[科普中国]-军事通信卫星系统

概述

二战以后，军事无线通信技术取得的最大成果是军事卫星通信技术的产生和发展。1945年，美国的克拉克提出了用卫星进行通信的设想。1946年，曾有人用雷达向月球发射微波信号，结果准确的收到了从月面反射的回波，从理论上证明了利用卫星进行无线电通信的可行性。1957年，苏联第一课人造地球卫星发射成功，为卫星通信技术的产生和发展铺平了道路。1958年，美国发射了世界上第一个试验性的有源通信卫星。1960年，美国的皮尔斯等人首次实现了用人造地球卫星Echo-I作无线电反射器，Echo-I是一颗无源通信卫星，靠反射电波来完成通信。由于入射波的能量得不到补充，反而消耗在卫星到地球的路程中，所以地面接收到的信号是很微弱的，只有经过放大才能达到有效通信。经过两年的努力，到1962年利用Echo-I进行北美与欧洲的通信获得了成功。1962年，美国发射了第一个有源通信卫星Telstar。有源通信卫星装有接收机和发射机，可接收和发送信号。通过Telstar通信卫星实现了横跨大西洋的电视和电话传输。

卫星通信技术产生以后，立即便用于军事目的。20世纪60年代初，美国军方委托伍德里奇公司研制出“国防通信卫星”并投入使用，成为为美国国防部各部门提供通信线路和直接支援全球军事通信与指挥的系统。1971年至1989年底，美国又发射了16颗更为先进的“国防通信卫星III”。与此同时，美国还发展了各军兵种使用的通信卫星。1978年至80年代末期，美国发射了8颗由TRW公司研制的舰队通信卫星。该系统由美国海军负责管理，约800艘舰船、100艘潜艇和空军的数百架飞机和一些地面终端使用。1976年，美国开始部署空军通信卫星系统，1979年投入使用，1981年开始全面工作，系统连接包括预警机、侦察机、战略轰炸机、洲际导弹指挥所在内的地面和机上终端。90年代以后，美国还研制和发射了具有较强抗核加固的抗干扰能力，能保证和战争条件下通信顺畅的新一代军用通信卫星战略战术和中继卫星(MILSTAR)。除了美国之外，其他国家和国际军事组织也大力发展军事卫星通信技术。北约组织于70年代初发射了3颗“纳托”通信卫星;法国于1984年和1985年分别把“电信-1A”、“电信-2B”发射到地球同步轨道;英国于1969年、1970年、1974年和1988年分别发射了“天网-1”、“天网-2”、“天网-4”军用通信卫星;苏军于1965年发射了“闪电-1”、军事通信卫星74颗，70年代后又发射了改进的“闪电-2”、“闪电-3”卫星近50颗;中国于60年代发射“东方红”地球卫星后，也发展了军事卫星通信。利用人造地球卫星进行军事通信具有通信距离远、传输容量大、可靠性高、灵活性强和造价便宜等优点，成为当代军事通信的理想形式。

第二次世界大战以后，在军用无线电通信技术方面，还发展了自动转接的移动通信技术。移动通信即通信双方或一方处于运动状态中，以移动电台通过固定通信台转接进行的通信联络。用于移动通信的主要设备是各种便携式、车载式、船载式的超短波电台和短波电台。通过地面无线电设备与有线电话交换中心连接，移动电话还可与近距离或远距离的有线电话通信。人们早就希望有一种便携的能“自由”通话的工具。20世纪30年代出现了体积小、重量轻的电子管步谈机，采用单工无线电话的工作方式。尽管步话机技术后来有了发展，但由于发射功率小，传输的距离近，而且采用单工方式，送花的同时不能听话，使用不够方便。60年代以后，随着微电子技术和程控交换技术的发展，小型的电台能发射较大功率的信号，固定通信台站可以通过程控交换机接转覆盖区内的任何一个用户。于是移动通信技术迅速地发展起来。移动通信机动灵活，方便迅速，便于军队在机动中及时实施作战指挥，使海陆空军各部队在复杂情况下能够密切配合协同作战，对保障现代条件下的作战具有重要作用1。

体系结构20 世纪70 年代初，美国国防部对卫星通信带来的优势非常满意，于是开始着手定义和建立军事卫星通信体系结构标准，以此来促进这一领域技术和项目的开发，进而更有效地满足军方需求。1976年，首个成熟的军事卫星通信体系机构正式出台，并且至今依然是美国军事卫星通信项目的基础之一。该体系结构由3 部分组成: 宽带通信、窄带( 移动和战术) 通信和保护型( 抗核攻击能力) 通信。美军建设军事卫星通信的目标是，建立一个包含各部分、支持多种用户和项目的通用卫星系统2。

宽带卫星通信

宽带卫星通信主要用于提供高数据速率应用，宽带数据速率定义为64kbit /s 以上。宽带卫星通信系统大多采用固定式终端以及安装在大型舰船和飞机上的便携式终端。典型的宽带卫星系统有国防卫星通信系统( DSCS) 以及特高频后续星( UFO) 上搭载的全球广播业务( GBS) 有效载荷。美国现役的宽带通信卫星有: 8 颗国防卫星通信系统-3 系列卫星和3 颗下一代宽带通信卫星———宽带全球卫星( WGS) 。

