軍用衛星通信系統通信能力指標體系研究

劉旭光，孔德強，胡璟璟，許光飛

（解放軍63880部隊，洛陽 471003）

0 引 言

獲取制天權是打贏信息化戰爭的根本。而要奪取并保持制天權，必須加強研發軍事航天武器裝備［1］。

通信衛星種類繁多，用途各異，與傳統的軍事通信手段相比，具有覆蓋范圍廣、效費比好、組網靈活、便于實現多址連接、通信容量大、中繼站少、可靠性高等特點。

但是，衛星通信系統耗資巨大、研制周期長，難度和風險極高，且隨著人們對通信衛星在現代戰爭中作用的認識不斷加深，建設規模和技術含量越來越大，建設難度也在不斷增加，加之我國武器信息化建設與外軍還有一定差距，不能完全適應未來戰爭的需求，開展頂層通信能力的評估研究越來越重要。

1 指標體系建立的原則及方法

由于軍用衛星通信系統結構龐大，技術復雜，任務實時性強，評估所涉及的要素數量和層次都很多，而且評估軍用衛星通信系統的能力不可能脫離對其自身技術性能的依賴。在分析、評價過程中，建立正確的指標體系是十分重要的，因為任何好的評價方法都難以彌補指標體系建立過程中存在的問題，建立效能評估指標體系時應遵循以下原則［2-3］：

（1）整體性原則

軍用衛星系統是一個由通信系統聯結起來的集無線電測控設備和計算機數據處理等設備于一體的復雜大系統，網內任一分系統或任一局部性能的變化都將對整個系統的工作性能產生一定的影響。因此，在建立該系統通信能力評估指標體系時，必須要著眼于系統整體。

（2）層次性原則

系統是有層次性的，評價系統的通信能力指標也應具有層次性。合理劃分指標的層次性可以為量化指標和評價備選方案提供方便。

（3）適應性原則

系統的適應性和兼容性是軍用衛星系統通信能力發揮的重要方面，建立和分析軍用衛星通信系統通信能力指標體系時，不僅要重視指標體系內部各要素之間的關系，而且要考慮指標體系與任務環境的關系。

在實際應用中，并不是指標越多越好，關鍵要考察評價指標所起作用的大小。在選擇評價指標時不可能把全部指標都考慮進去，只能選取一些最能反映系統優劣的指標，而剔除一些次要指標因素。指標的確定需要在動態過程中反復平衡，確定指標的基本方法，通常有下面3種：

（1）調查修改法

這是最一般的方法，這種方法先由專門的專家小組擬定初步指標集合草案，然后廣泛地征詢各方面的專家、用戶及上級領導的意見，經反復修改而定。

（2）自頂向下法

在這種方法中，首先對給定的系統進行分析并確定系統的功能、系統的指標度量，然后對其進行可行性評估，最后進行反饋。自頂向下的過程是一個動態的、不斷完善的過程。

（3）自適應漸進法

在自適應漸進法中，先由系統分析和評價人員擬定指標草案，邀請系統的設計和使用單位的專家提出修改意見，修改后建立評價模型，在評價的基礎上參照過去的試驗結果進行修正，經過反復修改，最后確定指標體系結構。

2 軍用衛星通信系統結構和功能

軍用衛星通信系統是一個綜合性的一體化網絡系統，服務不再限于一種衛星和一類用戶，而是面向戰略、戰役、戰術和作戰各個層次，將信息的獲取、傳輸、處理和分發能力綜合納入衛星信息網，向多種用戶提供多種類型的信息，實現信息綜合、網絡集成、信息融合和提升。通信衛星作為軍用衛星系統的神經中樞，擔負著海陸空聯合一體化作戰的信息支援與保障任務，其能力指標必須充分反映對軍用衛星系統總體通信需求。基于這些要求，按照信息的層次，系統的功能將系統由上到下分核心管理和處理層、攻防對抗層、信息處理層、信息獲取層和用戶層等幾部分，如圖1所示。

