美国军事卫星通信系统
机载Ku、Ka频段卫星通信系统综述
机载Ｋｕ、Ｋａ频段卫星通信系统综述
艾文光１，赵大勇２，邓 军２
（１．中国电子科技集团公司第３９研究所，陕西西安７１００６５；２．空军装备研究院通信导航与指挥自动化研究所，北京１０００８５） 摘要叙述了Ｋｕ频段和ｌ（ａ频段机载卫星通信系统的国内外发展现状，列举了几个典型的卫星通信系统技术指
标，并简述了研制杌载卫星通信系统应注意的事项和技术途径，其中包括选择天线系统形式，合理分配系统指标，消 除多普勒效应的影响等。
表ｌ 全球鹰无人飞机上的通信链路
收稿日期：２０１ｌ一０９．２２
作者简介：艾文光（１９７ｌ一），男，硕士，高级工程师。研究方
向：机载卫星通信系统，伺服控制技术。赵大勇（１９７仁），男，
博士，高级工程师。研究方向：航空电子设备研制和系统集成。 邓军（１９８２～），男，硕士，工程师。研究方向：信息处理。
民用应用如ＯＲＢＩＴ公司ＡＬ一１６１４机载通信系 统‘４｜，在空客Ａ３４０—６００飞机上进行了测试，符合 ＲＴＣＡ一１６０Ｄ适航要求，天线直径为Ｏ．３７ ｍ，主要技术 指标如表２所示，组成框图及外观如图２所示。
ｔｈａｔ ｄｅｓｅｒｖｅ ｏｕｒ
ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｏｍｅ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｓａｔｅｌｌｉｔｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ
ｃｈｏｏｓｉｎｇ ｔｈｅ ｆｏｒｍ ｏｆ ａｎｔｅｎｎａ ｓｙｓｔｅｍ，ｒｅａｓｏｎａｂｌｙ ａｌｌｏｃａｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎｄｉｃａｔｏｒｓ，ａｎｄ ｅｌｉｍｉｎａｔｉｎｇ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｏｆ ｔｈｅ
３ 发展展望
目前我国尚未规划专门用于移动载体通信用的卫 星通信的频段【ｌ ２｜，也没有专用于移动卫星通信的卫 星，因此目前移动卫星通信利用于固定卫星业务的现 有卫星是唯一选择。由于Ｋｕ频段或Ｋａ频段频率相 对频率较高、相同速率情况下具有天线口径小、信息速 率高、抗干扰能力强等优点，因此，机载卫星移动通信 系统宜使用Ｋｕ频段或Ｋａ频段频率。
美国军事战略战术中继卫星MILSTAR
美国军事战略战术中继卫星MILSTAR 1.概述军事星(MILSTAR)是美国军事战略战术中继卫星系统的简称，是一种极高频对地静止轨道军用卫星通信系统。
它具有抗核加固能力和自主控制能力，MILSTAR系统开始于20世纪80年代。
是世界上第一个采用了EHF频段、快跳频等新技术的卫星系统。
MILSTAR最初是为了美国在核冲突中，在受敌攻击状态下，给美军应急信息而设计的。
MILSTAR系统可以为部队提供方便的呼叫方式，尤其可以为大量战术用户提供实时、保密、抗干扰的通信服务，通信波束全球覆盖。
其抗干扰能力强、安全性和生存能力强，能够满足战略和战术通信的需要。
MILSTAR军事卫星系统包括6颗“军事星”卫星，是世界上首颗采用数字处理和调频技术的卫星，抗摧毁和生存能力强。
前2颗为第一代“军事星”，后4颗为第二代“军事星”。
MILSTAR I-1和-2属于MILSTAR-I系列卫星，分别位于120。
W和4。
E的相对静止轨道上。
卫星重约4.67吨，太阳帆板输出功率为8kW，设计寿命为7年，但现在已经超期服役。
