美军军事卫星通信系统的研究现状及发展趋势

赵小龙,祝佳磊,聂　婧，赵　震

(中国人民解放军61541部队,北京 100094)



·情报分析·

美军军事卫星通信系统的研究现状及发展趋势

赵小龙,祝佳磊,聂婧，赵震

(中国人民解放军61541部队,北京 100094)

介绍了军事卫星通信在现代战争中的地位和作用，着重分析了美军三大军事通信系统的研究现状及未来发展趋势，并说明了美军卫星通信系统发展带来的启示。

美军；卫星通信；启示

0　引言

高新技术的迅猛发展及其在军事领域的广泛应用，使武器系统、军队结构、战争方法、指挥手段及战争样式等各个方面发生了革命性变化。以卫星为主体的空间信息系统将成为一体化全球信息感知、指挥控制系统的核心。卫星通信具有距离远、容量大、可靠性强和机动灵活等优点，已成为军事大国全球军事通信系统的一个重要组成部分。在联合作战移动通信、越洋及跨海通信、大范围战场态势信息发布、边远散及特殊通信、快速重构野战通信、远程数据链、侦察监视、境外数据中继、情报信息快速采集和分发等方面，卫星通信在所有信息传输手段中处于主导地位。伊拉克战争、阿富汗战争、利比亚战争以及近期打击 “伊斯兰国”的行动中，美军通过调动多颗卫星参与侦察和保障通信，在战斗中占尽优势。卫星通信的作用促使世界各强国纷纷加快了发展本国军事卫星通信系统的步伐[1]。

1　美军军事卫星通信系统的研究现状

美国的军事卫星通信系统结构复杂、功能先进、造价不菲，它们代表了当今军事卫星通信系统的最高水平和最新发展趋势。随着军事卫星通信在作战中的应用日益广泛，美国在现役军事通信卫星的作战使用基础上，针对存在的问题和未来的军事需求，全力构建新一代的军事卫星通信系统。当前，美军卫星通信系统由提供低速战术业务的窄带系统、提供高速业务的宽带系统和提供受保护业务的抗毁系统等三大系统组成，美军还大量利用了商业卫星通信系统，提供所需的卫星通信业务，以满足不同作战条件下各种战略战术需求。到2020 年，美国军事卫星通信系统的核心将包括10颗宽带类型的宽带全球卫星系统(WGS)卫星、5颗窄带类型的移动用户目标系统(MUOS)卫星和6颗抗毁类型的先进极高频(AEHF)卫星。截止2015年9月，美国三大军事卫星通信系统的发展现状如表1所示。

表1　美国三大军事卫星通信系统的发展现状

(续表)

1) 宽带卫星通信系统

宽带卫星通信系统采用X和Ka频段，主要解决大容量、高数据速率通信等需求，现阶段美军重点发展WGS[2]，如图1所示。

WGS是美国防部目前正在积极建设的宽带军事卫星通信系统，该卫星可以使各种平台、陆海空部队及其指挥官快速、实时地访问信息。该系统原名为宽带填隙卫星(Wideband Gapfilier System)，起初定位为美空军国防卫星通信系统(DSCS)退役后、先进宽带系统(AWS)服役前的过渡系统。但随着美军卫星通信战略的修改，WGS成为美军在X频段和Ka频段的主力卫星通信系统，并于2007年正式更名为宽带全球卫星通信系统(Wideband Global System)。

图1　宽带全球卫星系统(WGS)卫星

WGS系统是一种高容量军用卫星通信系统，可为用户提供更新、更快的卫星通信业务。在WGS上采用10个Ka频段可控波束、采用相控阵技术的8个X频段波束和1个全球覆盖X频段喇叭天线。通信容量可达3.6 Gbps，用户速率则可约达21 Mbps。2015年7月24日，美军于卡纳维拉尔空军基地发射了WGS-7。在7颗WGS卫星发射后，美军陆、海、空三军部队能够向地球几乎每个角落快速发送大容量的信息，为部队提供包括视频、远程会议、实时数据传输和高分辨率成像等项目的通信，还可支持美军包括MQ-9“死神”和RQ-4“全球鹰”等无人机的数据传输。美国防部预计在2019年前，将会再发射剩余的3颗WGS卫星。

