01

衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介

衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為空間系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、TT&C系統(tǒng)以及監(jiān)控管理系統(tǒng)四個(gè)部分。空間系統(tǒng)就是衛(wèi)星段，單個(gè)或者多個(gè)衛(wèi)星。位于太空中，對(duì)信號(hào)繼續(xù)中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。

衛(wèi)星系統(tǒng)中包含了收發(fā)天線系統(tǒng)、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、TT&C指令、控制系統(tǒng)、電源系統(tǒng)等。地面系統(tǒng)，地面系統(tǒng)由地面用戶終端、信關(guān)站、關(guān)口站等組成。

地面站完成地面信號(hào)向衛(wèi)星的發(fā)射和接收工作，包括了無線電收發(fā)站，用戶終端通過它接入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)。

TT&C：Telemetry trackingand control，遙測(cè)、追蹤及控制，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制衛(wèi)星入軌，入軌后對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行位置、姿態(tài)的修正和保持。

監(jiān)控管理系統(tǒng)：完成對(duì)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、天線增益、各地面站發(fā)射功率、頻率、帶寬等基本參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，保證正常通信。

圖片來源：INTELSAT官網(wǎng)

單跳衛(wèi)星通信的過程：首先由地面站通過上行鏈路向衛(wèi)星發(fā)射信號(hào)，衛(wèi)星接收到了信號(hào)之后對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、變頻等操作；再通過轉(zhuǎn)發(fā)器通過下行鏈路發(fā)送給地面站接收型號(hào)，由地面接收站傳送給相關(guān)用戶。

用戶處于遠(yuǎn)距離或者不在該衛(wèi)星的波束范圍內(nèi)可能需要多跳通信或者衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的星間鏈路的通信。

從整個(gè)通信的過程來看，有上下行鏈路、地面站、衛(wèi)星等組成。其中能夠?qū)嵤└蓴_的主要有上下行鏈路、衛(wèi)星，地面站難以干擾主要因?yàn)槠浣ㄔO(shè)位置通常在敵方本土或者特定區(qū)域內(nèi)。上下行鏈路以及衛(wèi)星空間開放，區(qū)域不受限制，很容易實(shí)施干擾。

國外軍事衛(wèi)星通信系統(tǒng)

衛(wèi)星系統(tǒng)	國家	頻率&特點(diǎn)	數(shù)量	安全防護(hù)措施
MILSTAR	美國	上行：43.5-45.5GHz、292.825-311.175MHz、316.587-317.318MHz，采用FDMA和全頻帶跳頻； 下行：20.2-21.2GHz、243.588-269.975MHz，采用TDMA和快速跳頻 星間鏈路：60GHz 通信和跟蹤鏈路：1811.768MHz、1815.722MHz 遙測(cè)和跟蹤鏈路:2262.5MHz、2267.5MHz	4	1.采用自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)使天線波束零點(diǎn)指向干擾源； 2.采用擴(kuò)頻技術(shù)提高“軍事星”衛(wèi)星通信的抗干擾能力和低截獲性能 ; 3.采用星上處理EHF/UHF交鏈抗干擾技術(shù)，提高了衛(wèi)星的智能化和自動(dòng)化水平 4.空間抗干擾措施； 5.擴(kuò)展衛(wèi)星通信頻段；
DSCS	美國	上行：7.9-8.4GHz；下行：7.25-7.75GHz 1.國家指揮當(dāng)局、國防通信局與聯(lián)合司令部和特種司令部之間的通信； 2.預(yù)警機(jī)和戰(zhàn)區(qū)飛機(jī)間的通信； 3.支援應(yīng)急事件或局部戰(zhàn)爭(zhēng)的高容量、高可靠性通信； 4.以寬帶信道來保證高質(zhì)量的高速數(shù)據(jù)或高分辨率圖形和圖像的保密傳輸，快速傳送傳感器數(shù)據(jù)； 5.提供其它傳輸手段不便完成的遠(yuǎn)距離通信和支援海軍的艦岸通信。	4	1.采用TDMA、CDMA混合多址技術(shù)提高抗干擾能力; 2.采用多波束天線提高的抗干擾能力； 3.采用星上處理與與交鏈抗干擾技術(shù)； 4.采用擴(kuò)頻技術(shù)提高“國防通信衛(wèi)星”衛(wèi)星通信的抗干擾能力和低截獲性能；
UFO	美國海軍	下行：20.2-21.2GHz；單衛(wèi)星96Mb/s通信速率	3	攜帶一個(gè)特高頻通信載荷和一個(gè)受保護(hù)的極高頻通信載荷可提供具備編碼和抗干擾功能的保密通信
SkyNet	英國	為英國和北約部隊(duì)提供安全、可靠的戰(zhàn)略通信和政府通信服務(wù)	11	1.天網(wǎng)系列衛(wèi)星裝備有先進(jìn)接收天線可允許衛(wèi)星有選擇地收聽信號(hào)； 2.并過濾掉 “干擾 ” 信號(hào)； 3.該衛(wèi)星載有超高頻通信轉(zhuǎn)發(fā)器具有強(qiáng)抗毀和抗干擾能力；

衛(wèi)星通信是天基綜合信息網(wǎng)的橋梁,軍用衛(wèi)星通信在國防建設(shè)當(dāng)中發(fā)揮著越來越重要的作用。然而,在現(xiàn)代電子戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下,衛(wèi)星通信的環(huán)境又是十分惡劣的,它不可避免會(huì)受到敵方的偵收、干擾和攻擊等威脅。因此,認(rèn)真研究衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾、抗截獲、抗摧毀的有效策略,提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)的生存能力是目前軍事衛(wèi)星通信發(fā)展的當(dāng)務(wù)之急。 衛(wèi)星通信是軍事通信的重要組成部分,在現(xiàn)代電子戰(zhàn)爭(zhēng)環(huán)境下,衛(wèi)星通信的環(huán)境又是十分惡劣的,它容易受到敵方的偵收、干擾和攻擊等威脅。由抗干擾設(shè)計(jì)的基本思想出發(fā),從空域、時(shí)域、頻域等幾個(gè)方面介紹了軍用衛(wèi)星通信常用的抗干擾技術(shù)措施及其發(fā)展趨勢(shì),闡明了在設(shè)計(jì)軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)時(shí),應(yīng)綜合應(yīng)用多種抗干擾措施,才能使衛(wèi)星通信在空間惡劣電磁環(huán)境下更好地發(fā)揮作用。 提高衛(wèi)星通信在嚴(yán)酷信息戰(zhàn)環(huán)境下的生存能力,是軍用衛(wèi)星通信面臨的迫切問題。對(duì)衛(wèi)星通信的干擾可分為故意干擾和非故意干擾兩類。對(duì)于非故意干擾,可以通過完善管理制度、加強(qiáng)系統(tǒng)間協(xié)調(diào)以及其他技術(shù)手段解決;軍用衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)研究主要是針對(duì)敵方利用專門的干擾設(shè)備對(duì)衛(wèi)星通信的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行的以破壞其正常通信為目的的人為故意干擾。 軍事通信的對(duì)抗,不外乎“抗、躲、藏”的技術(shù)措施,軍用衛(wèi)星通信也不例外?！翱埂笔切l(wèi)星通信抗干擾技術(shù)的根本“, 躲”和“藏”是抗干擾技術(shù)手段的靈活運(yùn)用,在某些時(shí)候可以起到事半功倍的效果。 通信干擾方的基本目的是用盡量小的代價(jià)破壞敵方的可靠通信;而通信方則需要基于以下假設(shè)條件設(shè)計(jì)抗干擾的通信系統(tǒng): ①完全不受任何干擾的通信系統(tǒng)是不可能實(shí)現(xiàn)的; ②干擾方事先掌握了系統(tǒng)的大部分參數(shù),如頻段、定時(shí)、通信量等; ③干擾方事先不知道偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列(或跳頻編碼) 。設(shè)計(jì)抗干擾系統(tǒng)的基本思想,就是使敵方成功破壞通信的代價(jià)盡可能地大。 設(shè)計(jì)抗干擾通信系統(tǒng)時(shí),通常都力求迫使干擾方將它有限的資源以下面的幾種形式分散開來:①分散到一個(gè)很寬的頻帶上; ② 分散到盡可能長(zhǎng)的時(shí)間上; ③分散到不同的空間位置上。因此,常采用以下的設(shè)計(jì): ①擴(kuò)展頻譜:通過直接序列擴(kuò)頻或者跳頻實(shí)現(xiàn); ②隨機(jī)發(fā)送: 通過時(shí)間跳變實(shí)現(xiàn);③空間識(shí)別技術(shù):采用窄波束天線,可以迫使干擾從天線的旁瓣進(jìn)入接收機(jī),進(jìn)而通常受到- 25～- 30 dB的衰減; ④聯(lián)合采用上述幾種方法。 要提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力,必須是全系統(tǒng)多方面的綜合考慮。包括系統(tǒng)的通信體制選擇、糾錯(cuò)編譯碼、幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、冗余設(shè)計(jì)、加密設(shè)計(jì)等,最主要的抗干擾手段還是在信道傳輸方面采取多種抗干擾措施。 衛(wèi)星通信作為視距通信的補(bǔ)充部分，已成為各國通信結(jié)構(gòu)中不可或缺的通信方式，導(dǎo)致衛(wèi)星通信成為各國軍事行動(dòng)中的主要攻擊目標(biāo)。由于衛(wèi)星定點(diǎn)位置的公開化，使得衛(wèi)星通信系統(tǒng)更容易面臨電磁干擾、截獲、入侵甚至被摧毀的威脅。為了提高衛(wèi)星通信系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的抗干擾、抗截獲、隱身以及抗入侵等能力，越來越多的對(duì)抗性技術(shù)措施被提出。在這種背景下，如何客觀、全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的對(duì)抗性性能，已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。對(duì)抗性性能評(píng)估不僅在衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)、研發(fā)和使用過程中起著重要作用，而且對(duì)衛(wèi)星通信系統(tǒng)在復(fù)雜電磁環(huán)境下的使用策略起著重要的指導(dǎo)作用。對(duì)抗性性能評(píng)估的基礎(chǔ)，是建立科學(xué)的對(duì)抗性指標(biāo)體系。 近年來，衛(wèi)星通信系統(tǒng)相關(guān)對(duì)抗性指標(biāo)得到越來越多的研究，但目前尚沒有形成一套完備而有效的指標(biāo)體系來適應(yīng)信息對(duì)抗技術(shù)的不斷發(fā)展。本文在已有衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)抗性指標(biāo)基礎(chǔ)上，從抗干擾、抗截獲、隱身以及抗入侵等類別出發(fā)，歸納總結(jié)出一套科學(xué)的對(duì)抗性指標(biāo)體系，并深入分析指標(biāo)含義，提出了指標(biāo)提升方法，為衛(wèi)星通信系統(tǒng)對(duì)抗性技術(shù)研究提供基礎(chǔ)支撐。 太空領(lǐng)域正經(jīng)歷著巨大變化，越來越多的國家和商業(yè)機(jī)構(gòu)涉足太空領(lǐng)域，太空也會(huì)變得越來越擁擠，并面臨更多競(jìng)爭(zhēng)。從安全角度看，越來越多的國家也在尋求利用太空資源增強(qiáng)軍事能力和鞏固國家安全，并開發(fā)太空對(duì)抗能力，保護(hù)本國的太空系統(tǒng)，欺騙、破壞、拒絕或摧毀敵方的太空系統(tǒng)，確保贏得太空優(yōu)勢(shì)。太空情報(bào)、監(jiān)視、偵察（ISR）、定位導(dǎo)航和授時(shí)（PNT）以及衛(wèi)星通信是軍事太空應(yīng)用的主要領(lǐng)域。 各國對(duì)太空的安全使用和依賴性日益增加，也促使更多國家開始關(guān)注和發(fā)展自己的太空對(duì)抗能力。太空對(duì)抗，也叫太空控制，涉及一系列用來獲取太空優(yōu)勢(shì)的能力或技術(shù)。獲得太空優(yōu)勢(shì)包括增強(qiáng)己方為達(dá)到目的而使用太空資產(chǎn)的能力，同時(shí)削弱對(duì)手的太空能力。因此，太空對(duì)抗能力包括進(jìn)攻和防御兩方面，這兩方面都需要得到空間態(tài)勢(shì)感知（空間環(huán)境信息）能力的支持。太空對(duì)抗中的防御能力是保護(hù)己方的太空資產(chǎn)免受攻擊，而進(jìn)攻能力則是試圖阻止敵人使用他們的太空資源。 太空對(duì)抗包括多種方式：直升式對(duì)抗、共軌對(duì)抗、定向能武器、電子戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)空間對(duì)抗等。為了獲得太空優(yōu)勢(shì)，許多國家都在積極開發(fā)太空對(duì)抗能力，并在以上方面都有一定發(fā)展。 在此，本文主要分析了美、俄等國家在電子戰(zhàn)太空對(duì)抗能力近期的發(fā)展現(xiàn)狀。所謂電子戰(zhàn)，是指“利用電磁和定向能控制電磁頻譜或攻擊敵人的軍事行動(dòng)”。本文中太空對(duì)抗中的電子戰(zhàn)特指故意干擾敵方與衛(wèi)星之間的射頻傳輸。干擾衛(wèi)星信號(hào)通常包括干擾上行鏈路和下行鏈路。在上行鏈路或軌道上發(fā)生干擾時(shí)，干擾信號(hào)直接針對(duì)衛(wèi)星。大多數(shù)通信衛(wèi)星都是作為中繼節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)來自地面上行鏈路或其它衛(wèi)星的信號(hào)。上行鏈路干擾信號(hào)可以在衛(wèi)星接收天線波束中的任何位置生成，壓制衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號(hào)和地面用戶接收的信號(hào)。所有在衛(wèi)星服務(wù)區(qū)域中的用戶都會(huì)受到影響。而下行鏈路或地面干擾則以衛(wèi)星服務(wù)的地面用戶為目標(biāo)，通過廣播射頻信號(hào)壓制特定區(qū)域用戶所需的信號(hào)。在下行鏈路干擾中，衛(wèi)星本身不會(huì)受到干擾，干擾機(jī)作用范圍外的用戶也不會(huì)受到干擾。

