美軍軍事衛星通信系統的研究現狀及發展趨勢

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·

美軍軍事衛星通信系統的研究現狀及發展趨勢

趙小龍,祝佳磊,聶婧，趙震

(中國人民解放軍61541部隊,北京 100094)

介紹了軍事衛星通信在現代戰爭中的地位和作用，著重分析了美軍三大軍事通信系統的研究現狀及未來發展趨勢，并說明了美軍衛星通信系統發展帶來的啟示。

美軍；衛星通信；啟示

0　引言

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

1　美軍軍事衛星通信系統的研究現狀

美國的軍事衛星通信系統結構復雜、功能先進、造價不菲，它們代表了當今軍事衛星通信系統的最高水平和最新發展趨勢。隨著軍事衛星通信在作戰中的應用日益廣泛，美國在現役軍事通信衛星的作戰使用基礎上，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星通信系統。當前，美軍衛星通信系統由提供低速戰術業務的窄帶系統、提供高速業務的寬帶系統和提供受保護業務的抗毀系統等三大系統組成，美軍還大量利用了商業衛星通信系統，提供所需的衛星通信業務，以滿足不同作戰條件下各種戰略戰術需求。到2020 年，美國軍事衛星通信系統的核心將包括10顆寬帶類型的寬帶全球衛星系統(WGS)衛星、5顆窄帶類型的移動用戶目標系統(MUOS)衛星和6顆抗毀類型的先進極高頻(AEHF)衛星。截止2015年9月，美國三大軍事衛星通信系統的發展現狀如表1所示。

表1　美國三大軍事衛星通信系統的發展現狀

(續表)

1) 寬帶衛星通信系統

寬帶衛星通信系統采用X和Ka頻段，主要解決大容量、高數據速率通信等需求，現階段美軍重點發展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星通信系統，該衛星可以使各種平臺、陸海空部隊及其指揮官快速、實時地訪問信息。該系統原名為寬帶填隙衛星(Wideband Gapfilier System)，起初定位為美空軍國防衛星通信系統(DSCS)退役后、先進寬帶系統(AWS)服役前的過渡系統。但隨著美軍衛星通信戰略的修改，WGS成為美軍在X頻段和Ka頻段的主力衛星通信系統，并于2007年正式更名為寬帶全球衛星通信系統(Wideband Global System)。

圖1　寬帶全球衛星系統(WGS)衛星

WGS系統是一種高容量軍用衛星通信系統，可為用戶提供更新、更快的衛星通信業務。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射了WGS-7。在7顆WGS衛星發射后，美軍陸、海、空三軍部隊能夠向地球幾乎每個角落快速發送大容量的信息，為部隊提供包括視頻、遠程會議、實時數據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”等無人機的數據傳輸。美國防部預計在2019年前，將會再發射剩余的3顆WGS衛星。

寬帶衛星通信系統采用的主要技術有：①大功率衛星平臺；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衛星通信業務IP化。

2) 窄帶衛星通信系統

窄帶衛星系統主要采用UHF頻段，提供話音、低數據速率、移動通信等業務，現階段美軍重點發展移動用戶目標MUOS衛星通信系統，該系統是美海、空軍使用的主要系統[3]，如圖2所示。

圖2　移動用戶目標系統(MUOS)衛星

MUOS是美國防部正在積極建設的新一代窄帶軍用衛星系統，也是美國防部全球信息柵格(GIG)信息網絡計劃的核心組成部分。該系統旨在彌補在多樣化作戰環境下，包括艦隊衛星通信系統(FLTSAT)和特高頻后續星通信衛星系統(UFO)等老舊的窄帶軍事衛星通信系統顯現出的容量不足和抗干擾能力差等問題。MUOS每顆衛星在地面形成16個蜂窩，系統將20 MHz帶寬劃分成4個5 MHz的衛星波束載波，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、業務質量要求更高的用戶提供服務，并作為與綜合戰區網絡化的陸地、空中和衛星通信系統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衛星提供了近150h的安全數據鏈接，首次在北極地區通過穩定的衛星鏈路傳輸大容量的數據文件。2015年1月21日，美軍第3顆MUOS通信衛星成功發射，與已發射的2顆MUOS通信衛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”發射升空。最后1顆MUOS-5在軌備份衛星，預計在2016年發射。

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

3) 抗毀衛星通信系統

抗毀衛星通信系統主要采用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。現階段美軍重點發展的先進極高頻衛星通信系統(AEHF)如圖3所示。

圖3　先進極高頻衛星通信系統(AEHF)

抗毀衛星通信系統主要由“軍事星”(Milstar)系列衛星通信系統組成，在Milstar I衛星的基礎上，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)系統作為第三代軍事星，改進了原Milstar系統的星上處理技術、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，減少了衛星對地面支持系統的依賴，整個系統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，即使發生災難事件，該系統也可以提供具有抗干擾能力的安全通信。AEHF衛星目前已經發射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顆衛星將在2019年前完成發射[6]。

抗毀衛星通信系統采用的主要技術有：①點波束天線和調零天線；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　美軍衛星通信系統的特點及未來發展趨勢

1)美軍衛星通信系統的特點是：①全球覆蓋；②使用多種頻段，目前美軍衛星通信所使用的頻段有UHF、L、X、Ku和EHF等，可根據需要選用不同的頻段；③高速大容量戰略系統與小容量戰術系統相結合，彼此之間既有區別又相互聯系；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) 美軍衛星通信系統未來發展趨勢是：

① 向寬帶化、智能化方向發展。由于高技術戰爭要求軍事通信的業務量極大，通信業務的種類繁多，除了話音、數據、傳真外，還有戰場地形圖像傳輸、戰場活動圖像傳輸、電子戰數據收集等多種寬帶業務的需求，這就要求軍事衛星通信系統向寬帶化發展，以滿足現代戰爭對軍事衛星通信網絡的要求。

② 由UHF、SHF頻段向EHF頻段發展。由于頻譜資源日益緊張，低頻段的使用已經逐漸趨于飽和，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“動中通”；再者，其有利于寬帶擴頻，使系統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 提高衛星抗干擾抗摧毀能力。針對越來越復雜的戰場電磁環境以及日益升級的反衛星武器系統，提高衛星通信系統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衛星通信系統采用多軌道、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、抗摧毀的不間斷衛星通信系統。此外，發射機動、輕便的小衛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，即使幾顆衛星同時收到重創，也能迅速發射或采用備用衛星重新部署，是提高衛星通信系統生存能力的方法之一。

3　結束語

就目前的研究進程和發展形勢看，在未來的幾年內，美軍的新型軍事衛星通信系統將形成星座并組網提供服務，從而進一步提高美軍的全球作戰能力。因此，無論從軍事威懾角度，還是出于維護國家利益目的，都應大力發展軍事衛星通信系統。從美軍衛星通信系統的建設和發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、新技術的開發和應用，從根本上提高衛星通信的先進性和可靠性。在對抗方面，加強衛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星通信對抗作戰力量，可以形成有效的戰略威懾，為未來可能面臨的空間對抗奠定堅實的基礎。■參考文獻：

[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].指揮信息系統與技術, 2010, 1(6): 36-41.

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

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

[4]美國《航天新聞》網.美發射第三顆MUOS衛星[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在衛星網絡中的性能分析[J].微計算機信息,2009,25(3): 115-117.

[6]美國《航天新聞》網.美發射第三顆AEHF衛星.[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。

TN97

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