宽带卫星通信系统采用的主要技术有：①大功率卫星平台；②点波束和相控阵天线技术；③星上处理、再生和微波交换技术；④激光通信技术；⑤卫星通信业务IP化。

2) 窄带卫星通信系统

窄带卫星系统主要采用UHF频段，提供话音、低数据速率、移动通信等业务，现阶段美军重点发展移动用户目标MUOS卫星通信系统，该系统是美海、空军使用的主要系统[3]，如图2所示。

图2　移动用户目标系统(MUOS)卫星

MUOS是美国防部正在积极建设的新一代窄带军用卫星系统，也是美国防部全球信息栅格(GIG)信息网络计划的核心组成部分。该系统旨在弥补在多样化作战环境下，包括舰队卫星通信系统(FLTSAT)和特高频后续星通信卫星系统(UFO)等老旧的窄带军事卫星通信系统显现出的容量不足和抗干扰能力差等问题。MUOS每颗卫星在地面形成16个蜂窝，系统将20 MHz带宽划分成4个5 MHz的卫星波束载波，分配到每个蜂窝，不同的蜂窝间可进行频率复用，同一卫星波束载波的所有用户在同一时刻使用相同频率进行通信，通过采用先进的WCDMA技术，可为机动性更强、容量需求更大、业务质量要求更高的用户提供服务，并作为与综合战区网络化的陆地、空中和卫星通信系统相连接的关键通信链路，为美军及其盟友提供超视距通信。在美国海军“2014冰原演习”期间，MUOS卫星提供了近150h的安全数据链接，首次在北极地区通过稳定的卫星链路传输大容量的数据文件。2015年1月21日，美军第3颗MUOS通信卫星成功发射，与已发射的2颗MUOS通信卫星共同提供通信服务，可覆盖全球的3/4范围[4]。2015年9月2日，MUOS-4搭载“宇宙神-5”发射升空。最后1颗MUOS-5在轨备份卫星，预计在2016年发射。

UHF频段窄带卫星通信系统采用的主要技术有：①大型可展开天线技术；②卫星通信系统借鉴地面蜂窝移动通信系统体制；③干扰检测与信道化技术；④采用软件化体系结构。

3) 抗毁卫星通信系统

抗毁卫星通信系统主要采用EHF频段，解决保密、抗干扰、防探测和防非授权进入通信等需求，适用于保密通信。现阶段美军重点发展的先进极高频卫星通信系统(AEHF)如图3所示。

图3　先进极高频卫星通信系统(AEHF)

抗毁卫星通信系统主要由“军事星”(Milstar)系列卫星通信系统组成，在Milstar I卫星的基础上，Milstar II增加了中速率有效载荷，最高链路的速率达到1.544 Mbps，满足了中继链路抗干扰能力需求[5]。先进极高频(AEHF)系统作为第三代军事星，改进了原Milstar系统的星上处理技术、星间链路技术和宽带频率合成技术，采用轻型多功能通信天线的组合阵列，将单信道抗干扰链路的速率提高到8 Mbps，整星容量为Milstar II的10倍，带来了更大的覆盖机会和更多波束以及为用户提供交叉链接，减少了卫星对地面支持系统的依赖，整个系统可在地面控制站被破坏后自主工作半年之久，具备较强的抗打击能力，即使发生灾难事件，该系统也可以提供具有抗干扰能力的安全通信。AEHF卫星目前已经发射3颗，2015年7月底，美国空军宣布AEHF星座进入“初始运行能力”阶段，剩余的3颗卫星将在2019年前完成发射[6]。

抗毁卫星通信系统采用的主要技术有：①点波束天线和调零天线；②多波束跳变技术；③星地一体化宽带跳频技术(上行2 GHz，下行1 GHz)；④星上处理和星上交换技术；⑤星上网控、路由、加密及自主控制技术；⑥与UHF交链技术；⑦星间链路。

