_军事星_卫星通信系统综述

(4) 空间抗干扰措施 。 ①“军事星”卫星通信系统共有 5 颗星 ,其中 4 颗 为任务星 ,另 1 颗为备用星 ,当某一任务星受到干扰或 被破坏时 ,备用星可按指令调整到指定的轨道上 ,只要 备用星与原任务星之间的夹角大于干扰机的波束宽 度 ,就可以使干扰效果大大降低 。 ②“军事星”上有 15 副天线 ,5 副为收发共用天线 (37 条波束) ;5 副为接收用的频率捷变天线 (37 条波 束) ,其中 1 副为 S H F 波段 ,4 副为 E H F 波段 ;2 副为 60 GHz 星间通信天线 ;3 副可变点波束天线 (窄点波束 2 副 ,宽点波束 1 副) 。由此可见 “, 军事星”上不但天 线数量多 ,而且采用多波束和调零天线 ,波束形状和波 束覆盖位置可控 ,大大提高了空间抗干扰能力 。 ③为了增强反卫星武器的能力 “, 军事星”采用了 轨道机动技术 ,可以通过变轨避开敌方反卫武器的 攻击 。 (5) 扩展卫星通信频段 。 “军事星”以前 , 军用卫星通信系统大多工作在 U H F 、S H F 波段的 X 和 Ku 波段 “, 军事星”已扩展到 E H F 波段 , E H F 波段分配给卫星通信的频带如表 1 所示 。
GHz ;下行频率为 20 . 2～21 . 2 GHz 。 星间链路 :60 GHz (双向) 。 (6) 采用硬限幅 、软限幅及智能自动增益控制技术
( Smart A GC) 。 硬限幅和软限幅是透明式转发器最常用的抗干扰
措施之一 ,它的主要缺点是在限幅过程中由于非线性 的作用 ,会产生强信号抑制小信号的作用 ,使信噪比下 降 ,最大可达 6dB 。
下行 链 路 : 超 高 频 ( S H F ) 频 段 为 20 . 2 ～ 21 . 2 GHz ;特高频 ( U H F) 频段为 243 . 588～269 . 975 M Hz 。
星间链路 : 60 GHz (双向) ,且与 LDR/ MDR 负载 兼容 ;上行链路采用频分多址 ( FDMA) 和全频带跳频 ; 下行链路采用时分多址 ( TDMA) 和快速跳频 。
LDR 有效载荷通过 9 副 E H F 接收天线接收上行 的用户信号 ,上行信号经解调后可以按星上处理机所 选择的路由到达指令的目的地 ,也可以通过交叉链路 有效载荷接收来自星座中其它“军事星”的数据 ,也就 是说接收到的用户数据可经路由器选择到达星上的目 的地 ,或到 5 副下行链路天线之一 ,或到交叉链路与其 它“军事星”连接 。由 S H F 下行链路分系统进行调制 , 并通过下行链路天线发送信号 。U H F 分系统可提供 互操作的 U H F 通信和舰队广播信道 。
关键词 : 军事星 ;卫星通信 ;安全防护 ;抗干扰 中图分类号 : TN927 + . 2 文献标识码 : A
1 引言
截至 2003 年 4 月 8 日 ,美国共发射了 5 颗“军事 星”通信卫星 ,其中 1 颗失效 ,目前在轨运行的有 4 颗 (2 颗“BL OC K - Ⅰ”和 2 颗“BL OC K - Ⅱ”) 卫星 ,分 别位于东 、西太平洋 、大西洋和印度洋上空 ,还缺 1 颗 备用卫星 。
Smart A GC 是一种自适应包络限幅电路 ,当上行链 路无干扰时 ,转发器工作在线性区 ;当转发器上行链路 受到强干扰时 ,使放大器的线性工作区右移 ,干扰信号 工作在零区而被消除 ,而叠加在强干扰信号上的小信号 被放大 ,从而使信噪比比采用硬 、软限幅时得到改善。
(7) 采用抗辐射加固措施 。 最初的计划是在静止轨道上部署 4 颗“军事星”, 在极轨道上部署 3 颗“军事星”。这些卫星不但具有很 强的抗干扰能力和保密性 ,而且具有抗核爆炸的抗辐 射加固措施 。但是 ,由于防护技术过于复杂 ,研制经费 太高 ,一颗“M IL S TA R2 Ⅰ”星的经费就达 17 亿美元 。 1990 年美国国会要求国防部削减经费 , 重新评定 “M IL S TA R2 Ⅰ”计 划 。1992 年 重 新 批 准 了“M IL2 S TA R2 Ⅱ”计划 ,取消了极轨道上的 3 颗“军事星”,扩 大了战术应用方面的实用性 。虽然第二代“军事星” (Block2 Ⅱ) 取消了核加固措施 ,但是增加了 32 个信道 的 44/ 20 GHz MDR 有效载荷 ,并且保留了第一代“军 事星”(Block2 Ⅰ) LDR 有效载荷的能力 。星上增加了
52
航天电子对抗
2005 (3)
49 . 8/ 55 dB W 。 (3) L GT (A SCAM P) 通信终端 L GT (A SCAM P) 是一种先进的抗干扰背负式终
端 ,供特种部队及紧急状态下的通信使用 ,其 EIRP 值 为 48 dB W , G/ T 值为 13 dB/ K。
3 “军事星”的安全防护措施
(1)
式中 ,W s 为扩频带宽 ; Rb 为信息速率 ; Eb 为码元的能
量 ; No 为噪声功率密度 ; [ W s/ Rb ] 为扩频处理增益 ;
[ Eb/ N o ]为所要求的码元能量与噪声功率密度之比 。