星体采用了先进的抗核加固技术，携带一个超低速率的通信载荷LDR、一个星间通信载荷。
LDR用于战略战术部队的增强型生存性和最低限度通讯，可发送和接受速率为75-2400bit/s的声码和数据信息（无图像）。
该卫星主要保障战略司令部在紧张状态时能够下达指令，核力量是该系统的最优先的用户，其次则是陆、海、空军的非核战部队。
两星配对工作，提供对美太平洋至大西洋部队的保密通信覆盖。
MILSTAR-II系列卫星以战术通信为主。
第一代MILSTAR卫星的投入应用激发了美军发展第二代MILSTAR的积极性，三颗MILSTAR-II卫星形成覆盖全球的抗干扰卫星通信网。
与MILSTAR-I不同。
MILSTAR-II卫星在轨寿命达10年以上，它同时配置了LDR和MDR （中速率通信载荷）有效载荷，具有增强型的战术通信能力，包括为移动部队提供高数据速率和对敌方干扰中心实施自适应天线调零。
美国军事卫星通信系统
先进极高频(AEHF)卫星系统 卫星系统 先进极高频
作为美军第三代军事通讯卫星， 作为美军第三代军事通讯卫星，“先进 美军第三代军事通讯卫星 极高频通讯卫星” 采用星间链路(不同 极高频通讯卫星”(AEHF)采用星间链路 不同 采用星间链路 在轨卫星间的互联)技术 星上处理技术等， 技术、 在轨卫星间的互联 技术、星上处理技术等， 能根据用户优先级别来提供点对点通信以及 网络服务。该系统有非常强的战场生存能力， 网络服务。该系统有非常强的战场生存能力， 即便在地面控制站被破坏后， 即便在地面控制站被破坏后，整个系统仍能 自主工作半年以上。 自主工作半年以上。
4．全球广播业务系统 ．
全球广播业务(GBS)系统是美国防部根据 全球广播业务 系统是美国防部根据 未来信息战的需求， 未来信息战的需求，在商用卫星直播业务的 基础上发展起来的军用信息传输业务。 基础上发展起来的军用信息传输业务。它可 为广大军事用户提供多媒体信息(诸如图像 诸如图像、 为广大军事用户提供多媒体信息 诸如图像、 地图、气象数据、 地图、气象数据、后勤供应和空中飞行管制 的连续、 等)的连续、高速和单向传输。从1995年底计 的连续 高速和单向传输。 年底计 划出台至今，美军方一直十分重视， 划出台至今，美军方一直十分重视，其计划 实施进度很快。 实施进度很快。
2．国防卫星通信系统 ．
国防卫星通信系统 以超高频通信为主 国防卫星通信系统3以超高频通信为主， 卫星通信系统 以超高频通信为主， 颗卫星每颗星的通信总容量为100兆比／ 兆比／ 前10颗卫星每颗星的通信总容量为 颗卫星每颗星的通信总容量为 兆比 在最后4颗卫星上增加了特高频 颗卫星上增加了特高频(UHF)通 秒，在最后 颗卫星上增加了特高频 通 信的比重。 信的比重。后4颗卫星属于军方寿命延长 颗卫星属于军方寿命延长 (SLEP)改进项目，使用超高频进行通信，每颗 改进项目， 改进项目 使用超高频进行通信， 星的通信总容量为200兆比／秒，卫星参数见 兆比／ 星的通信总容量为 兆比 表3。 。
MUOS卫星概述
MUOS系统的发展1996年，美国海军着手开发新型先进的窄带军事通信卫星MUOS，用于10年后取代现役“特高频后继卫星”(UFO)系统。
MUOS卫星将由位于地球同步轨道的4颗工作星和1颗备份星组成。
MUOS系统的总承包商为洛马公司。
目前首批2颗MUOS卫星及相关地面设施已进入初期设计阶段，首颗MUOS卫星已完成星载静态试验。
MUOS系统有几个突出的技术特点：首先是采用宽带码分多址(WCDMA)蜂窝技术。
使用BPSK调制方式，提供了更大的通信容量与链路可用性：其次是卫星采用S与Ka混合频段、星间链路与星上处理以及与联合战术无线电系统(JTRS)兼容等技术，既适用于传统的特高频动态多址接入(DAMA)终端，也支持新的便携式终端。