圖1 上行和下行鏈路干擾

衛(wèi)星通信信號(hào)偵測(cè)系統(tǒng)是利用偵察設(shè)備或系統(tǒng)對(duì)敵方軍事通信系統(tǒng)所輻射的通信信號(hào)進(jìn)行截獲、檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、調(diào)制識(shí)別、輻射源測(cè)向、定位和個(gè)體特征識(shí)別，其目的是準(zhǔn)確分析出敵方通信系統(tǒng)的所處位置、技術(shù)性能及身份信息，為己方指揮決策和電子戰(zhàn)裝備設(shè)計(jì)提供有利支援。系統(tǒng)的主要任務(wù)是從復(fù)雜的電子環(huán)境中搜索和發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星通信信號(hào)，對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)的基本參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，同時(shí)，對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別，測(cè)量其他特征參數(shù)。然后，根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)的調(diào)制參數(shù)進(jìn)行解調(diào)及后續(xù)處理，以便獲取該信號(hào)所攜帶的信息。通信信號(hào)偵測(cè)系統(tǒng)主要包括信號(hào)搜索、測(cè)向定位、信號(hào)分析等功能。

02

衛(wèi)星通信抗干擾的技術(shù)措施

2.1 星上抗干擾措施

星上采用抗干擾技術(shù),保護(hù)轉(zhuǎn)發(fā)器不被干擾、堵塞是提高整個(gè)衛(wèi)星通信應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的最直接、最有效的手段。其常用方法是智能天線、Smart2AGC和干擾限幅技術(shù)。采用智能天線進(jìn)行對(duì)干擾調(diào)零,可使干擾受到衰減25～30dB ,同時(shí),轉(zhuǎn)發(fā)器接收機(jī)輸入加濾波防止帶外對(duì)強(qiáng)干擾,再加入Smart2AGC或干擾限幅對(duì)消技術(shù),使強(qiáng)干擾受抑制,使系統(tǒng)不易被堵塞。 基于多波束技術(shù)的星載智能天線能夠根據(jù)其所處的信號(hào)環(huán)境非常靈活地形成所需要的波束,也就是說,當(dāng)它處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)能形成方向圖零點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)干擾或者高增益超低副瓣電平的波束,使得衛(wèi)星信號(hào)不容易被敵方截獲;當(dāng)它處于接收狀態(tài)時(shí)能自動(dòng)地調(diào)整方向圖零點(diǎn)指向干擾,同時(shí)保證在期望信號(hào)方向上的增益幾乎不受影響?？煽攸c(diǎn)波束技術(shù)是實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、效果顯著的具有較高抗干擾能力的區(qū)域衛(wèi)星通信手段。 Smart2AGC為基于包絡(luò)處理的自適應(yīng)限幅技術(shù),它利用一種零區(qū)可變的非線性變換電路來抑制強(qiáng)干擾。零區(qū)根據(jù)干擾信號(hào)包絡(luò)的大小自適應(yīng)地調(diào)節(jié),使盡量多的干擾落入零區(qū)而被消除。無干擾時(shí)或干擾很小時(shí),工作在線性狀態(tài)。如何實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確地檢測(cè)干擾信號(hào)包絡(luò)是該技術(shù)的關(guān)鍵。 星上抗干擾措施可以用于透明轉(zhuǎn)發(fā)器或處理轉(zhuǎn)發(fā)器。2.2 上處理技術(shù) 處理轉(zhuǎn)發(fā)器相對(duì)于透明轉(zhuǎn)發(fā)器有明顯的抗干擾優(yōu)勢(shì)。衛(wèi)星通信的傳輸性能是由上行和下行載波———噪聲功率比(C/N) 綜合決定的。處理轉(zhuǎn)發(fā)器的一個(gè)作用是將上行與下行線路分開,并對(duì)上行干擾加以識(shí)別、處理,使其影響減到最小或加以消除。其基本組成是:上行跳頻、擴(kuò)頻信號(hào)的解跳、解擴(kuò)、解調(diào)、譯碼和分接,以及提供下行用的編碼、復(fù)接、調(diào)制、擴(kuò)頻、跳頻等。星上的信號(hào)處理主要包括4類: ①對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解跳、解擴(kuò)、解調(diào)再生,然后再進(jìn)行相反的過程,使噪聲不會(huì)積累; ②進(jìn)行其他更高級(jí)的信號(hào)變換和處理,如上行FDMA變?yōu)橄滦蠺DM信號(hào); ③在不同的衛(wèi)星天線波束之間進(jìn)行信號(hào)交換; ④星間鏈路,在不同衛(wèi)星之間進(jìn)行迂回路由。星上處理技術(shù)是避免衛(wèi)星通信遭受“偵收下行,干擾上行”這一衛(wèi)星通信常見干擾手段的有效方法。2.3 新型強(qiáng)抗干擾通信體制(1) 跳頻：提高跳速、擴(kuò)展跳頻帶寬是跳頻通信的發(fā)展方向。提高跳速可以防止敵方進(jìn)行跟蹤式干擾,跳頻帶寬的增加則直接提高了通信系統(tǒng)的抗干擾處理增益。如美國的軍事星跳頻速率大于10000跳/s ,跳頻帶寬達(dá)到2GHz。自適應(yīng)跳頻是增強(qiáng)抗干擾能力的重要手段,當(dāng)跳頻系統(tǒng)某個(gè)頻率段受到干擾時(shí),系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別已經(jīng)被干擾的頻率(壞頻點(diǎn)) ,自適應(yīng)地改變跳頻圖案,重新跳到無干擾的頻段。是克服“盲跳頻”避免“三分之一干擾頻點(diǎn)門限”的有效手段。自適應(yīng)跳頻的關(guān)鍵技術(shù)包括受干擾頻率檢測(cè)與估計(jì)、干擾頻率替代算法、頻譜監(jiān)測(cè)及譜分析等。(2) 直接序列擴(kuò)頻:直接序列擴(kuò)頻是最常用的通信抗干擾手段之一。窄帶干擾抵消是直接序列擴(kuò)頻技術(shù)提高抗干擾能力的重要手段,可以采用時(shí)域干擾抵消或頻域干擾濾波的方法。頻域?yàn)V波方法實(shí)時(shí)性好、對(duì)數(shù)字化處理程度要求高,關(guān)鍵是高速實(shí)時(shí)、多比特、大點(diǎn)數(shù)FFT/IFFT算法的硬件實(shí)現(xiàn)。自適應(yīng)擴(kuò)頻是指擴(kuò)頻參數(shù)自適應(yīng)變化,當(dāng)敵方干擾較強(qiáng)時(shí),可增大擴(kuò)頻比降低信息傳輸速率來提高系統(tǒng)抗干擾能力;若敵方干擾減弱,信道質(zhì)量好時(shí),可減小擴(kuò)頻比提高信息速率,以提高信道的利用率。 直接序列擴(kuò)頻參數(shù)捷變技術(shù)可以有效提高傳統(tǒng)擴(kuò)頻信號(hào)抗截獲性能,該技術(shù)又不過多地占用通信頻帶和地址碼,如直擴(kuò)小跳頻、跳碼等。直擴(kuò)小跳頻通信：擴(kuò)小跳頻是指在直擴(kuò)通信的過程中,擴(kuò)頻信號(hào)的載波頻率在一個(gè)較小的范圍內(nèi)(相對(duì)擴(kuò)頻帶寬)按一定的規(guī)律快速抖動(dòng)。與常規(guī)的直擴(kuò)通信相比,直擴(kuò)小跳頻不具有額外的抗干擾能力,但對(duì)于提高系統(tǒng)的抗截獲、抗偵收性能卻非常有效。直擴(kuò)跳碼通信：在傳統(tǒng)的直擴(kuò)系統(tǒng)中,通常采用周期較短的m序列或GOLD碼作為擴(kuò)頻碼,這種二值序列具有較強(qiáng)的周期性,碼數(shù)量較少,因此抗截獲性能也較差。如果在通信過程中變換擴(kuò)頻碼型或擴(kuò)頻碼的某些參數(shù),則可大大提高信號(hào)的抗截獲性能。跳碼通信是指先采用短周期擴(kuò)頻碼擴(kuò)頻(利于系統(tǒng)的快速同步) ,同步建立以后再將擴(kuò)頻碼切換為混沌序列或快速改變擴(kuò)頻碼的初始相位,以提高通信信號(hào)的抗截獲性能。 混沌系統(tǒng)對(duì)初始條件高度敏感,即使對(duì)于同一個(gè)映射關(guān)系,也可以通過改變初始條件產(chǎn)生大量的相關(guān)特性好、幾乎無周期的混沌擴(kuò)頻序列。因此在直擴(kuò)跳碼通信系統(tǒng)中,通信過程中可以采用混沌序列擴(kuò)頻,以提高通信信號(hào)的抗截獲性能。(3) 混合擴(kuò)頻,采用兩維或三維混合抗干擾技術(shù)體制也是國內(nèi)外抗干擾通信體制發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。例如:采用跳/擴(kuò)混合體制。