2　美军卫星通信系统的特点及未来发展趋势

1)美军卫星通信系统的特点是：①全球覆盖；②使用多种频段，目前美军卫星通信所使用的频段有UHF、L、X、Ku和EHF等，可根据需要选用不同的频段；③高速大容量战略系统与小容量战术系统相结合，彼此之间既有区别又相互联系；④采用多种多址技术体制(TDMA、FDMA、CDMA)并能兼容使用；⑤ 具有保密抗干扰能力，关键线路采取扩频、点波速等手段。

2) 美军卫星通信系统未来发展趋势是：

① 向宽带化、智能化方向发展。由于高技术战争要求军事通信的业务量极大，通信业务的种类繁多，除了话音、数据、传真外，还有战场地形图像传输、战场活动图像传输、电子战数据收集等多种宽带业务的需求，这就要求军事卫星通信系统向宽带化发展，以满足现代战争对军事卫星通信网络的要求。

② 由UHF、SHF频段向EHF频段发展。由于频谱资源日益紧张，低频段的使用已经逐渐趋于饱和，因此需要采用更高的EHF频段。EHF具有更宽的频带，便于实现大容量通信，容纳更多的用户；其次，由于波长短，较小口径的天线能产生高增益的窄波速，使得便携式终端的普遍使用成为可能，有利于实现“动中通”；再者，其有利于宽带扩频，使系统具有很强的电子对抗能力。因而，EHF是替代UHF及部分取代SHF的主要频段。

③ 提高卫星抗干扰抗摧毁能力。针对越来越复杂的战场电磁环境以及日益升级的反卫星武器系统，提高卫星通信系统的抗干扰抗摧毁能力是提高其生存能力的重要手段。美军Milstar卫星通信系统采用多轨道、多层次步星，同时在星上加载安全警戒装置和反摧毁武器，确保能在各级别的冲突中，提供一个全球性的、高干扰、抗摧毁的不间断卫星通信系统。此外，发射机动、轻便的小卫星群对雷达探测信号具有很好的隐蔽能力，不易被完全摧毁，即使几颗卫星同时收到重创，也能迅速发射或采用备用卫星重新部署，是提高卫星通信系统生存能力的方法之一。

3　结束语

就目前的研究进程和发展形势看，在未来的几年内，美军的新型军事卫星通信系统将形成星座并组网提供服务，从而进一步提高美军的全球作战能力。因此，无论从军事威慑角度，还是出于维护国家利益目的，都应大力发展军事卫星通信系统。从美军卫星通信系统的建设和发展进程中可以得到以下两点启示：在技术方面，重视跳频、扩频、天线调零及多波速等抗干扰技术的工程化应用，重视星上信号处理和星间光通信技术，重视新概念、新技术的开发和应用，从根本上提高卫星通信的先进性和可靠性。在对抗方面，加强卫星通信对抗力量建设是当务之急，通过建立一支空间和地面相结合的卫星通信对抗作战力量，可以形成有效的战略威慑，为未来可能面临的空间对抗奠定坚实的基础。■参考文献：

[1]左琳琳,田亚飞,席欢.美国新一代国防信息基础设施关键技术分析[J].指挥信息系统与技术, 2010, 1(6): 36-41.

[2]谢丰奕.美国移动通信卫星SkyTerra1升空[J].卫星电视与宽带多媒体,2010,7(23): 20-21.

[3]叶小国.空间通信协议SCPS/CCSDS研究综述[J].电信快报, 2009, 49(2):13-15.

[4]美国《航天新闻》网.美发射第三颗MUOS卫星[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在卫星网络中的性能分析[J].微计算机信息,2009,25(3): 115-117.

[6]美国《航天新闻》网.美发射第三颗AEHF卫星.[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。

赵小龙(1988-)，男，硕士，研究方向为通信对抗。

TN97

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