MUOS系统的性能MUOS星座将覆盖地球南北纬65度之间的广大区域，采用加密保护。
其中备用星可随时漂移到有需要的地区，增加这个地区的可用信道数量，并满足与现役UFO系统用户完全互操作。
MUOS不受天气和环境限制。
尤其是能够在通信难以达到的地方。
比如茂密的丛林、大峡谷、高原或海洋进行卫星通信，从而为潜艇、舰艇、飞机和地面单兵提供先进的窄带通信。
MUOS采用WCDMA多蜂窝体系结构与跨频带组合带宽技术，在通信容量上产生了大的飞跃。
MUOS的总信息传输量将达到UFO的10倍，信道可用率大于97％，总容量为39Mbps的传输速率，窄带语音信道传输速率可达9.6kbps，宽带数据信道传输速率可达64kbps。
假定每个用户需要2.4kbps的带宽，一颗MUOS卫星可以同时提供7000多个2.4kbps速率的视频、话音与数据访问。
目前由UFO提供的全球1100个访问点，在MUOS发射后可扩增到17000个。
即使每个用户的需求量在未来的作战行动中增加到9.6kbps，MUOS也能让4250个用户随时访问该网络。
MUOS的突出特点是具有优异的战术通信能力。
MUOS能为战术车辆配备的无线电(台)、士兵手持接收机和机载系统等超短波装置提供连接，也可为蜂窝电话系统提供业务连接。
网络中心战装备体系 读书笔记
网络中心战装备体系读书笔记自古至今,信息一直是战争的核心资源,信息的重要性及其在战争中的决定性作用已经被无数次战争所证明。
20世纪80年代以来,特别是进入21世纪后,信息技术的飞速发展及其在军事领域的广泛深入应用,使战争形态发生了巨大变化。
战场空间空前扩大,战场态势瞬息万变,信息传输处理量急剧膨胀,信息化战争已成为现代战争的主要战争形态,信息化条件下的体系对抗成为现代战争的主要表现方式,基于网络信息体系的联合作战、全域作战成为了现代战争的基本作战样式。
争夺制信息权并在此基础上夺取决策优势和作战优势,已成为打赢现代信息化战争的关键和前提,并贯穿于战争全过程。
电子信息装备在现代信息化战场上通过信息获取、传输、处理、利用和攻击等行动遂行信息支援、信息保障和信息作战任务,是夺取制信息权的物质基础和最有效手段。
过去几十年,美军在联合作战需求牵引下,以高速发展的电子信息技术和工业能力为基础,建成了谱系完备、功能齐全、技术先进、高度集成,具有世界一流水平和较强实战能力的电子信息装备体系,并在历次局部战争和冲突行动中发挥了重要的作战能力倍增器作用。
近年来,为了进一步增强军事实力、扩大技术和装备优势, 美军在新版《国家安全战略》《国家防务战略》和《国家军事战略》等顶层文件的指导下,瞄准电子信息装备体系建设与运用,陆续出台了国防部《数字现代化战略》和《电磁频谱优势战略》等一系列战略规划文件,并推出了“多域作战”、“分布式作战”、“联合全域作战”和“马赛克战”等新兴作战概念和兵力设计概念,牵引电子信息装备研发和应用模式的变革,推动电子信息装备体系现代化转型和创新发展。
1 电子信息装备体系概述电子信息装备是以电子信息技术为主要特征的各类军事信息系统、设备、设施、仪器、器材、软件等的总称,是军事装备的重要组成部分。
电子信息装备的主要作用对象是信息,相应的作用域是信息域,主要行动包括信息的获取、传输、处理、利用和攻击等。
电子信息装备是从技术属性上对装备的一种分类方法,一般都从技术特征或功能上进行描述。
美国国防信息系统局发展简史
38 个用户，在海底电缆系统之上建立了 高可信度的用于传递紧急行动信息的系统。
干线。它在东南亚和夏威夷设有交换机。 最低限度应急通信网络继续为国家指挥当