采用跳/擴(kuò)混合體制的好處是集跳頻和直接序列擴(kuò)頻二者之長(zhǎng),可以對(duì)抗多種形式的干擾信號(hào)。而且在技術(shù)實(shí)現(xiàn)上容易獲得大于50dB甚至更高的抗干擾處理增益。2.4 智能化一體化抗干擾終端技術(shù) 智能化一體化抗干擾終端技術(shù)是新型軍用通信系統(tǒng)對(duì)調(diào)制解調(diào)設(shè)備提出的新要求。在數(shù)字化終端的基礎(chǔ)上,利用軟件無線電技術(shù),中頻以下部分用綜合基帶設(shè)備的通用硬件實(shí)現(xiàn),各種電路功能均用軟件算法模塊實(shí)現(xiàn),構(gòu)成一個(gè)開放式的軟件無線電平臺(tái)。既可以在硬件不變的情況下,通過改變或下載軟件,方便地改變其性能/功能,也可以在通過更換或增加部分處理模塊,使其在投入不大的情況下,使抗干擾終端功能和性能升級(jí)。通過軟件無線電實(shí)現(xiàn)對(duì)抗干擾終端的重配置,可以以最少的通用硬件滿足各種數(shù)據(jù)類型的需要。 不同的衛(wèi)星通信體系必然包含多種不同的通信體制和數(shù)據(jù)類型,智能化一體化抗干擾終端可以為簡(jiǎn)化終端設(shè)備,增強(qiáng)互通能力起到積極作用。智能化一體化抗干擾終端在地面和空間均有很好的應(yīng)用前景。2.5 擴(kuò)展頻段,發(fā)展毫米波、光通信 美國的國防通信衛(wèi)星系統(tǒng)(DSCS)、英國的天網(wǎng)(Skynet)和北約(NATO)衛(wèi)星都工作在多頻段,還增加了提高抗干擾性的EHF(44GHz)頻段。美國的軍事星系統(tǒng)使用60～70GHz的星際鏈路。毫米波通信極大地?cái)U(kuò)展了通信頻段,為高處理增益的抗干擾體制確立了先決條件。而且,毫米波波束窄,利于點(diǎn)波束和干擾調(diào)零的實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星通信采用光通信時(shí)和電波之間不存在干擾問題,而且光通信能實(shí)現(xiàn)1Gbit/s 以上的大容量衛(wèi)星通信,美國NASA、歐洲ESA、日本等國正在大力研究光通信技術(shù)。2.6 智能組網(wǎng)技術(shù) 智能組網(wǎng)技術(shù)是指抗干擾通信網(wǎng)系可以自動(dòng)感知電磁環(huán)境,對(duì)受干擾程度作出分析判斷,實(shí)時(shí)調(diào)整通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。 對(duì)于空間傳輸網(wǎng)路,建立多種路由傳輸方案。當(dāng)系統(tǒng)受到不可抵御的強(qiáng)干擾時(shí),主動(dòng)關(guān)閉某些傳輸通道,減少系統(tǒng)承載信息量,根據(jù)優(yōu)先級(jí)別,優(yōu)先將重要信息迂回到其他路徑進(jìn)行傳輸。當(dāng)干擾分析與識(shí)別設(shè)備發(fā)現(xiàn)干擾消除時(shí),能自動(dòng)恢復(fù)到正常工作狀態(tài)。對(duì)于衛(wèi)星地面應(yīng)用系統(tǒng),組網(wǎng)模式以集中式為主,網(wǎng)絡(luò)中心站要考慮機(jī)動(dòng)、備份。各個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)既自成網(wǎng)系,又可以通過抗干擾終端互聯(lián)互通。首先將多個(gè)大中型球站進(jìn)行統(tǒng)一管理,設(shè)定優(yōu)先級(jí)別。各個(gè)小地球站能夠使用不同的衛(wèi)星,不同頻段的轉(zhuǎn)發(fā)器接入大中型地球站。首先要確定衛(wèi)星資源和對(duì)系統(tǒng)容量進(jìn)行分析計(jì)算。然后制定平時(shí)、戰(zhàn)時(shí),針對(duì)不同級(jí)別用戶的多種預(yù)案。在每一種預(yù)案中考慮如何實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管理和抗干擾終端參數(shù)改變的策略。 智能組網(wǎng)技術(shù)是面向通信過程和網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)的,可以最大限度地利用現(xiàn)有的天基通信資源,提高衛(wèi)星通信的抗干擾能力和生存能力。2.7 空間段轉(zhuǎn)移技術(shù) 在戰(zhàn)時(shí)惡劣的電磁環(huán)境下,通信衛(wèi)星可能因受到強(qiáng)干擾或物理性摧毀而無法正常工作,在衛(wèi)星失效的情況下,為了保障重要通信節(jié)點(diǎn)之間的低限度通信,可以將衛(wèi)星通信轉(zhuǎn)移到“備份星”或其他軍用或民用衛(wèi)星資源上進(jìn)行通信(空間段轉(zhuǎn)移)。采用通過空間段轉(zhuǎn)移,能夠有效提高衛(wèi)星通信的抗毀能力。 除此之外,常見的抗干擾措施還包括高效糾錯(cuò)編碼技術(shù)、猝發(fā)通信、重疊隱蔽通信(PCMA)、寬帶信號(hào)干擾對(duì)消技術(shù)、自適應(yīng)功率控制技術(shù)等。在某些應(yīng)用條件下也有較好的抗干擾能力?？傊?衛(wèi)星通信的抗干擾措施可以從空間段、地面段、網(wǎng)絡(luò)層等幾個(gè)方面進(jìn)行綜合考慮,多種手段同時(shí)運(yùn)用,可以大大提升整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的抗干擾能力?？垢蓴_衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就是要結(jié)合技術(shù)實(shí)現(xiàn)的難易程度和目前能達(dá)到的技術(shù)手段,各取所長(zhǎng),最終設(shè)計(jì)出具有強(qiáng)抗干擾能力的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

03

衛(wèi)星通信信號(hào)搜索

在衛(wèi)星通信信號(hào)偵測(cè)系統(tǒng)的瞬時(shí)帶寬范圍內(nèi)，一般存在多個(gè)無線電信號(hào)。通信偵測(cè)作為非協(xié)同方，事先不能確定所感興趣信號(hào)的具體位置，而且也不確定這些信號(hào)何時(shí)出現(xiàn)，工作頻點(diǎn)或頻段同樣也不能確定。它們混雜在幾十個(gè)、上百個(gè)無用信號(hào)或干擾信號(hào)中，有些還可能淹沒在噪聲里。因此，對(duì)信號(hào)的快速搜索和準(zhǔn)確截獲是通信偵察要解決的首要任務(wù)。 衛(wèi)星信號(hào)檢測(cè)是完成信號(hào)發(fā)現(xiàn)和截獲的必要手段，目前較常用的信號(hào)檢測(cè)方法是能量檢測(cè)法，該方法主要是通過設(shè)置能量門限來發(fā)現(xiàn)信號(hào)。

信號(hào)檢測(cè)示意圖（來源于網(wǎng)絡(luò)）

04

衛(wèi)星終端測(cè)向定位

衛(wèi)星通信信號(hào)的測(cè)向定位主要目的是確定衛(wèi)星終端無線電信號(hào)發(fā)射的方向和位置，是通信對(duì)抗的重要組成部分。 衛(wèi)星終端無線電測(cè)向是利用無線電波在均勻媒質(zhì)中傳播的勻速直線特性, 根據(jù)入射電波在接收天線中感應(yīng)產(chǎn)生的電壓幅度、相位或頻率上的差別判定輻射源信號(hào)的來波方向。 干涉儀測(cè)向示意圖（來源于網(wǎng)絡(luò)） 衛(wèi)星通信信號(hào)定位技術(shù), 較簡(jiǎn)單的是交匯定位技術(shù),該技術(shù)通過將機(jī)動(dòng)平臺(tái)（如船、飛機(jī)）在不同位置測(cè)得的同一目標(biāo)的方位或分布，以及在不同地理位置的測(cè)向站測(cè)得的同一目標(biāo)的方位值進(jìn)行交匯, 獲取目標(biāo)的位置坐標(biāo)。

05

衛(wèi)星通信信號(hào)分析

衛(wèi)星通信信號(hào)分析，主要是對(duì)通信信號(hào)進(jìn)行調(diào)制識(shí)別，包含參數(shù)估計(jì)和調(diào)制分類。通信信號(hào)主要分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，常見的模擬調(diào)制方式有調(diào)幅（AM）、 調(diào)頻（FM）、 調(diào)相（PM）等；常見的數(shù)字調(diào)制方式有相位鍵控（PSK）、 頻率鍵控（FSK）以及幅度鍵控（ASK）等。 通信信號(hào)調(diào)制方式圖 衛(wèi)星通信信號(hào)調(diào)制識(shí)別主要包含三個(gè)部分，①信號(hào)預(yù)處理（為后續(xù)分析提供合適的數(shù)據(jù)），②特征提取與選擇（估計(jì)和測(cè)向通信信號(hào)參數(shù)），③分類識(shí)別（根據(jù)信號(hào)的特征參數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)整分類）。

