低軌空間組網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)抗環(huán)境下的通信方案

自由空間光通信(FSOC)有望在軍事和商業(yè)星座中大規(guī)模部署。FSOC帶來的革命不止是帶寬，更重大的意義在于對(duì)星座網(wǎng)絡(luò)的變革。光通信技術(shù)中專門處理星間通信的光學(xué)星間鏈路，或稱OISL，可以賦予新興LEO和MEO星座與地面互聯(lián)網(wǎng)一樣的彈性和連通性。

星間互聯(lián)的天基網(wǎng)絡(luò)

光學(xué)衛(wèi)星通信以其寬帶、大容量、低功耗的優(yōu)勢打破了傳統(tǒng)微波衛(wèi)星通信的瓶頸。利用高性能的星間光通信技術(shù)形成天基信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全球無縫覆蓋和移動(dòng)終端接入，是衛(wèi)星光通信發(fā)展的必然趨勢。光通信所做的就是把這些軌道上的單個(gè)衛(wèi)星變成一個(gè)連貫的網(wǎng)絡(luò)，就像互聯(lián)網(wǎng)一樣。

一方面，OISL為通信彈性增加了一種重要選項(xiàng)。通過這些光纖鏈路，高速數(shù)據(jù)可以從一顆衛(wèi)星傳輸?shù)搅硪活w衛(wèi)星，從而形成一個(gè)完全互聯(lián)的全球IP的mesh網(wǎng)絡(luò)，使客戶無論身在何處都可以訪問網(wǎng)絡(luò)。利用這種OISL技術(shù)，軍事用戶或其他用戶傳輸敏感信息可以將數(shù)據(jù)傳送到天基網(wǎng)絡(luò)，并通過衛(wèi)星到衛(wèi)星的通信，利用地球另一端的下行鏈路，而無需依賴外國電信基礎(chǔ)設(shè)施。

另一方面，OISL提高了通信傳輸效率——OISL和智能路由工具(為數(shù)據(jù)包設(shè)計(jì)最有效路徑的人工智能算法)結(jié)合起來，使衛(wèi)星星座成為自治網(wǎng)絡(luò)。OISL技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間的高速、低延遲、高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸，使得星座內(nèi)的衛(wèi)星能夠相互通信和協(xié)同工作，形成一個(gè)高效的網(wǎng)絡(luò);智能路由技術(shù)可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)流量等信息，自動(dòng)選擇最優(yōu)的通信路徑和路由，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自主管理和優(yōu)化。

在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，每個(gè)衛(wèi)星都可以作為節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)傳輸和接收數(shù)據(jù)。這些節(jié)點(diǎn)可以自主地組成網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并?dòng)態(tài)地調(diào)整路由，以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)的變化。這種網(wǎng)絡(luò)具有高度的魯棒性和可靠性，因?yàn)樗梢酝ㄟ^自適應(yīng)的路由選擇，自動(dòng)避免網(wǎng)絡(luò)中的故障和拓?fù)渥兓?/p>

作戰(zhàn)運(yùn)用分析

實(shí)現(xiàn)對(duì)抗環(huán)境下的組網(wǎng)通信

OISL銜接的自主低軌空間網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)能夠響應(yīng)由于設(shè)備故障、惡意攻擊或資源耗盡而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)部分不可用的情況。在這些情況下，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)連接處于降級(jí)狀態(tài)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)將需要具有彈性。理論上，SDA網(wǎng)絡(luò)可以在這兩種模式下工作：一是正常模式，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行正常，沒有任何中斷，在這種模式下，網(wǎng)絡(luò)可以使用標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議或預(yù)先計(jì)算的路由;二是恢復(fù)模式，當(dāng)部分網(wǎng)絡(luò)因故障或惡意攻擊而降級(jí)或無法運(yùn)行時(shí)，網(wǎng)絡(luò)必須能夠使用剩余的網(wǎng)絡(luò)元件來檢測中斷、恢復(fù)和自我修復(fù)。

天基抗干擾路由作用示意圖。紅線代表找到的堵塞路徑，綠線代表建議的路徑

實(shí)現(xiàn)天基情報(bào)高速處理分發(fā)