圖1 軍用衛星通信系統的功能分層

3 效能評估指標體系結構

軍用衛星系統中通信主要是指利用通信衛星、跟蹤與數據中繼衛星或戰場廣播衛星等進行信息傳輸功能。而各種信息或數據的產生、傳輸、處理是建立在衛星通信鏈路基礎上的。因此，軍用衛星系統的通信能力主要可劃分為通信覆蓋能力、通信傳輸能力、信息的處理能力和信息的安全防護能力。依據上述指標體系建立的原則，全面考慮各種因素，確定體系功能和指標度量，采用自頂向下與自適應漸進相結合的方法，廣泛征求各方面專家和用戶的意見，在參考大量現有資料的基礎上建立了指標體系的層次化模型結構，如表1所示。

4 能力評估指標的獲取

要保證分析結果的可信，準確獲取底層指標是關鍵。獲取系統通信能力指標值的方法主要有解析法、仿真法、系統性能分析法等。各個指標的具體獲取方法需依據其具體的物理含義和特性確定，概括起來主要分為以下幾種情況：大部分性能指標可通過分析具體的通信衛星網的性能直接獲得；一些與覆蓋能力相關的指標可通過軌道仿真或相關仿真軟件獲得；一些定量的性能指標可通過分析具體的衛星系統的性能，利用該指標的具體解析計算模型直接獲得。

（1）解析法

解析法是通過建立影響性能指標的數學模型，計算出實際系統的性能指標值。解析法的特點是用一組數學關系（公式、方程式等）描述最重要的變量和相互關系。對于通信衛星而言，涉及到用解析法獲取實際指標值的指標包括單個衛星的覆蓋范圍和覆蓋重復周期。例如，對于“覆蓋范圍”有關指標，可通過建立觀測幾何關系，實現對經緯度覆蓋值的解析計算。

表1 效能評估指標體系

（2）軌道仿真法

對一些與通信時間相關的指標，盡管可以對單個指標建立相應的解析近似公式，但對于復雜的多星組網通信問題，用軌道仿真方法是更好的選擇。軌道仿真方法一般是通過編制衛星軌道計算軟件或利用專用的衛星系統分析軟件來實現。本文涉及到用此方法獲取量化指標值的指標主要有最大通信時間、平均覆蓋間隙、覆蓋范圍和覆蓋百分比等。這些值是通過在仿真周期內得出數據后，統計計算得出。

（3）體系性能分析法

系統性能分析法強調裝備系統的某些典型性能指標，并進行適當綜合來描述系統的效能，主要包括性能對比法、專家評分法、指數法等。系統性能分析法簡單易行，可以作為分析的補充，比較適合于方案論證階段的武器系統效能評估。本文中可對指標建立評價函數模型，通過確定指標權重，模糊處理，進行效能評估。此外涉及到不易計算量化的指標利用此方法獲取實際指標值的指標主要有頻段范圍、最大機動通信速度、服務時間、互操作能力、防護能力和處理能力方面的指標值等。

5 結束語

本文是對軍用衛星通信系統評估指標體系的初步探討和研究，討論了軍用衛星通信系統的功能組成和需求，初步歸納提出其通信能力的指標體系，并闡述了其中的關鍵性能指標獲取的方法，為軍用衛星系統通信能力評估研究打下一定基礎，也為建立能力指標體系提供了有效的方法。

［1］ 許建南，陳康，王來和.加速我軍戰略轉型中航天武器裝備發展思考［A］.航天裝備十年發展暨第四屆軍事航天 學 術 研 討 會 論 文 集 （中 ）［C］.北 京，2008：121-125.

［2］ 許志明，盧昱，鄒利鵬，等.空間信息網絡對抗效能評估指標體系研究［J］.技測技術，2005，25（2）：11-13.

［3］ 陳浩光，秦大國，李云芝.軍用衛星系統效能評估的基本原則與方法研究［J］.指揮技術學院學報，2001，12（2）：27-30.