信號(hào)調(diào)制識(shí)別原理圖

衛(wèi)星通信信號(hào)解調(diào)的主要目的是獲取通信信號(hào)所攜帶的信息內(nèi)容，獲取對(duì)方的作戰(zhàn)情報(bào)，了解其作戰(zhàn)意圖。在通信對(duì)抗中，作為非合作通信方，通信信號(hào)的參數(shù)是未知的，全部依靠調(diào)制分析的結(jié)果。信號(hào)解調(diào)主要輸出星座圖、眼圖以及調(diào)制碼流。 星座圖主要展示通信信號(hào)的相位信息。星座圖是相對(duì)于IQ調(diào)制而言，將數(shù)據(jù)信息映射到極坐標(biāo)中，同時(shí)包含了信號(hào)的幅度信息和相位信息。對(duì)于調(diào)制解調(diào)誤碼性能有很直觀的判斷。 星座圖 數(shù)字信號(hào)的眼圖中包含了豐富的信息，可以體現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的整體特征，能夠很好的評(píng)估數(shù)字信號(hào)的質(zhì)量，因而眼圖的分析是數(shù)字系統(tǒng)信號(hào)完整性之一。 眼圖 調(diào)制碼流圖 綜上所述，通信信號(hào)偵測(cè)系統(tǒng)依據(jù)自身軟硬件優(yōu)勢(shì)，能夠從復(fù)雜的電子環(huán)境中搜索和發(fā)現(xiàn)通信信號(hào)，判別特征，進(jìn)而能夠?qū)π盘?hào)攜帶的信息進(jìn)行提取，從而及時(shí)掌握敵方情報(bào)信息，為作戰(zhàn)指揮決策提供支撐，是一款情報(bào)信息捕捉利器。 衛(wèi)星通信偵察是利用偵察設(shè)備或者系統(tǒng)對(duì)地方軍事同行系統(tǒng)所輻射的通信信號(hào)進(jìn)行解惑、檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、調(diào)制識(shí)別、輻射源側(cè)向、定位和個(gè)體特征識(shí)別，其目的是分析出敵方通信系統(tǒng)的位置、技術(shù)性能以及身份，為己方指揮決策和電子戰(zhàn)裝備設(shè)計(jì)提供支援。 現(xiàn)代軍事衛(wèi)星通信呈現(xiàn)出軟件化、智能化、寬帶化和網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)，集成了高速跳頻、突發(fā)通信、復(fù)雜調(diào)制和復(fù)雜編碼等技術(shù)，進(jìn)一步為通信偵察帶來了新的挑戰(zhàn)和更高的難度。 現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中涉及的信息種類多、復(fù)雜程度高，包含了作戰(zhàn)指令、戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈、圖像、語音及文字信息。紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)種類導(dǎo)致了傳輸數(shù)據(jù)的種類復(fù)雜化、速率高速化、分布密集化、容量巨大化，進(jìn)一步導(dǎo)致了衛(wèi)星通信體制相應(yīng)的變化以適應(yīng)戰(zhàn)場(chǎng)的變化。 在衛(wèi)星通信偵察中通常采用功率范圍大、靈敏度高的接收機(jī)，需要在截獲帶寬內(nèi)對(duì)所截獲的信號(hào)進(jìn)行分選，然后針對(duì)特定的信號(hào)進(jìn)行處理分析（如參數(shù)估計(jì)、調(diào)制識(shí)別等）。有效實(shí)現(xiàn)多信號(hào)截獲、分選、分析的接收機(jī)架構(gòu)就是采用多通道接收機(jī)架構(gòu)，對(duì)應(yīng)就是采用多通道陣列信號(hào)處理技術(shù)，能夠完成對(duì)特定信號(hào)的DOA和信號(hào)分選。 偵察手段的多樣化逆向促進(jìn)了抗偵察的應(yīng)對(duì)方法，采用具有抗干擾性、低截獲概率的通信技術(shù)逐步廣泛應(yīng)用。舉個(gè)例子，常用的通信方法之一就是采用高速調(diào)頻通信，高速調(diào)頻信號(hào)頻率變化速度快、調(diào)頻范圍大，采用掃頻方式的接收機(jī)在一次掃頻中可能只能截獲十幾個(gè)或者幾個(gè)調(diào)頻，數(shù)據(jù)量的缺失無法支撐后面正確的信號(hào)處理。在一些高速運(yùn)動(dòng)情況下，比如飛機(jī)，穩(wěn)態(tài)的數(shù)據(jù)也只是短暫的。包括衛(wèi)星通信，衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)和接收天線波束偏離也會(huì)有類似問題。 其他的諸如非視距震顫、旁瓣偵察、多徑衰落等都將會(huì)對(duì)通信偵察造成影響。因此如何在復(fù)雜的電磁環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多種復(fù)雜類型的信號(hào)是未來通信偵察面臨的難題。

雷達(dá)探測(cè)和通信偵察兩者有相似的地方但又是兩個(gè)不同的東西，實(shí)現(xiàn)的技術(shù)路線、面對(duì)的目標(biāo)、實(shí)現(xiàn)的目的均有所不同。

雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)主要是各種實(shí)體，例如飛機(jī)、艦艇、戰(zhàn)車、導(dǎo)彈以及單兵.通信偵察的目標(biāo)主要是各種通信設(shè)備或者系統(tǒng)，其中雷達(dá)面對(duì)的武器裝備中基本都會(huì)裝備通信設(shè)備，像通信電臺(tái)、衛(wèi)星通信設(shè)備等屬于通信偵察的范疇。因此兩者大部分的目標(biāo)都是相同的. 工作方式：雷達(dá)是通過輻射電磁波，目標(biāo)被雷達(dá)照射之后會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)回波，雷達(dá)接收機(jī)依據(jù)目標(biāo)范圍的回波信號(hào)，結(jié)合RCS特征分析從而發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。雷達(dá)也可以進(jìn)一步分為主動(dòng)雷達(dá)、半主動(dòng)雷達(dá)和被動(dòng)雷達(dá)。其中主動(dòng)雷達(dá)需要自主發(fā)射探測(cè)信號(hào)，接收設(shè)備發(fā)射信號(hào)的目標(biāo)回波；半主動(dòng)雷達(dá)主要依靠輔助雷達(dá)照射目標(biāo)，接收輔助雷達(dá)的回波信號(hào)；被動(dòng)雷達(dá)不輻射電磁波，僅接收或者探測(cè)目標(biāo)發(fā)出的電磁波。 通信偵察通常是不需要自主發(fā)射信號(hào)的，只需要通過接收機(jī)接收探測(cè)并分析敵方信號(hào)，因此通信偵察的設(shè)備通常僅有接收機(jī)部分。 因此從輻射源的方面區(qū)分，大部分的雷達(dá)是主動(dòng)輻射工作體制，而通信偵察和被動(dòng)雷達(dá)是被動(dòng)工作體制，不向外輻射電磁波，隱蔽性好、不易暴露己方位置。但是劣勢(shì)也很明顯，當(dāng)探測(cè)目標(biāo)關(guān)機(jī)，將會(huì)丟失目標(biāo)。 信號(hào)特征：雷達(dá)的信號(hào)主要有連續(xù)波和脈沖形式，CW、FMCW、PDW等，雷達(dá)的目的就是提取目標(biāo)的位置、速度以及方向等信息，使用的波形都是為了實(shí)現(xiàn)這方面的信息提取。比如脈沖形式通過脈沖內(nèi)調(diào)制CW的雷達(dá)容易實(shí)現(xiàn)測(cè)距和測(cè)速，采用脈沖壓縮能夠提高距離分辨率。此時(shí)在脈沖脈內(nèi)有一定的調(diào)制。 衛(wèi)星通信偵察的信號(hào)對(duì)調(diào)制和解調(diào)強(qiáng)調(diào)的更多，因?yàn)橥ㄐ诺男盘?hào)是搭載了很多的信息的，因此需要通過不同的調(diào)制方式調(diào)數(shù)據(jù)的吞吐量，比如QPSK、QAM等。搭載信息還涉及到數(shù)據(jù)格式（數(shù)據(jù)幀）這樣的處理。因?yàn)橥ㄐ攀菍?shí)現(xiàn)信息和數(shù)據(jù)的交互，通信偵察是為了截獲、識(shí)別、分選并判斷輻射源目標(biāo)的類型、身份，并破譯敵方通信的內(nèi)容、所屬的通信網(wǎng)、通信電臺(tái)的類型。 實(shí)現(xiàn)功能：雷達(dá)可以通過脈沖體制，輻射電磁波并接收目標(biāo)反射的回波信息，解算時(shí)間差來判斷目標(biāo)距離；通過多雷達(dá)或者多陣元之間接收信號(hào)的相位差來實(shí)現(xiàn)方位的判斷，而且通常通過一部雷達(dá)便可以完成探測(cè)任務(wù)。衛(wèi)星通信偵察僅依靠一部設(shè)備是無法實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源的測(cè)距，無法判斷輻射源的距離。被動(dòng)接收輻射信號(hào)，無法判斷輻射信號(hào)是什么時(shí)候發(fā)射的，就無法判斷目標(biāo)是什么時(shí)候開始工作的，因此在實(shí)現(xiàn)測(cè)距的方面很困難。當(dāng)然結(jié)合多部設(shè)備（多天線組）是可以實(shí)現(xiàn)定位側(cè)向的。

系統(tǒng)架構(gòu),雷達(dá)系統(tǒng)使用相同的天線來發(fā)送和接收信號(hào)，而通信系統(tǒng)具有不同的發(fā)送和接收天線。二個(gè)系統(tǒng)的射頻部分相似，頻段也可能重合，但是采用的信號(hào)處理有很大差異。

衛(wèi)星通信偵察系統(tǒng),從整個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成來看還是主要分為天線+射頻前端電路+數(shù)字信號(hào)處理幾個(gè)大部分。

主要實(shí)現(xiàn)的功能如下：

衛(wèi)星通信信號(hào)頻譜全頻段或分頻段顯示，能夠完成對(duì)目標(biāo)信號(hào)的實(shí)時(shí)監(jiān)視、自動(dòng)搜索； 能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星通信信號(hào)調(diào)制體制識(shí)別，并能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)信號(hào)的調(diào)制參數(shù)（調(diào)制系數(shù)、信號(hào)帶寬、載頻、碼速率等）的測(cè)量功能，建立輻射源目標(biāo)特征庫； 根據(jù)衛(wèi)星信號(hào)識(shí)別結(jié)果，完成衛(wèi)星信號(hào)解調(diào)獲取情報(bào)內(nèi)涵信息； 能夠?qū)πl(wèi)星通信信號(hào)進(jìn)行寬帶或者窄帶側(cè)向，具有交匯定位功能和目標(biāo)態(tài)勢(shì)顯示功能；

圖片來源：參考文獻(xiàn)【1】

天線：

天線系統(tǒng)根據(jù)不同的應(yīng)用平臺(tái)有不同的形式，為實(shí)現(xiàn)廣范圍的偵察截獲，一般要求全方位覆蓋，同時(shí)為了探測(cè)微弱信號(hào)，還需要較高增益；對(duì)于測(cè)向天線需要其幅相一致性較好、互耦小、安裝無遮擋等。

• 路基短波：通常采用大型陣列天線，因?yàn)槁坊枪潭ㄕ荆蛱囟ǚ较颍ū热鐚?duì)著美國），保證高增益、高靈敏度、固定區(qū)域覆蓋；

• 艦載短波：主要為倒L天線、鞭狀天線；后者增益高，前者能接收水平極化；

• 超短波天線：雙錐、盤錐、單極子、對(duì)數(shù)周期等，前3種是水平全向，適用于電磁頻譜監(jiān)測(cè)和信號(hào)檢測(cè)；第4種是端射天線（與八木天線相同），用于定向、遠(yuǎn)距離、小功率信號(hào)監(jiān)聽；這幾類在車載、單兵均能裝備使用；

