可以通過加載衛(wèi)星通信載荷的方式提升整個海上通訊信號的隱蔽性[1]。

通過對上述的具體情況進行深入的分析可以發(fā)現(xiàn)，在具體進行應(yīng)用的時候，需要對低截獲衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)進行深入的研究，并且對其抗偵測性能進行深入的分析，從而可以滿足新時期實際需求，優(yōu)化具體應(yīng)用效果，推進整個衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及提升其安全性。

2 低截獲衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)分析

低截獲衛(wèi)星通信系統(tǒng)構(gòu)建的核心思路是滿足信號隱蔽條件，這就需要盡可能降低海上平臺輻射衛(wèi)通信號的功率譜密度，并且結(jié)合衛(wèi)星天線的方向性使得其優(yōu)勢可以得到有效的發(fā)揮，因此在具體進行研究的時候需要對低截獲衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)進行深入的分析，從而可以降低電子偵察衛(wèi)星截獲海上衛(wèi)星通訊信號強度，增強其抗截獲性能，增大其收益，從而可以使得整個系統(tǒng)可以順利運行。

2.1 增大擴頻增益

通過對衛(wèi)星系統(tǒng)的具體運行情況以及技術(shù)進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)直接序列擴頻通信的信號屏蔽性比較好，信號可以在比較寬的頻帶上擴展，進而可以降低信號功率譜密度，將信號隱藏在白噪音之中，使得在不知道擴頻編碼的情況下無法發(fā)現(xiàn)信號的存在。利用低截獲衛(wèi)星系統(tǒng)的增大擴頻增益的功能可以最大程度上提升通信的性能，從而可以減小信息帶寬，進而可以降低偵測方的接收信噪比，進而可以提升衛(wèi)星信號的隱蔽性能，當擴頻碼的運行速率在100MHz以上的時候，就無法選擇單一增加直接序列擴頻帶寬的方式，可以采取直接序列擴頻/調(diào)頻的方式保證整個系統(tǒng)的順利運行，比較典型的例子就是國外發(fā)展了一種名為Super High Frequency的頻段在500MHz帶寬的衛(wèi)星擴頻通信技術(shù)，使得其作用可以得到有效的發(fā)揮，進而可以優(yōu)化具體應(yīng)用的效果[2]。

2.2 增大通信衛(wèi)星的接收天線增益

通過對整個衛(wèi)星系統(tǒng)的具體運行情況進行深入的分析可以發(fā)現(xiàn)在工作頻率不發(fā)生變化的前提下，增大通信衛(wèi)星接收天線收益可以換取海上平臺衛(wèi)星信號的有效輻射強度，進而可以提高具體的截獲性能，其中G的具體表達式為：

2.3 選擇較高的工作頻段

衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運行的時候，處在高分段進行工作可以有效地擴大擴頻增益，并且得到相應(yīng)的天線增益，進而可以實現(xiàn)綜合增益。在這種模式下，可以為整個系統(tǒng)的運行提供顯著的增益優(yōu)勢，從而可以全方面提升海上衛(wèi)星通信抗截獲性能，優(yōu)化具體應(yīng)用的效果。

3 對抗電子偵察衛(wèi)星截獲性能的深入分析

通過對整個低截獲衛(wèi)星系統(tǒng)的實際情況進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)電子偵察衛(wèi)星具有比較顯著的應(yīng)用優(yōu)勢。這種技術(shù)在應(yīng)用的時候具有范圍廣、速度快、效率高、并且不會受到國際線和天氣條件等的限制，是海上通信信號偵察的主要手段，本文則將具體分析的重點放在低截獲衛(wèi)星通信抗電子偵察衛(wèi)星截獲性能。

3.1 電子偵察衛(wèi)星截獲衛(wèi)星通信信號分析模型

利用對電子偵察截獲衛(wèi)星通信信號的實際情況進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)在整個衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)部的海上平臺、通信衛(wèi)星、電子偵察衛(wèi)星等具有不同的天線波速指向，為了對整個具體應(yīng)用的實際情況進行深入的分析，可以假定衛(wèi)星在運行的時候可以滿足以下的條件：

（1）同步軌道電子偵察衛(wèi)星的接收信號來自海上衛(wèi)通發(fā)射天線的低旁瓣，并且處在天線主波束內(nèi)部。

（2）低軌道電子衛(wèi)星的信號依舊來自海上衛(wèi)通發(fā)射天線的低旁瓣，并且低軌電子偵察衛(wèi)星的偵察天線屬于偏置安裝的方式，并且將俯仰方向設(shè)置在45度角，偵察天線的偵察距離在初始距離的1.4倍左右，信號在不受到限制的前提下衰減為3dB，波束寬度需要設(shè)置在直徑0.6層面左右的拋物面天線。