到 1969 年， 国 防 通 讯 局 已 经 使 用 TALK 局和战略核力量之间提供安全、高保真、
QUICK，把在越南南方的 216 个用户连接到 抗干扰和具备生存能力的通信链路。
知远战略与防务研究所是一家独立的战略和防务研究机构。研究所立足于防务动态和学术热 点的追踪分析，着眼于长远性、战略性问题的深入研究，并为国家有关机构及决策者提供独立、 客观的战略与政策建议。
研究所自创立以来，本着“独立、客观、慎思、明辨” 的宗旨，致力于战略与防务研究， 通过学术研讨会、学术刊物等多种形式，为国内外防务 / 安全专家和机构提供一个国际性交流的 平台，目前，研究所已同国内外多家大学和研究机构建立了学术业务联系。
1987 年 1 月，国防部长批准整合国防
1980 年代，国家安全电信系统迅速加 通讯局和联合战术指挥、控制和通信局。
快完善。里根政府时期，前所未有的和平 一年后，国防通讯局吸纳了三军战术通信
时期军事建设伴随着政府拥有的和政府租 联 合 测 试 机 构（Tri-Service Tactical
用的网络扩散，同时也强调军种之间的互 Communications Joint Test Element ）
1970 年，国防通信局吸收了最小基本应急通信网络和军事卫星通信系统办公室。 它还成为 WWCCS 的工程和作战责任单位。1980 年代，国防通信局吸收了联合战术 指挥、控制和通讯局，提升了在指挥、控制、通讯系统的管理和系统之间互操作能 力。联合交互测试司令部因此成立，来提供交互兼容性的测试和认证。
全球四大导航系统
全球四大卫星定位系统目前，世界上只有少数几个国家能够自主研制生产卫星导航系统。
当前全球有四大卫星定位系统，分别是美国的全球卫星导航定位系统GPS、俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统、欧洲在建的“伽利略”系统、和中国的北斗卫星导航系统。
一、美国GPS长期垄断美国国防部从1973年开始实施的GPS系统，这是世界上第一个全球卫星导航系统，在相当长的一段时间内垄断了全球军用和民用卫星导航市场。
GPS全球定位系统计划自1973年至今，先后共发射了41颗卫星，总共耗资190亿美元。
GPS 原来是专门用于为洲际导弹导航的秘密军事系统，在1991年的海湾战争中首次得到实战应用。
随后，在科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争中大显身手。
从克林顿时代起，该系统开始应用在了民用方面。
现运行的GPS系统由24颗工作卫星和4颗备用卫星组成。
美国利用GPS获得了巨大的经济利益，多年来在出售信号接收设备方面赚取了巨额利润。
以1986年为例，当时一台一般精度的GPS定位仪价格5万美元，高精度的则达到10万美元。
现在价格虽然有所下降，但也可推算出20年来GPS“收获颇丰”。
以GPS为代表的卫星导航定位应用产业，已成为八大无线产业之一。
据美国国家公共管理研究院进行的调查评估表明，GPS的全球销售额将以每年38%的速度增长，2005年全球GPS市场已达到310亿美元。
长期以来，美国对本国军方提供的是精确定位信号，对其他用户提供的则是加了干扰的低精度信号——也就是说，地球上任何一个目标的准确位置，只有美国人掌握，其他国家只知道个“大概”。
在海湾战争时，美国还曾置欧盟各国利益不顾，一度关闭对欧洲GPS服务。
2003年3月20日，伊拉克战争爆发。
大批轰炸机、战斗机猛扑向伊拉克首都巴格达，用炸弹准确地将一座建筑彻底摧毁，行动代号：“斩首行动”；4月，一架B-1B“枪骑兵”轰炸机临时接到任务，用炸弹摧毁了另一座建筑。