前述提到，通信偵察要實(shí)現(xiàn)側(cè)向定位，僅依靠一個(gè)設(shè)備（或者單天線結(jié)構(gòu)）是無法實(shí)現(xiàn)的。因此實(shí)際工程中小平臺(tái)（單兵、車載等）會(huì)使用多天線結(jié)構(gòu)，大型平臺(tái)（路基、艦載等）會(huì)采用陣列的形式實(shí)現(xiàn)。

射頻前端：

• 低噪放：接收鏈路最關(guān)鍵的模塊，保持自身低噪聲的前提下對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；

• 轉(zhuǎn)接網(wǎng)絡(luò)：可以說是饋電網(wǎng)絡(luò)、公分網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合，主要進(jìn)行放大、功放、轉(zhuǎn)接，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸篩選；主要指標(biāo)有輸入/輸出通道數(shù)、工作頻率、增益、1dB壓縮點(diǎn)、隔離度等；

• 監(jiān)聽接收機(jī)：通常采用窄帶超外差體制，對(duì)AMFMSSB等常規(guī)模擬信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，輸出音頻信號(hào)，進(jìn)行監(jiān)聽；

• 調(diào)諧接收機(jī)：超外差式，有窄帶、寬帶；

信號(hào)處理終端：

系統(tǒng)的核心處理單元，主要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并實(shí)現(xiàn)對(duì)前端接收設(shè)備的監(jiān)控，完成電磁信號(hào)頻譜顯示及信號(hào)搜索、信號(hào)的調(diào)制分析、參數(shù)測(cè)量、信號(hào)的解調(diào)、數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)、編碼分析等功能。通常要求采用模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，使用統(tǒng)一的硬件平臺(tái)通過加載不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的處理功能。這樣可提高設(shè)備的可靠性，增加系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和靈活性，以滿足不同任務(wù)的需求。信號(hào)處理終端一般采用多個(gè)信號(hào)處理板加計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)。信號(hào)處理板主要由 FPGA、DSP、存儲(chǔ)芯片、計(jì)算機(jī)總線接口芯片、網(wǎng)絡(luò)通信芯片等組成。

總線由原來的CPCI擴(kuò)展到PCIe、PXIe等總線傳輸技術(shù)。

衛(wèi)星通信偵察關(guān)鍵技術(shù)

衛(wèi)星信號(hào)的快速搜索、截獲：

衛(wèi)星目標(biāo)信號(hào)具有跳頻速度快、頻率范圍大、信號(hào)功率小、持續(xù)時(shí)間短等特點(diǎn)。因此對(duì)信號(hào)的搜索就需要很高的搜索速度、高分辨率。搜索速度越快能夠捕獲到持續(xù)時(shí)間短的信號(hào)；高分辨率能夠識(shí)別小信號(hào)以及頻譜中的細(xì)節(jié)信息。影響衛(wèi)星信號(hào)搜索速度的因素有：天線波束寬度、接收機(jī)瞬時(shí)帶寬、調(diào)頻速度、頻率變換分析時(shí)間、信號(hào)檢測(cè)準(zhǔn)則以及判斷時(shí)間。影響分辨率的因素有信號(hào)持續(xù)時(shí)間、FFT的點(diǎn)數(shù)、ADC采樣率。

衛(wèi)星通信信號(hào)模式識(shí)別：

針對(duì)衛(wèi)星通信信號(hào)模式的識(shí)別，主要為了識(shí)別分析出信號(hào)所用的調(diào)試方式，然后針對(duì)調(diào)制方式進(jìn)行解調(diào)。分為模擬調(diào)制信號(hào)和數(shù)字調(diào)制信號(hào)。

• 模擬調(diào)制信號(hào)

模擬衛(wèi)星通信調(diào)制信號(hào)主要針對(duì)模擬信號(hào)量進(jìn)行調(diào)制，例如幅度、相位、頻率、邊帶等，典型的有AM：幅度調(diào)制，DSB：雙邊帶調(diào)制，SSB：?jiǎn)芜厧д{(diào)制（USB：上邊帶，LSB：下邊帶），CW：連續(xù)波調(diào)制，F(xiàn)M：頻率調(diào)制，AM-FM：幅頻調(diào)制。

• 數(shù)字調(diào)制信號(hào)

數(shù)字調(diào)制信號(hào)，在數(shù)字域?qū)π盘?hào)進(jìn)行調(diào)制，主要有ASK：幅度鍵控，F(xiàn)SK：頻率鍵控，PSK：相移鍵控，QAM：正交振幅鍵控。數(shù)字調(diào)制信號(hào)具有一定的符號(hào)率特征（符號(hào)率特征：可以簡(jiǎn)單理解為0、1變換特征，推薦知乎解答：無線數(shù)字通信中數(shù)據(jù)速率、載波頻率和帶寬的關(guān)系），而模擬信號(hào)的符號(hào)率呈現(xiàn)無規(guī)則。因此區(qū)別模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的直接辦法就是區(qū)別是否存在符號(hào)率。

信號(hào)測(cè)向定位：

這里面涉及了兩個(gè)點(diǎn)，一個(gè)是測(cè)向，一個(gè)是定位。

• 測(cè)向

測(cè)定來波方向（AOA、DOA都是測(cè)向的方法），目前工程上主要應(yīng)用的有比幅法、相關(guān)干涉儀測(cè)向法和時(shí)差測(cè)向法；

• 定位

定位一般采用的是時(shí)差定位法（TDOA：Time Difference of Arrival）實(shí)現(xiàn)：通過比較信號(hào)達(dá)到各個(gè)監(jiān)測(cè)站的時(shí)間差，作出以監(jiān)測(cè)站為焦點(diǎn)，距離差為長(zhǎng)軸的雙曲線，雙曲線的交點(diǎn)就是信號(hào)的位置。一個(gè)TDOA可以確定一條雙曲線，三個(gè)基站檢測(cè)兩個(gè)TDOA線，移動(dòng)站位于兩個(gè)TDOA決定的雙曲線的交點(diǎn)上。

圖片來源：google

TDOA是一種無線定位技術(shù)，是通過檢測(cè)信號(hào)到達(dá)兩個(gè)基站的絕對(duì)時(shí)間差，而不是到達(dá)的飛行時(shí)間來確定移動(dòng)臺(tái)的位置，降低了信號(hào)源與各個(gè)監(jiān)測(cè)站的時(shí)間同步要求，但是提高了各個(gè)監(jiān)測(cè)站之間的時(shí)間同步要求。TOA算法是需要在檢測(cè)算法中加入時(shí)間戳。通信信號(hào)的定位，工程上還采用了交匯定位技術(shù)，通過將機(jī)動(dòng)平臺(tái)如船、飛機(jī)在不同位置測(cè)得的同一目標(biāo)的方位或分布在不同地理位置的測(cè)向站測(cè)得的同一目標(biāo)的方位值進(jìn)行交匯，獲取目標(biāo)的位置坐標(biāo)。多站交匯定位需解決的關(guān)鍵問題之一是輻射源信號(hào)的匹配問題，通常根據(jù)信號(hào)的截獲時(shí)間、工作頻率和調(diào)制方式等。對(duì)于 Link11這種特殊的信號(hào)，可根據(jù)其PU碼來識(shí)別匹配。為了在復(fù)雜電磁環(huán)境下更好地完成信號(hào)的匹配，需要研究新的輻射源匹配技術(shù)，例如根據(jù)信號(hào)的細(xì)微特征來完成信號(hào)的匹配。單站定位（Single Site Location）技術(shù)，結(jié)合了電離層對(duì)電磁波的反射。高頻短波信號(hào)以一定的仰角入射至電離層，經(jīng)過電離層折射后返回地面，由接收天線接收信號(hào)傳遞到接收機(jī)處理。結(jié)合電磁波的仰角和方位角+電離層信息就可以獲得輻射源的位置。（不詳細(xì)展開，可以參閱文獻(xiàn)[5]）

通信干擾基本介紹

衛(wèi)星通信干擾屬于電子對(duì)抗中的一個(gè)分支，簡(jiǎn)單來說就是通過發(fā)射電磁干擾信號(hào)破壞和擾亂地方無線電通信鏈路、設(shè)備或者系統(tǒng)的技術(shù)。衛(wèi)星通信干擾覆蓋范圍廣，在指揮體系上，從單兵通信到諸軍兵種聯(lián)合通信；在作戰(zhàn)空間上，從地面通信延伸至水下、空中和太空；從作戰(zhàn)時(shí)間看，通信偵察在和平時(shí)期也從未停止過，通信干擾行動(dòng)則貫穿戰(zhàn)爭(zhēng)全過程；從對(duì)抗頻域看，工作頻率向兩極擴(kuò)展，低頻段到超長(zhǎng)波甚至聲納頻段，針對(duì)海上艦船和海底潛艇通信，高頻段到毫米波、亞毫米波乃至光通信；從對(duì)抗手段看，短波、超短波是語音通信的主要頻段，圖像、文字主要利用微波等波段（對(duì)通信數(shù)據(jù)量、設(shè)備小型化等有剛性需求）；

圖片來源：參考文獻(xiàn)【2】

2.2干擾方式

通信干擾按照干擾的性質(zhì)來區(qū)分可以分為壓制性干擾和欺騙性干擾。

• 壓制干擾

通過發(fā)射大功率、寬帶信號(hào)，讓通信接收信號(hào)淹沒在一個(gè)充滿雜波的信號(hào)背景中，使接收機(jī)無法正常接收信號(hào)。

• 阻塞式干擾

發(fā)射寬帶的噪聲信號(hào)，不考慮敵方通信信號(hào)的頻率范圍，全頻段覆蓋。特點(diǎn)就是不需要掌握敵方通信系統(tǒng)的特征參數(shù)，缺點(diǎn)也很明顯，干擾效率比較低；

• 瞄準(zhǔn)式干擾

將干擾信號(hào)對(duì)準(zhǔn)敵方通信設(shè)備頻率所在范圍，通常要比敵方通信頻段寬3-20MHz。頻率重復(fù)度達(dá)到75%可以叫做準(zhǔn)確瞄準(zhǔn)式干擾。

• 掃頻式干擾

干擾信號(hào)在一定頻率范圍內(nèi)步進(jìn)掃描式的發(fā)射。

• 欺騙干擾

通過發(fā)射大功率、寬帶信號(hào)，讓通信接收信號(hào)淹沒在一個(gè)充滿雜波的信號(hào)背景中，使接收機(jī)無法正常接收信號(hào)。