窄带卫星通信

窄带( 移动和战术) 卫星通信用户的特点是采用具有低增益天线的小型终端。这些终端采用低到中等数据速率( 最初定义为低于64kbit /s 以下) ，可以安放在飞机、舰船或者地面车辆等。随着技术的进步，这一范畴的数据速率已经得到了提升，宽带和窄带通信之间的分割点已经很模糊。窄带卫星通信网络能够连接的用户范围很广，从战区内到横越大洋。典型的窄带卫星系统有舰船卫星通信系统、租赁卫星系统和特高频后续星( UFO) 卫星系统等。美国现役的窄带通信卫星有: 2 颗舰队卫星通信系统卫星和7 颗特高频后续星[1]。下一代窄带卫星通信系统———移动用户目标系统( MUOS) 当前正在研发之中，首颗MUOS 卫星的发射时间已经推迟到2012年2 月。

保护型卫星通信

体系结构中保护型通信的特色在于移动性。它采用的终端具有极低到中等的数据速率，可以在舰船、飞机或地面车辆上使用。在一次低数据速率交换中，这些终端能够提供相当重要的保护能力，让它们的链路免受物理、核和电磁威胁的破坏。典型的保护型卫星系统有军事星系统、空军卫星通信( AFSATCOM)系统和极高频有效载荷。美国现役的保护型通信卫星有: 5 颗军事星( Milstar) 。下一代保护型卫星通信系统———先进极高频卫星( AEHF)的首颗卫星已经于2010 年8 月发射上天，但由于推进系统故障，卫星历经14 个月才进入轨道。美国太空与导弹系统中心希望在2012 年初将首颗AEHF卫星的负责权转交给美国第十四空军。

技术发展系统技术为了适应21 世纪信息化战争的需要，世界主要军事大国在加强不同种类的军用卫星系统之间合作的同时，也积极研制和部署新型的军用卫星系统。

在战时通信容星聚增的情况下， 目前军事通信广播卫星的主要问题是通信容量不足，抗干扰能力差。为解决这些问题，通信广播类卫星系统技术发展和主要创新思路是：

1、高、中、低轨道卫星并行发展；

2、发展多波束天线和超精度大线技术；

3、发展光通信技术；

4、 发展高速星上信号处理和切换技术；

5、研究直播卫星在军事上的新应用；

6、发展高温超导转发器技术3。

卫星平台技术为保证通信的可靠进行，对通信卫星提出的基本要求是：高效， 即高度功能质量比；低功耗： 保证正常运行，耗能尽可能低；高可靠性， 元件部件的故障率极低，长的在轨时间等。

通信卫星通常包括天线分系统、通信分系统、电源分系统、跟踪遥测指令分系统和控制分系统。

1、天线技术；

2、转发器技术；

3、电源技术；

4、增加卫星运行寿命的氛离子推进及高效率太阳能电池技术；

5、现代星上处理技术；

6、星间链路新技术。

星座卫星通信技术星座卫星通信技术在军事通信中有着同步静止卫星不同的应用：

星座卫星通信的特点：价格低、廉面向单兵或个人、机动灵活。

星座卫星通信技术：设计标准化和产品模块化、技术集成化、快速吸纳新技术、机动和组合发射、地面站与终端的配合。

卫星抗干扰技术根据卫星通信系统受到的人为干扰的不同， 可分为对上行线路的干扰、对下行线路的干扰、对转发器的干扰和对通信卫星跟踪、遥控信号或通信网信令的干扰。干扰设备可置于地面( 固定式、车载式或船载式干扰站) ， 置于空中( 机载、气球运载的干扰站)，也可置于太空( 星载干扰站)。针对上述干扰, 目前主要采用了以下7种抗千扰技术与方法：

1、抗干扰限幅技术；

2、波束自适应调零天线技术；

3、高频( EH)F 抗干扰技术；

4、星上再生处理技术；

5、重叠隐蔽通信；

6、卫星通信系统的自愈；

7、扩频( DS一5 5 ) 和跳频( FH)、跳时( TH) 技术。

信道技术1、天线与分布智能天线技术；

2、软件无线电与软件定义的无线电技术；

3、现代编码/ 调制及编码调制技术；

4、卫星人工神经网络技术及自适应信号处理与统计检测技术；

5、传送多媒体综合业务的多层次综合业务工作平台技术；

6、流媒体技术；

7、软交换技术；

8、适应IP 或全IP 为基础及全球个人通信运行的新应用协议与算法的研究和开发应用；

9、OVB一lP 及安全控制条件接收以技术与电子数字水印之类盗版防护技术；

10、频段扩展与新系统、新技术的开发应用。

发展趋势世界各国正在通过实施更多以网络为中心、基于信息的作战概念进行军事战术的转型。未来作战对于可互操作、鲁棒的网络中心通信需求正在疯狂增长，而军事卫星通信的战术使用在提供这种通信时起到了非常关键的作用。在20 世纪90 年代初的“沙漠风暴”冲突中， 54. 2 万军队占用了近100Mbit /s 的军事卫星通信带宽。10 年后，在伊拉克自由作战行动的高峰期， 35 万军队占用的军事卫星通信带宽达到了3.2Gbit /s，增长的幅度超过了30 倍。带宽需求的不断增强为军事卫星通信的增长带来了前所未有的发展机遇，与此同时，军事卫星通信在作战中的使用变得越来越举足轻重.

随着越来越多的国家已经认识到军事卫星通信的价值并对其投入了大量的资源，美国和其他军事大国继续增加自身军事卫星网络的能力和成熟度，一些较小的国家则开始着手这一领域能力的建立，这使得军事卫星通信市场得到快速增长2。