（3）利用檢測概率和虛警概率確定信號可攔截距離。

（4）通信衛(wèi)星的技術(shù)是星上信號處理技術(shù)。

通過對上述的實際情況進行深入的分析可以構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，進而可以為優(yōu)化整個通訊系統(tǒng)的設(shè)計提供有效的模擬參考。

3.2 抗電子偵察衛(wèi)星截獲的具體情況研究

低軌道電子偵察衛(wèi)星的軌道高度比較低，一般高度設(shè)置在300～1100km之內(nèi)，傾角的角度則需要設(shè)置在大于50度，才可以獲得比較準確的輻射源位置信息，從而可以實現(xiàn)對艦載雷達或者通信信號的偵察和定位。這種衛(wèi)星的定位方式相比較地球同步軌道而言具有比較顯著的高度優(yōu)勢，從而可以構(gòu)建出一個全新的模擬模型，從而可以對自由空間傳播損耗的具體情況進行直觀的演示，而具體的計算公式為：

=32.4+20 lg+20 lg

其中為衛(wèi)星通信頻率，是海上通信平臺到電子偵察衛(wèi)星的距離。通過對計算式以及模型進行具體的深化分析可以發(fā)現(xiàn)該公式的計算結(jié)果同輻射源的距離呈現(xiàn)出反比例的關(guān)系，因此當?shù)蛙壍离娮觽刹煨l(wèi)星接受星下點位置的輻射信號的時候，可以顯著的增加軌道降低到來的信噪影響[3]。

通過對公式上的各個元素的具體情況進行深入的分析，可以發(fā)現(xiàn)在偵察衛(wèi)星接收機端的有效后檢測信噪比的典型值為9dB的時候，在高度600km的偵察衛(wèi)星可以對預(yù)設(shè)條件下的衛(wèi)通信號進行實時的偵測，這個時候如果將天線口徑調(diào)整到原來的五倍，會導(dǎo)致衛(wèi)星信號的可截獲高度要遠遠低于低軌電子偵察衛(wèi)星高度，進而可以有效增強通信天線增益，有效的抵消了信噪比增益的影響，從而可以在最大程度上降低對于信號的影響。

3.3 抗同步軌道電子偵察衛(wèi)星截獲情況

通過對上文的模型和技術(shù)的實際情況進行分析，可以發(fā)現(xiàn)由于同步軌道電子偵察衛(wèi)星軌道的高度比較高，地面覆蓋率高，具有比較優(yōu)質(zhì)的時效性，可以為特定區(qū)域的信息進行連續(xù)性的電子偵察，對比低軌道電子偵察衛(wèi)星，可以采取增加天線口徑面積的方式提高天線的增益，從而可以在最大程度上降低信噪比。比較典型的例子就是美軍的門特系列衛(wèi)星，這種衛(wèi)星的大型拋物面最大直徑為152.5m，可以截獲在1000MHz～20GHz頻段之間的所有信號，可以接受的最小地面信號的強度是低軌道衛(wèi)星的五千分之一，進而可以有效提升衛(wèi)星系統(tǒng)的整體靈敏度。因此在進行研究的時候需要充分考慮系統(tǒng)偵測范圍和衛(wèi)星系統(tǒng)的靈敏度估計范圍對偵測天線的具體收益進項稅深入的分析，從而可以測量出該系統(tǒng)在截獲14GHz的信號時該衛(wèi)星系統(tǒng)的偵測靈敏度在-160dBW/m3以上，并且天線的增益在85dB以內(nèi)，進而可以優(yōu)化具體的應(yīng)用效果。

通過對實際情況進行模擬分析可以發(fā)現(xiàn)通信天線增益增加部分可以抵消同步軌道電子偵察衛(wèi)星的高增益天線優(yōu)勢，從而可以形成有效對抗，保證數(shù)據(jù)的可靠性。

4 總結(jié)

隨著我國經(jīng)濟的發(fā)展以及技術(shù)水平的提升，通信衛(wèi)星在我國的經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)著更加重要的地位。為了優(yōu)化其具體應(yīng)用的效果，需要對低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能進行研究與提升。通過構(gòu)建模型的方式對低截獲衛(wèi)星的具體運行情況進行深入分析，可以優(yōu)化其在遠程通信、信號攔截等方面的具體效果，保證這種技術(shù)可以得到有效的實踐應(yīng)用。

[1]趙子軍.北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)寫入移動通信國際標準——訪中國通信標準化協(xié)會副秘書長武冰梅[J].中國標準化，2020（09）：18-20.

[2]邱雨.跨越“紅?！?，尋找頻譜資源使用的“藍海”——訪國際電信聯(lián)盟（ITU）秘書長趙厚麟[J].中國無線電，2019（11）：11-12+18.

[3]姜波，劉翠海，鄭磊.一種低截獲衛(wèi)星通信技術(shù)及其抗偵測性能分析[J].電訊技術(shù)，2019，59（09）：1015-1019.