圖片來源：google

2.3發(fā)展方向

跳頻和直序擴(kuò)頻通信逐步成為未來戰(zhàn)場(chǎng)通信的主流方案。對(duì)這些信號(hào)檢測(cè)、估計(jì)、偵收和干擾是通信干擾的新課題。為此必須改善信號(hào)截獲和分析的手段。外差式掃頻接收機(jī)己經(jīng)不適用于截獲跳頻信號(hào)，壓縮接收機(jī)、信道化接收機(jī)、聲光接收機(jī)等新型設(shè)備層出不窮。軟件無線電（Software Defined Radio：SDR）提高了信號(hào)處理的效率，豐富了系統(tǒng)功能，同時(shí)使接收機(jī)能夠在高頻段集成數(shù)字處理。軟件無線電在全頻段實(shí)現(xiàn)互通，帶來了無線電臺(tái)的通用化和標(biāo)準(zhǔn)化，能有效減少電臺(tái)的數(shù)量，提高協(xié)同作戰(zhàn)能力。軟件化電子偵察系統(tǒng)類似于通信中的軟件無線電接收機(jī)，盡可能讓轉(zhuǎn)換器接近天線，將截獲的信號(hào)數(shù)字化，使得更多的電子偵察功能在高速上實(shí)現(xiàn)，具有寬帶化、綜合化和數(shù)字化的特點(diǎn)，還能適應(yīng)未來可能出現(xiàn)的新情況。各種數(shù)字信號(hào)處理算法是其中關(guān)鍵技術(shù)。干擾機(jī)頻率調(diào)諧速度將迅速提高。鎖相環(huán)式頻率綜合器的調(diào)諧速度以毫秒計(jì)，不能達(dá)到干擾跳頻電臺(tái)的要求。數(shù)字直接合成頻率合成器大量應(yīng)用，它不采用鎖相環(huán)，而是從頻率的數(shù)字量直接形成射頻，置頻速度極快，達(dá)到一秒量級(jí)，適用于干擾機(jī)頻率源。通信信號(hào)模式識(shí)別是關(guān)鍵且難度大的方向。通信信號(hào)不同于雷達(dá)信號(hào)，其技術(shù)參數(shù)的特征差異較小，必須利用其細(xì)微特征指紋進(jìn)行辨別。對(duì)于跳頻信號(hào)和直序擴(kuò)頻信號(hào)而言，其識(shí)別難度更大。復(fù)雜電磁環(huán)境中的輻射源定位、信號(hào)處理是未來戰(zhàn)場(chǎng)的重要突破方向之一。未來戰(zhàn)裝備平臺(tái)紛繁復(fù)雜，信號(hào)頻率復(fù)雜多變，如何實(shí)現(xiàn)高精度高分辨率測(cè)向定位成為系統(tǒng)性能提升的關(guān)鍵，信號(hào)中頻數(shù)字處理技術(shù)、人工智能技術(shù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也將有望應(yīng)用到該方向。

06

美軍衛(wèi)星通信對(duì)抗體系建設(shè)

美軍的軍事衛(wèi)星通信需要更加敏捷、靈活、快速響應(yīng)，并保持對(duì)敵方的技術(shù)領(lǐng)先態(tài)勢(shì)。為此，美國空軍計(jì)劃開發(fā)一種新型受保護(hù)抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信。自2011年以來，軍事衛(wèi)星通信界（政府、政府投資的研發(fā)中心（FFRDC）、軍用終端項(xiàng)目辦公室（TPO）以及承包商）已經(jīng)在開發(fā)未來受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)新方案的目標(biāo)上取得了重大進(jìn)展，能夠滿足聯(lián)合太空通信層（JSCL）中確認(rèn)的作戰(zhàn)人員在競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境下能力和受保護(hù)性需求，同時(shí)滿足經(jīng)濟(jì)可承受性。美軍努力的方向側(cè)重于為當(dāng)前已實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)開發(fā)可負(fù)擔(dān)的替代方案。美空軍與承包商在受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信方面所做的工作，已涵蓋了多項(xiàng)論證和演示驗(yàn)證工作，下一步研究目標(biāo)是開發(fā)支持安全戰(zhàn)術(shù)波形的一系列經(jīng)濟(jì)可承受系統(tǒng)，可支持WGS衛(wèi)星、商業(yè)衛(wèi)星、小衛(wèi)星和高容量衛(wèi)星。

目前，美軍軍事衛(wèi)星通信主要由少量專用系統(tǒng)提供服務(wù)，空間體系結(jié)構(gòu)規(guī)模龐大、復(fù)雜、昂貴。隨著空間環(huán)境的變化、空間技術(shù)的不斷發(fā)展，美軍認(rèn)識(shí)到這種體系結(jié)構(gòu)已經(jīng)難以適應(yīng)復(fù)雜的空間對(duì)抗環(huán)境，空間系統(tǒng)的脆弱性日益突顯。于此同時(shí)對(duì)衛(wèi)星通信的需求卻在不斷增長(zhǎng)，當(dāng)前結(jié)構(gòu)中的弱點(diǎn)也暴露無疑。因此美軍在繼續(xù)采購當(dāng)前系統(tǒng)的同時(shí)也開始著手研究未來的軍事衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)。

當(dāng)前美軍的軍事衛(wèi)星通信體系架構(gòu)主要由軍方操控的3種系統(tǒng)組成：寬帶、窄帶、受保護(hù)衛(wèi)星系統(tǒng)。受保護(hù)衛(wèi)星通信是美軍近年來發(fā)展的重要通信能力。受保護(hù)戰(zhàn)略衛(wèi)星通信服務(wù)可以在核爆條件、對(duì)抗環(huán)境或者良好環(huán)境等所有作戰(zhàn)環(huán)境下，提供持久、頑存且抗干擾的通信以及核指揮控制服務(wù)。受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信可為戰(zhàn)術(shù)用戶提供高可靠的保密通信手段。目前美軍主要由MilStar與AEHF系統(tǒng)為中緯度地區(qū)（北緯65度至南緯65度）的戰(zhàn)略與戰(zhàn)術(shù)用戶提供受保護(hù)衛(wèi)星通信，在北極地區(qū)（北緯65度到北緯90度）主要由增強(qiáng)極地系統(tǒng)（EPS）向少量戰(zhàn)術(shù)用戶提供服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)受保護(hù)衛(wèi)星通信的彈性容量、采購靈活性以及行動(dòng)靈活性，美國空軍目前正在分析新的體系結(jié)構(gòu)，考慮這一戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)體系的替代方案。其中，受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信將遷移至受保護(hù)抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信（PATS）系統(tǒng)，利用受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形支持戰(zhàn)術(shù)服務(wù)，未來受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)還將同時(shí)覆蓋中緯度與極地地區(qū)。

美空軍正在探索新的戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信架構(gòu)，支持受保護(hù)抗干擾戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信。PATS通信架構(gòu)見圖1。PATS將向良好環(huán)境及競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中的戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)人員提供全球范圍的超視距、抗干擾及低截獲概率（LPI）/低檢測(cè)概率（LPD）通信。PATS利用分布式規(guī)劃及運(yùn)行架構(gòu)并利用受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）解決受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信能力中的關(guān)鍵差距。PATS通信架構(gòu)中使用現(xiàn)有具備PTW能力的新型調(diào)制解調(diào)器寬帶終端或未來針對(duì)特定用途的PTW終端。

PATS主要由三個(gè)要素組成：受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS），利用專用空間能力和全處理有效載荷實(shí)現(xiàn)PTW通信；受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）則是通過WGS（全球?qū)拵l(wèi)星）衛(wèi)星及商業(yè)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）運(yùn)行的地面系統(tǒng)；受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）是PTS系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是PATS運(yùn)行概念的推動(dòng)因素。美軍將向PTW遷移，確保向競(jìng)爭(zhēng)降級(jí)環(huán)境中的聯(lián)軍及盟軍作戰(zhàn)人員提交高容量受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信。

美政府計(jì)劃通過三個(gè)階段實(shí)現(xiàn)PATS。PATS WGS階段利用受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）通過現(xiàn)有WGS衛(wèi)星在X和Ka波段實(shí)現(xiàn)PTW通信。PATS商用階段將擴(kuò)展PTES系統(tǒng)，通過商業(yè)衛(wèi)星通信支持PTW，提高彈性及靈活性。PATS受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS）階段將利用專用空間能力，通過全處理有效載荷實(shí)現(xiàn)PTW通信。

（1）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）

在2012到2014年期間，美軍空間與導(dǎo)彈系統(tǒng)中心（SMC）成功進(jìn)行了受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形的開發(fā)和演示驗(yàn)證，目前正在為實(shí)施受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形奠定基礎(chǔ)。下一代受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)方案的核心，是通過耦合AEHF系統(tǒng)上的軍用高數(shù)據(jù)速率（XDR）波形標(biāo)準(zhǔn)與商業(yè)通信中廣泛采用的數(shù)字視頻廣播-衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)2（DVB-S2）通信體制，開發(fā)出一種不依賴于通信衛(wèi)星體系架構(gòu)的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形。這也就意味著通過使用該波形，即使是不具備受保護(hù)衛(wèi)星通信能力的WGS衛(wèi)星以及普通透明轉(zhuǎn)發(fā)式商業(yè)衛(wèi)星，只要在終端更換調(diào)制解調(diào)設(shè)備（變?yōu)槭鼙Ｗo(hù)戰(zhàn)術(shù)波形調(diào)制解調(diào)器），并加裝加密模塊（ECU）就能夠?qū)崿F(xiàn)良好的抗干擾水平。受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形設(shè)計(jì)采用跳頻擴(kuò)頻（FHSS）技術(shù)提供更強(qiáng)抗干擾能力，具有以下幾個(gè)顯著設(shè)計(jì)特征：

? 支持高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中前向用戶非密終端開發(fā)；

? 支持多衛(wèi)星通信體系結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星（WGS衛(wèi)星或商業(yè)衛(wèi)星）到未來復(fù)雜的全處理衛(wèi)星。

? 通過基于表格的傳輸安全模式支持多用戶組。在這種設(shè)計(jì)中，如果一個(gè)終端受損，對(duì)任務(wù)的影響僅僅局限在特定的用戶組。受影響用戶組中的其他終端可以快速更新密鑰；

? 具有跳頻能力，從波形角度來看，與當(dāng)前受保護(hù)系統(tǒng)的抗干擾能力相當(dāng)。其他抗干擾性能差異取決于空間有效載荷設(shè)計(jì)、跳頻帶寬及不同頻率的衰減損失（Ku、Ka或EHF）；

? 通過短幀交織器支持前向（下行鏈路到用戶）抗干擾能力。這一新的特性將確保指控抗干擾能力的魯棒性；

? 在不干擾WGS衛(wèi)星或商業(yè)衛(wèi)星現(xiàn)有用戶的情況下，支持固定頻段間的非鄰接帶寬跳頻能力，這一特性將為衛(wèi)星運(yùn)行帶來更大的靈活性；