他们的目标都是一个人：萨达姆侯赛因，他们所使用的炸弹都是一种：联合攻击炸弹(JDAM)，这些炸弹之所以都能够精确的打击目标，是因为他们都是通过卫星定位来实现定位，提供这种定位服务的正是由24颗美国卫星组成的全球定位系统--GPS。
美国塔卡木(TACAMO)通信系统介绍
40
3500
10．5
290
320
10000
4台CFM56-2A-2型
发动机
80
6700
72
445
525
12800
E-6A上装备的雷达和红外图像识别与典型的民用运输机一样，其飞行特征也类似民用飞机。但其结构都经过了精心的抗核及抗电磁脉冲加固，外表涂成白色，以防止热辐射，还可进行空中加油。另外还装有电子侦察和卫星通信设备吊舱及流线型高频通信天线，并有防腐保护。
驾驶仪安装到E-6A飞机上，并在E-6A飞机上试验了轨道改进系统。不难看出，整个系统还处在不断地完善和改进中。
(二)系统组成与性能
“塔卡木”是一种机载顽存的甚低频发射系统。其主要任务是向舰队弹道导弹核潜艇中继重要的作战命令。“塔卡木”飞机在其能接收到岸上指挥电文的远海飞行。目前美海军的“塔卡木”系统的飞机分成两个飞行中队，一个中队部署在太平洋，另一个中队部署在大西洋和地中海地区。在这些区域内，每一时刻都要有一架飞机担任值班任务，即在空中适于向潜艇发信的地区飞行。随时能够向大多数潜艇传递紧急行动命令，并保证首次发射后潜艇能够收到报文。另有一架飞机处于一级战备状态，还有一架飞机待命，其余飞机将隐蔽在分散的基地内作为后备，或进行维护保养或进行人员培训。目前海军使用的飞机主要是E-6A飞机。该飞机采用E-3A预警机的机身配以CFM56-2A2发动机，改称为E-6A飞机。这种飞机由波音飞机公司生产。因为E-3A飞机美海军已经使用多年，是技术上相当成熟的机型，而且目前仍大量装备部队。所以，对后勤保障、人员培训、维护保养都十分方便。E-6A与原来使用的EC-130飞机的主要区别见表3．5-1。
美国"塔卡木"(TACAMO)通信系统来源：互联网 责编： 作者： 时间：2005-03-13 【大 中 小】
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先迚极高频系统 ( AEHF) 和先迚极地系 统( APS) 转型通信卫星系统 ( TSAT) 宽带填隙卫星系统 ( WGS) 和先迚宽带 系统( AWS) 移动用户目标系统 ( MUOS)
先迚极高频系统用于替代军事星通 信系统。它比军事星通信系统体积 小，但能处理更多的通信数据，同 时成本大大下降。
转型通信卫星将致力于使国防部的宽 带、保密通信卫星结构转化为一个单 一的由多个卫星、地面和用户部分组 成的网络该系统，最终将替代军事星 和先迚极高频项目。
宽带填隙卫星系统由美国空军和陆军 联合开发，主要利用商业产品填补现 有系统和先迚宽带系统之间的空隙， 实现国防卫星通信系统向先迚宽带系 统过渡 。
新一代窄带卫星系统主要计划是移动 用户目标系统，MUOS是美国海军的卫 星移动通信系统，为美军提供全球窄 带通信能力，将取代特高频后继星， 幵服务于那些机动性更强、容量需求 更大、业务质量要求更高的用户。
移动用户目标系统是一个复杂的、可 为所有移动用户提供全球窄带卫星通 信的集成系统，采用地球同步轨道， 使用先迚的3G商业蜂窝技术。3G宽频 道码分多址联接制式(WCDMA)波形和 通用移动通信系统(UMTS)是移动用户 目标系统采用的主要技术。
使用多种频段 根据作战要求建立相对独立的专用网 采用多种多址技术体制 同一空间段搭载多种频段转发器 具有保密抗干扰能力，关键线路采取扩频 、 点波束等手段 同步卫星与中、低轨卫星多途径发展 卫星通信网与陆基网相互融合 , 构筑天地一 体化网络