美軍擴(kuò)散型作戰(zhàn)人員太空架構(gòu)(PWSA)所有建設(shè)的天基資產(chǎn)均將搭載BMC3模塊，組成戰(zhàn)斗管理層，其中傳輸層星座是信息智能處理和分發(fā)的核心。綜合廣播服務(wù)(IBS)處理模塊集成在傳輸層上，通過網(wǎng)狀網(wǎng)向作戰(zhàn)人員傳播接近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)術(shù)/作戰(zhàn)重要情報(bào)和信息，為決策過程提供重要數(shù)據(jù)。未來美軍可通過傳輸層光學(xué)星間鏈路遞送大量IBS數(shù)據(jù)，利用BMC3進(jìn)行智能處理后，再通過IBS等能力分發(fā)至對(duì)應(yīng)的情報(bào)處理中心或戰(zhàn)術(shù)部隊(duì)，不必再經(jīng)過傳統(tǒng)的情報(bào)傳輸網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)多源情報(bào)融合下的智能作戰(zhàn)。

實(shí)現(xiàn)拒止環(huán)境下的備用導(dǎo)航

為了實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航任務(wù)的任務(wù)魯棒性，OISL可為SDA提供衛(wèi)星間相對(duì)距離的精確測距/定時(shí)信息，以米級(jí)或更高精度的衛(wèi)星間距離測量(包括星間和星-地的測量)，實(shí)現(xiàn)相對(duì)于星載時(shí)鐘幾納秒誤差內(nèi)的估計(jì)相對(duì)定時(shí)。

SDA的設(shè)想是，地面光學(xué)終端將與五角大樓的世界協(xié)調(diào)時(shí)標(biāo)準(zhǔn)同步，并根據(jù)WGS-84確定的坐標(biāo)系統(tǒng)，把絕對(duì)位置預(yù)先測量出數(shù)厘米，為星座的定位、測速和授時(shí)(PVT)提供絕對(duì)參考。然后讓這些原始距離測量值與其他傳感器數(shù)據(jù)相結(jié)合，以計(jì)算衛(wèi)星的絕對(duì)位置和時(shí)間，并表示為一組預(yù)測的星歷表參數(shù)和時(shí)鐘數(shù)據(jù)。這種PVT處理可在OISL內(nèi)完成，或者通過使用其他星載處理資源來完成。這種PVT過程必須能夠獨(dú)立于星載GPS接收機(jī)運(yùn)行。關(guān)于衛(wèi)星PVT數(shù)據(jù)的最低要求是包括所有集成的衛(wèi)星間距離/時(shí)間測量，以及每顆衛(wèi)星的最終PVT解決方案。

最終，傳輸層可從衛(wèi)星向地面用戶傳輸定位和授時(shí)數(shù)據(jù)，而無需另外專用的在軌PNT衛(wèi)星系統(tǒng)。地面端通過光學(xué)星間鏈路可確保每顆衛(wèi)星實(shí)時(shí)獲取自己的精確位置和時(shí)間信息，再通過低軌衛(wèi)星的精確位置和時(shí)間信息傳輸，理論上即可幫助美軍構(gòu)建起獨(dú)立于GPS的備份導(dǎo)航網(wǎng)絡(luò)，在GPS拒止或降級(jí)環(huán)境中進(jìn)行定位。

綜上，光學(xué)星間鏈路對(duì)星座網(wǎng)絡(luò)的形成起到了至關(guān)重要的作用。星座網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，衛(wèi)星通過高速的光學(xué)鏈路相互連接，形成一個(gè)高效、可靠的通信網(wǎng)絡(luò)。此外，光學(xué)鏈路還可以實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星間的精確時(shí)鐘同步和精確測距，實(shí)現(xiàn)備份GPS。因此，光學(xué)星間鏈路為下一代星座網(wǎng)絡(luò)的形成提供了必要的技術(shù)支持和保障，為實(shí)現(xiàn)高速、堅(jiān)韌的全球天基戰(zhàn)略支援打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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編輯：黃飛