? 采用具有某些非密軍用專用波形特征的第二代數(shù)字視頻廣播衛(wèi)星（DVB-S2）商業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以及利用衛(wèi)星的數(shù)字視頻廣播返回信道（DVB-RCS）。通過引入多家業(yè)界供應(yīng)商，生產(chǎn)空間系統(tǒng)和終端系統(tǒng)可負(fù)擔(dān)的調(diào)制解調(diào)器。由于引入了多廠商的競(jìng)爭(zhēng)，預(yù)期調(diào)制解調(diào)器成本將低于現(xiàn)有費(fèi)用；

? 用PTW抗干擾調(diào)制解調(diào)器能夠替換當(dāng)前寬帶、非跳頻調(diào)制解調(diào)器，通過替換調(diào)制解調(diào)器，向當(dāng)前寬帶終端或商業(yè)終端提供抗干擾能力，這是近期一種經(jīng)濟(jì)適用型過渡方案。

? 為提供針對(duì)多種不同威脅的抗干擾保護(hù)，PTW波形使用低前向糾錯(cuò)碼（FEC）和信道交織技術(shù)，對(duì)抗部分頻帶干擾機(jī)和部分時(shí)間干擾機(jī)，提供魯棒性通信。PTW波形允許終端由非密人員操作，并可在作戰(zhàn)前沿部署PTW終端。

（2）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）能力需求

美空軍正在尋求實(shí)現(xiàn)PTW運(yùn)行的地面系統(tǒng)，這一新能力稱為受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)。PTES是一個(gè)集成系統(tǒng)，包括任務(wù)管理系統(tǒng)、密鑰管理系統(tǒng)以及網(wǎng)關(guān)Hub。

? PTES將利用兼容PTW的調(diào)制解調(diào)器或終端向WGS用戶提供受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信服務(wù)；

? PTES必須符合空間作戰(zhàn)概念（SWC）準(zhǔn)則和企業(yè)地面服務(wù)（EGS）標(biāo)準(zhǔn)；

? 任務(wù)管理系統(tǒng)安裝在美國防信息系統(tǒng)局國防企業(yè)計(jì)算中心（DISA DECC）站點(diǎn)（一級(jí)站點(diǎn)和二級(jí)站點(diǎn)）商業(yè)現(xiàn)貨產(chǎn)品服務(wù)器上，需要為PTES系統(tǒng)進(jìn)行任務(wù)規(guī)劃，生成密鑰及配置文件并分發(fā)到Hub和終端，對(duì)PTES服務(wù)和系統(tǒng)部件進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)控，向外部用戶提供狀態(tài)感知數(shù)據(jù)；

? 密鑰管理子系統(tǒng)包括終端加密單元（ECU）硬件（B套加密），需要向美國家安全局（NSA）密鑰管理基礎(chǔ)設(shè)施（KMI）請(qǐng)求密鑰包，為PTES任務(wù)管理系統(tǒng)、PTES Hub及用戶終端處理及生成密鑰包，安裝在DISA DECC站點(diǎn)（一級(jí)站點(diǎn)和二級(jí)站點(diǎn)）商業(yè)現(xiàn)貨產(chǎn)品服務(wù)器上；

? Hub包括系統(tǒng)控制器、兼容PTW的Hub調(diào)制解調(diào)器、ECU以及二層交換，通過PTW提供用戶終端和訪問服務(wù)網(wǎng)絡(luò)及國防部信息網(wǎng)絡(luò)之間的連接，包括動(dòng)態(tài)資源分配（DRA）算法自動(dòng)適應(yīng)氣候、干擾及流量需求方面的變化，在分散的WGS網(wǎng)關(guān)為每顆WGS衛(wèi)星提供全球范圍覆蓋，在現(xiàn)有WGS網(wǎng)關(guān)利用現(xiàn)有天線和國防信息系統(tǒng)局基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行安裝；

? PTES架構(gòu)及設(shè)計(jì)未來必須能夠從PATS WGS階段擴(kuò)展到PATS商業(yè)衛(wèi)星階段及PATS PTS階段。

（3）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS）衛(wèi)星通信能力需求

為滿足日益增長(zhǎng)的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信容量需求，SMC正在征求受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)的概念和方法，范圍從搭載有效載荷、小衛(wèi)星到高通量受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形衛(wèi)星。

PTS空間段符合空間企業(yè)愿景（SEV）準(zhǔn)則，范圍從搭載有效載荷、小衛(wèi)星到高容量衛(wèi)星（自由飛行器），包含如下能力：

? 抗干擾及低截獲概率（LPI）/低檢測(cè)概率（LPD）/低利用概率（LPE）；

? 與PTW和NSA B套加密兼容；

? 全處理型有效載荷，采用EHF及Ka波段上行鏈路、SHF Ka波段（20GHz）下行鏈路二層交換，提供靈活性并提升系統(tǒng)容量。美軍正在探索將X波段上行和下行鏈路作為可選功能；

? 衛(wèi)星通信覆蓋范圍從南緯65度到北緯90度；

? 有效載荷具有端對(duì)端架構(gòu)，包括有效載荷任務(wù)管理、有效載荷狀態(tài)檢測(cè)和指揮以及加密/安全保護(hù)（即物理、電氣、數(shù)據(jù)以及主要防護(hù)）；

? 對(duì)于高通量衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星吞吐量高于1.6Gbps；

? 對(duì)于搭載有效載荷以及小衛(wèi)星，吞吐量高于400Mbps。

PTS地面段符合企業(yè)地面服務(wù)（EGS）架構(gòu)，具有遙測(cè)、跟蹤及指揮（TT&C）組件（必需）、任務(wù)管理系統(tǒng)（MMS）、密鑰管理系統(tǒng)（KMS）及網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)（GWS），包括以下能力：

? TT&C提供有效載荷指控、終端及有效載荷密鑰更新、用戶星歷信息生成及分發(fā)、有效載荷資源監(jiān)控以及有效載荷時(shí)鐘時(shí)頻管理；

? 對(duì)于自由飛行器方案，TT&C提供總線指控；

? 任務(wù)管理系統(tǒng)提供戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信任務(wù)規(guī)劃及衛(wèi)星資源規(guī)劃；

? 密鑰管理系統(tǒng)向終端及有效載荷分發(fā)加密密鑰（NSA B套加密）；

? 網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)向北極地區(qū)以及中緯度/赤道地區(qū)作戰(zhàn)人員提供連接到國防部信息網(wǎng)的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信。

系統(tǒng)具備地面及空間彈性能力，可針對(duì)全部已知威脅做出響應(yīng)并能面對(duì)未來威脅：

? 對(duì)于自由飛行器方案，星上空間彈性能力包括第三方托管傳感器，包括高效能電荷傳感器。確保傳感器數(shù)據(jù)及時(shí)分發(fā)到聯(lián)合跨部門空間作戰(zhàn)中心以及其他用戶；

? 對(duì)于自由飛行器方案，具有進(jìn)行飛行器重新定位同時(shí)保持關(guān)鍵通信的能力；

? 最大程度降低由于有效載荷故障或損失導(dǎo)致的通信降級(jí)；

? 具有抵制、檢測(cè)并從多種賽博攻擊中恢復(fù)的能力。

為給戰(zhàn)場(chǎng)帶來更高級(jí)別的戰(zhàn)術(shù)軍用衛(wèi)星通信抗干擾保護(hù)，美空軍提出受保護(hù)軍事衛(wèi)星通信可負(fù)擔(dān)性風(fēng)險(xiǎn)降低設(shè)計(jì)，開始尋求利用軍用或商用衛(wèi)星提供安全通信服務(wù)能力的新方案。SMC隨后簽署了多份合同，為受保護(hù)的軍用衛(wèi)星通信設(shè)計(jì)服務(wù)，提供經(jīng)濟(jì)可承受的風(fēng)險(xiǎn)降低演示驗(yàn)證研究，隨后開始進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)。

之后美國空軍開始籌劃受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信的下一步研究。受保護(hù)的戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證（PTSFD）通過開發(fā)可由部隊(duì)使用的成熟量產(chǎn)PTW調(diào)制解調(diào)器，升級(jí)當(dāng)前已經(jīng)部署的終端，如海軍多波段終端（NMT）、WIN-T及空基終端。美國空軍預(yù)計(jì)最早將于2018年在新型調(diào)制解調(diào)器和重新研制的終端上驗(yàn)證受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形（PTW）。

當(dāng)前美空軍希望通過受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）項(xiàng)目開發(fā)一種任務(wù)管理、密鑰管理以及網(wǎng)絡(luò)Hub系統(tǒng)，通過WGS轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星傳輸受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形，未來擴(kuò)展到商業(yè)衛(wèi)星通信。

SMC計(jì)劃利用從PTSFD及PTES獲得的技術(shù)和最優(yōu)方法轉(zhuǎn)化到受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)項(xiàng)目中。通過星上有效載荷處理和天線設(shè)計(jì)，該項(xiàng)目將帶來最先進(jìn)的抗干擾能力并提高容量。

（1）受保護(hù)軍事衛(wèi)星通信可負(fù)擔(dān)性風(fēng)險(xiǎn)降低設(shè)計(jì)（DFARR）（FY12-14）

美國空軍于2012年啟動(dòng)了受保護(hù)軍事衛(wèi)星通信可負(fù)擔(dān)性風(fēng)險(xiǎn)降低設(shè)計(jì)（DFARR）工作，尋求新的受保護(hù)衛(wèi)星通信方案。該項(xiàng)研究及相關(guān)硬件/軟件演示驗(yàn)證主要包括美國政府受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形與受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)系統(tǒng)概念研究。最終目標(biāo)是開發(fā)一個(gè)靈活敏捷的系統(tǒng)，聚焦于服務(wù)軍用衛(wèi)星通信戰(zhàn)術(shù)用戶，利用受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形建造下一代受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)系統(tǒng)，滿足美國國防部的多種服務(wù)需求，解決經(jīng)濟(jì)可承受性問題。具體研發(fā)工作包括：受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形開發(fā)、可負(fù)擔(dān)的受保護(hù)空間段/地面段設(shè)計(jì)與演示驗(yàn)證、網(wǎng)關(guān)風(fēng)險(xiǎn)降低演示驗(yàn)證、任務(wù)規(guī)劃與管理演示驗(yàn)證、終端設(shè)計(jì)與演示驗(yàn)證、終端加密部件開發(fā)與演示驗(yàn)證。這項(xiàng)工作還將支持直至2020財(cái)年的采辦工作。

項(xiàng)目期間完成的工作包括：

? 開發(fā)試驗(yàn)性PTW調(diào)試解調(diào)器；

? 開發(fā)原型終端加密單元；

? 開發(fā)原型PTW處理有效載荷；

? 開發(fā)任務(wù)管理系統(tǒng)概念工具；

? 2013年12月通過WGS-6衛(wèi)星成功完成PTW自環(huán)演示；

? 2014年3月通過Galaxy-18衛(wèi)星成功完成PTW自環(huán)演示；

? 使受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形初始能力文件（PTW ICD）趨于完善。

（2）受保護(hù)的戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證（PTSFD）（FY15-20）