增大通信容量 提高传输速度 增强安全保密性 提高战术通信能力和抗干扰能力 朝着三军通用和提高系统能力的 “集成系 统” 方向发展
转型通信卫星系统高度安全、抗干扰、 防核辐射的系统，能够实时接收和发 送激光和射频数据。采用激光通信技 术，将可以把激光通信和现在或将来 的射频能力的许多特性迚行最佳结合， 初始的激光通信设备将被安装在宽带 填隙卫星上迚行试验。
转型通信卫星系统的优势在于：激光 交叉链路向地面用户的传输时间大大 缩短 。接收者可以位于全球任何位置 , 幵且可以在移动之中使用相对较小的 接收机接收信息 。
树立超前意识，高度统筹规划，高起 点、有选择地迚行跨越式的发展 优先发展海军专用的军事卫星通信系 统 注重抗干扰技术
国防卫星通信系统3是通用的军事卫星 通信系统，为美国的陆、海、空三军 提供了安全可靠的全球通信服务，是 美国军事超高频通信卫星网络的重要 组成部分，可以承载国防部所有卫星 通信80％的业务以及45％的战地宽带 通信业务。
特高频后继星卫星通信系统是美国防部特 高频和极高频通信卫星，用于全球战略、 战术通信，为舰舰、舰岸和舰与飞机之间 提供话音、数据链路。是美国海军最主要 的通信系统。
先迚宽带系统是为满足国防和情报界 对宽带需求以及中继通信系统的需要 而设计的。该系统将使用激光通信技 术，幵作为国防卫星通信系统、全球 广播业务系统和宽带填隙卫星的后续 系统。
先迚宽带系统是一种高容量战术通信 系统，目前的概念类似商用卫星 ,采用 大容量的SHF频段以及EHF频段， INTERNE T协议，激光交叉链接，为 飞机和地面移动部队提供大功率的战 术通信 。
军用卫星指的是用于各种军事目的 的人造地球卫星。军用卫星按用途 一般可分为侦察卫星、军用气象卫 星、军用导航卫星、军用测地卫星、 军用通信卫星和拦击卫星。战时， 一些民用卫星也可用于军事用途。
通信距离进 通信容量大 传输质量高 机动性能好 生存能力强
军事星 ( Milstar) 国防卫星通信系统 ( DSCS) 特高频后继星卫星通信系统(UFO)
军事星（Milstar）是美国军事战略战 术中继卫星系统的简称，是一种极高 频军用通信卫星系统具有核加固和自 主控制能力其抗干扰性能强、安全性 和顽存性好，代表了当前军事通信的 世界最高水平能够满足战略和战术通 信的需要。
军事星于20世纪80年代启动，共有两 代，即军事星一和军事星二。军事星 的有效载荷主要有低数据率有效载荷、 中数据率有效载荷和星问交叉链路有 效载荷。
先迚极高频系统可直接对来自用户终 端的请求做出回答，幵根据优先级提 供点对点通信和网络服务，还可对高 级别用户提供专用信道。通过星间通 信实现全球服务，这样能减少卫星对 地面支持系统的依赖，即使在地面控 制站被破坏以后，整个系统仍能自主 工作6个月。
先迚极地系统能够为北部极地的飞机、 潜艇和部队提供所需的部分极地通信 能力 。 先迚极地系统将能够与先迚极高频系 统兼容幵且实现无缝连接 。它还能够 支持需要抗干扰和截获率低的极高频 卫星通信的战略和战术用户 。
军事星携带了交叉链路有这样．地面终端发送和接收的信息可 以由系统中其它卫星中继．幵且有可 能重选路由。在发生核战争，地面控 制系统无法工作的情况下．军事星仍 可工作长达6个月。
国防卫星通信系统是一个提供超高频宽带 和抗干扰通信的通信系统，共发展了3代， 现在在轨运行的是国防卫星通信系统3， 即 DSCS-3 。 DSCS-3 具有核加固能力，能 与 FDMA、TDMA 等多址方式通信网兼容 。