(3) 采用星上处理与 E H F/ U H F 交链抗干扰技
术 ,提高了卫星的智能化和自动化水平 。
收稿日期 : 2004 - 12 - 02 作者简介 :郑同良 (1935 - ) ,男 ,研究员 ,长期从事电子对抗方面的 研究 。
通信和跟踪链路 :1811 . 768M Hz ;1815 . 722M Hz 。 遥测和跟踪链路 :2262 . 5 M Hz ;2267 . 5M Hz 。 “军事星”卫星通信系统有效载荷分两个部分 :低 数据率 (LDR) 和中数据率 ( MDR) 有效载荷 。LDR 有 效载荷有 192 个信道 ,数据率为 0 . 5Mb/ s ,每个信道 为 2. 4kb/ s ;MDR 有效载荷有 32 个信道 ,数据率为 48Mb/ s ,每个信道为 1 . 544Mb/ s 。“军事星”卫星通信 系统有 50 个 E H F 转发器 ,1 个 U H F 转发器 , MDR 通道转发器的输出功率为 60 W ,LDR 通信转发器的输 出功率为 25 W 。 LDR 有效载荷 :有 1 条上行/ 下行全球覆盖波束 ; 有 5 条上行链路/ 1 条下行链路捷变波束 ; 有 2 条上 行/ 下行窄点波束 ;有 1 条上行/ 下行宽点波束 。 MDR 有效载荷 :有 2 条上行调零波束/ 2 条下行 重合波束 ;有 6 条上行/ 下行点波束 。 “军事星”卫星通信终端有 3 种 : (1) SMA R T2T 通信终端 SMA R T2T 是供陆军使用的车载式通信终端 ,是 一种保密 、抗干扰 、高可靠性的多通道战术终端 。它的 主要性能指标如下 : 天线直径 D = 1 . 37 m ;上行频率 44 GHz ,下行频率 20 GHz ; LDR 接 口 : 75 ～ 2400b/ s , 4 条 ; MDR 接 口 : 1 . 54Mb/ s ,4 条 。 (2) SCAM P 通信终端 SCAM P 是一种 LDR 单信道抗干扰背负式终端 , 用于侦察分队和特种部队 ,提供话音 、数据和电传通 信 ,其主要性能指标如下 : 天线直径 D = 60 . 96cm ;上行频率为 44 . 5 GHz ,下 行频率为 20 . 7 GHz ;数据率为 :75～2400b/ s ;单信道 , 半双 工 ; RF 放 大 器 输 出 功 率 为 : 1. 5/ 5W , EIRP =
增加了 8 副点波段天线 ,其中 2 副为 MDR 调零天线 ,
天线可自动调零 ,消除干扰 。
(2) 采用扩频技术 ,提高“军事星”卫星通信的抗干
扰能力和低截获性能 。
为了改善“军事星”的低截获性能 ,提高系统的抗
干扰能力 ,在“军事星”卫星通信系统中采用了窄带 、宽
带的扩频 、跳频以及多重扩频技术 ,可以在 1M Hz 带
固定业务 (下行)
2400
移动业务 一般
500
移动业务 航空 、航海
5000
移动业务 (上行)
2005 (3)
郑同良 “: 军事星”卫星通信系统综述
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“军事星”工作频率 : U H F 波段 (转发器) :上行频率为 290～320M Hz ;
下行频率为 240～270M Hz 。 EHF 波段 (转发器) : 上行频率为 43. 5 ～ 45. 5
的天线照射到某一区域 ,当卫星检测到干扰时 ,自动将
干扰方向的点波束关闭 ,从而达到抗干扰的目的 。“军
事星”(M IL S TA R - Ⅱ) 在保持 LDR 有效载荷能力的
同时 ,增加了传输速率为 48 kb/ s～1 . 544Mb/ s 、通信
容量为 32 个信道的 44/ 20 GHz MDR 有效载荷 。星上
8 副点波束天线 (2 副 MDR 调零天线 ,6 副按用户需 要分配业务的天线) 。并且由于工作在 E H F 波段 ,核 爆炸对卫星通信中断的影响较小 “, Block2 Ⅱ星”仍具 有抗核加固的作用 。
宽内进行伪噪声跳频 ,也可以在 1 GHz/ 2 GHz 带宽内
进行伪随机噪声跳频 ,跳频速率可以达到 10000 跳/
秒 ,采用扩频技术可以大大提Fra bibliotek系统的抗干扰能力 ,获
得大于 40dB 的扩频处理增益 ,扩频系统可允许的干
信比 (J / S) 可用下式表示 :
[J / S ] = [ W s / Rb ] - [ Eb/ N o ]
第 21 卷第 3 期
航天电子对抗
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“军事星”卫星通信系统综述
郑同良 (中国航天科工集团 8511 研究所 ,南京 210007)
摘要 : “军事星”( M IL S TA R) 是美国国防部的新一代军用通信卫星 , 1994 年 2 月至 2003 年 4 月间共发射了 5 颗 ,是美陆 、海 、空三军共用的战略和战术相结合的军事卫星通信系 统 ,具有很强的通信 、抗干扰和生存能力 。介绍了“军事星”卫星通信系统的主要战术技术性 能 、安全防护措施以及发展状况 。