2015年，美空軍發(fā)布了受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)現(xiàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證（PTSFD）項(xiàng)目，進(jìn)一步推動(dòng)受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信研究，美空軍新型PTW進(jìn)入產(chǎn)品應(yīng)用驗(yàn)證階段。PTSFD演示驗(yàn)證向使用WGS星座和商業(yè)衛(wèi)星通信的戰(zhàn)術(shù)用戶提供受保護(hù)通信能力。PTSFD開發(fā)并演示驗(yàn)證了一種兼容PTW的調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)場(chǎng)可更換單元，采用嵌入式終端加密單元（ECU），可用于現(xiàn)有WGS認(rèn)證終端。

PTSFD目標(biāo)終端包括：

? 美海軍多波段終端（NMT）；

? 美陸軍戰(zhàn)術(shù)級(jí)作戰(zhàn)人員信息網(wǎng)（WIN-T）存在點(diǎn)（PoP）、士兵網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)（SNE）以及衛(wèi)星終端拖車（STT）；

? 美空軍地面多波段終端（GMT）；

? 機(jī)載寬帶測(cè)試終端。

PTSFD項(xiàng)目目標(biāo)包括：

? 開發(fā)終端調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)場(chǎng)可更換單元（TM LRU）進(jìn)行PTW性能測(cè)試；

? 演示驗(yàn)證寬帶終端TM LRU升級(jí)；

? 演示驗(yàn)證通過轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星支持PTS運(yùn)行的技術(shù)能力；

? 演示驗(yàn)證PTSFD系統(tǒng)性能及能力，為未來采辦建立基線。

PTSFD項(xiàng)目分為三個(gè)階段。第一階段包括終端調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)場(chǎng)可更換單元（TM LRU）的設(shè)計(jì)、開發(fā)、出廠測(cè)試。TM LRU包括調(diào)制解調(diào)器及受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形嵌入式終端加密單元（PTW ECU）。PTW ECU實(shí)現(xiàn)主要安全功能。在第二階段PTSFD關(guān)注焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到對(duì)于政府設(shè)施兼容性演示驗(yàn)證-對(duì)于PTSFD指定終端的兼容性和集成性以及與政府地面端和測(cè)試床的兼容性。第三階段以通過運(yùn)行性WGS衛(wèi)星以及商業(yè)衛(wèi)星通信進(jìn)行PTSFD的演示驗(yàn)證（使用集成TM LRU的終端）作為結(jié)束。

PTSFD項(xiàng)目期間進(jìn)行的工作包括：

? 開發(fā)成熟量產(chǎn)PTW終端調(diào)制解調(diào)器現(xiàn)場(chǎng)可替換單元；

? 開發(fā)原型密鑰管理系統(tǒng)、任務(wù)管理系統(tǒng)、Hub。

? 2018到2019年通過WGS使用NMT、GMT、WIN-T終端進(jìn)行PTW驗(yàn)證。

美國空軍已經(jīng)授出多份合同，演示驗(yàn)證PTSFD項(xiàng)目，提高WGS星座以及商業(yè)衛(wèi)星抗干擾能力。按照PTSFD合同開發(fā)并測(cè)試的硬件最終將得到部署。該演示項(xiàng)目結(jié)束后，將轉(zhuǎn)入生產(chǎn)階段，即對(duì)現(xiàn)有衛(wèi)星通信終端進(jìn)行升級(jí)。升級(jí)過程中將不改變現(xiàn)有終端的天線和射頻前端，因此可大幅降低成本。2016年8月，SMC正式向雷聲公司、L-3通信公司和衛(wèi)訊公司售出價(jià)值1.1億美元的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)現(xiàn)場(chǎng)演示驗(yàn)證合同，三家公司將在2020年9月前，利用成熟量產(chǎn)的戰(zhàn)術(shù)終端，完成受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形在WGS系統(tǒng)和商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)上的進(jìn)一步演示驗(yàn)證

（3）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)企業(yè)服務(wù)（PTES）（FY17-26）

2017年4月5日，美空軍發(fā)布PTES項(xiàng)目來源尋求公告。美政府正在實(shí)施市場(chǎng)研究，確定這一需求的潛在來源。美政府預(yù)期在2018財(cái)年早期發(fā)布征求建議書（RFP），在2019財(cái)年授出合同，2023財(cái)年形成初步運(yùn)行能力。美政府正在開發(fā)PATS測(cè)試床，支持PTSFD、PTES及PTS項(xiàng)目。

項(xiàng)目期間進(jìn)行的工作包括：

? 開發(fā)運(yùn)行密鑰管理系統(tǒng)、任務(wù)管理系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)Hub系統(tǒng)；

? 2023財(cái)年部署單一戰(zhàn)區(qū)PTW WGS服務(wù)；

? 2025財(cái)年部署全球范圍內(nèi)PTW WGS服務(wù)；

? 第二階段中的商業(yè)衛(wèi)星服務(wù)。

（4）受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS）（FY18-30）

2017年2月24日，美空軍發(fā)布受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)（PTS）信息征詢書（RFI），探索受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)概念。美空軍希望業(yè)界響應(yīng)能夠包括采購、實(shí)現(xiàn)以及遷移到PTS能力的策略及計(jì)劃，能夠減少風(fēng)險(xiǎn)、復(fù)雜性和成本。美政府計(jì)劃2019財(cái)年開始原型試驗(yàn)，最早2023財(cái)年最晚2025財(cái)年進(jìn)行PTS原型在軌演示驗(yàn)證。

項(xiàng)目期間進(jìn)行的工作包括：

? 開發(fā)PTW處理衛(wèi)星，改進(jìn)抗干擾能力；

? 開發(fā)衛(wèi)星遙測(cè)、跟蹤及指揮；

? 升級(jí)任務(wù)管理系統(tǒng)/密鑰管理系統(tǒng)。

美軍下一代受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信發(fā)展的主要思路是分散式發(fā)展途徑，目標(biāo)是發(fā)展經(jīng)濟(jì)可承受的、具有彈性能力的體系。

（1）考慮分解受保護(hù)衛(wèi)星通信戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)功能

美軍現(xiàn)有天基受保護(hù)軍事衛(wèi)星通信體系由傳統(tǒng)的Milstar衛(wèi)星和新的AEHF衛(wèi)星星座組成，用增強(qiáng)型極地系統(tǒng)（EPS）作為補(bǔ)充。美軍將更多利用AEHF衛(wèi)星提供受保護(hù)帶寬，逐漸脫離對(duì)上一代星座Milstar的依賴。

美軍最近完成了受保護(hù)衛(wèi)星通信服務(wù)備選方案分析（PSCS AOA)，分析了潛在國防部用戶的受保護(hù)戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)軍用衛(wèi)星通信架構(gòu)。美空軍空間司令部負(fù)責(zé)一項(xiàng)PSCS AOA后續(xù)研究，評(píng)估未來彈性架構(gòu)對(duì)應(yīng)對(duì)現(xiàn)有空間威脅的裨益。美空軍正在考慮分解戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信任務(wù)，按照分散的思路，把戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略載荷分別放在不同的衛(wèi)星上。未來架構(gòu)可能包括為戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)用戶分離衛(wèi)星星座，因?yàn)樗麄兊娜蝿?wù)和需求明顯不同。

目前美軍正在研究AEHF的功能分解，將戰(zhàn)略通信有效載荷和戰(zhàn)術(shù)通信有效載荷分開部署，預(yù)計(jì)在2025年以后實(shí)現(xiàn)。

（2）借助非專用星座實(shí)現(xiàn)受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信

自2013年9月以來，美軍已經(jīng)成功演示了新型抗干擾的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形。這實(shí)際上是將原來在星上完成的受保護(hù)功能部分分解到了地面上，新的抗干擾波形既可以在透明轉(zhuǎn)發(fā)的商業(yè)通信衛(wèi)星上傳輸，也可以在WGS軍用衛(wèi)星上傳輸。該方案將通過非專用星座實(shí)現(xiàn)受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信，提升系統(tǒng)的適用性和應(yīng)用范圍。當(dāng)前美軍正在利用成熟量產(chǎn)的戰(zhàn)術(shù)終端，完成受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形在WGS系統(tǒng)和商業(yè)通信衛(wèi)星系統(tǒng)上的進(jìn)一步演示驗(yàn)證。

（3）在滿足經(jīng)濟(jì)可承受性前提下提供受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信

美軍希望在預(yù)算削減的前提下，確保滿足作戰(zhàn)需求同時(shí)提升系統(tǒng)能力。美軍在近年來的體系方案研究中多次提及經(jīng)濟(jì)可承受性。受保護(hù)衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信也要在滿足經(jīng)濟(jì)可承受性標(biāo)準(zhǔn)前提下開展研究。目前很多有效的技術(shù)解決方案成本很高，如果未來解決方案能夠利用當(dāng)前商用標(biāo)準(zhǔn)和方法，美政府就能擴(kuò)大業(yè)界供應(yīng)商的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，增加競(jìng)爭(zhēng)性，從而帶來可負(fù)擔(dān)的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信。SMC于2011年啟動(dòng)了下一代受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)的論證研究，研發(fā)新型的軍民共用型傳輸技術(shù)，支持用普通商業(yè)衛(wèi)星提供達(dá)到軍方戰(zhàn)術(shù)抗干擾要求的通信能力。受保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可承受性設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)降低研究的主要內(nèi)容就是低成本的受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)通信波形。

（4）建立企業(yè)地面服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)

美空軍空間司令部已經(jīng)著手一項(xiàng)新的稱為企業(yè)地面服務(wù)（EGS）的地面架構(gòu)。EGS愿景是為地面系統(tǒng)提供通用規(guī)格參數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，打破多個(gè)針對(duì)特定任務(wù)煙囪式系統(tǒng)不能互操作的狀況，變革當(dāng)前現(xiàn)狀。通過這一轉(zhuǎn)變，空軍空間運(yùn)營(yíng)者將能更好地對(duì)于威脅做出快速響應(yīng)，并向作戰(zhàn)人員交付所需空間能力。PTES將遵循EGS標(biāo)準(zhǔn)并成為EGS的一部分。

（5）空間段采用全處理型有效載荷實(shí)現(xiàn)受保護(hù)星上服務(wù)，增強(qiáng)星上處理能力

PTS空間段采用全處理型有效載荷，為用戶終端提供受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)訪問點(diǎn)，為共享正反向通信鏈路資源提供動(dòng)態(tài)資源分配。全處理載荷可提高衛(wèi)星容量，同時(shí)可為所有用戶終端提供真實(shí)全網(wǎng)單跳多播連接。全處理載荷在彈性、連通性和抗干擾性等方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。

（6）探索軍用通信有效載荷搭載

利用有效載荷搭載，不僅可以節(jié)省成本，而且可以實(shí)現(xiàn)空間能力的分散，增強(qiáng)系統(tǒng)的彈性。美軍在受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)服務(wù)空間段探索軍用通信有效載荷搭載，適用宿主衛(wèi)星包括：商業(yè)衛(wèi)星、軍用衛(wèi)星、政府其他衛(wèi)星、國際伙伴衛(wèi)星。