基本介紹
- 中文名：國防衛星通信系統
- 外文名：Defense Satellite Communication System
- 國家：美國
- 主要任務：預警機和戰區飛機間的通信等
DSCSⅢ衛星通信系統的基本構成,抗干擾措施分析,通信體制的多樣性帶來的抗干擾性,多波束天線帶來的抗干擾能力,單信道轉發器的抗干擾性能,地球站帶來的抗干擾性能,通信速率可變帶來的擾干擾性,國防衛星通信系統的主要任務,美軍寬頻全球衛星通信系統的發展,研發背景,美軍寬頻全球衛星通信系統的發展歷程,美軍寬頻全球衛星通信系統的技術特點,美軍寬頻全球衛星通信系統的套用,
DSCSⅢ衛星通信系統的基本構成
工作於不同頻率的每個信道(轉發器)，可以通過不同天線接收上行信號，例如信道1可以從61波束天線接收信號，也可以用覆球喇叭天線2接收信號。用多波束時，又可用覆球波束和窄波束來接收。發射時也有相同情況，一個信道的信號可以通過不同天線發向地球站，收發多天線的相互組台交鏈，使其使用靈活。多波束的運用使其增加了抗干擾性能。其中單信道轉發器除能接收uHF(300～400MHz)的信號，尚能接收多波束天線和覆球喇叭2接收的SHF信號，單信道轉發器可將其變為225～260MHz發向地球站，或將多波束或覆球喇叭2接收的信號，經40w功放送發射多波束1，或送萬向拋物面天線發向地球站，具有UHF和SHF頻率交鏈功能。
抗干擾措施分析
通信體制的多樣性帶來的抗干擾性
DSCSⅢ衛星通信系統在多址聯接方式上，不但採用通用的頻分多址(FDMA)，時分多址(TDMA)，而且採用了碼分多址方式(CDMA)和空分多址方式(SDMA)。碼分多址包括直接序列讕相碼分多址方式(CDMA/DS)和跳頻碼分多址(CDMA/FH)。眾所周知，這兩種通信方式都具有良好的抗干擾特性，特別是對低數據速率的信號可以獲得很高增益。在轉發器中有可控衰減39dB，真接序列調相碼分多址方式尚具有類似smarlAGC的性能，具有抗單一載頻干擾的能力。
SDMA方式是一種星上處理能力。從轉發器使用情況的兩張表中可以看出，分布在各地方地球站發射的sHF信號，星上即可以用兩副覆球波束天線接收，也可以用多波束天線接收。當用多波束天線接收時，可利用其不同波束指向不同的地球站從而實現上行信號的空分。收到來自各波束的信號，可通過星上轉發器的開關控制使其進入不同的信道，再通過開關送人不同的發射天線。發射天線包括兩副19波束的天線，兩副覆球喇叭天線和一副萬向拋物面天線。通過對多波束天線的控制，可以使轉發器功率放大器輸出的信號送人不同波束．從而實現下行信號的空分。由於空分特性使位於其波束照射區外的干擾信號，無能力干擾照射區內的信號。星上收發波束的切換，使某一區域地球站的上行信號經轉發而發向另一區域。而發給該站的信號是另一地域地球站發向衛星經轉發才指向該區域地球站。而這兩個頻率是不同的，它們並不一定有特定的關係。因此，對陸基對抗系統採用探測法確定干擾頻率成為不可能，從而也增加了抗干擾性。
多波束天線帶來的抗干擾能力
(2)多波束天線對接收而言，可以通過對波速相位和幅度的加權，控制其增益快速可選覆蓋算法，從而增強對某一信號的接收能力，達到抗干擾目的。對發射而言，多波束的可控性同樣可使發向其一地域的信號得到增強，而增強抗干擾能力。另外根據需要對不同信號進行功率分配也能提高其抗干擾能力。
單信道轉發器的抗干擾性能
DSCSM單信道轉發器，可以通過蝴蝶結型天線接收為300～400MHz上行信號，然後通過轉發器將其變為225～260MHz範圍的信號，送交叉偶極子發向地面。其中所用信號可能是跳頻信號和擴頻信號。另外該信道亦可將多波束接收天線和覆球喇叭天線2接收的SHF信號，經單信道轉發器變為範圍為225～260MHz的信號再發向地球站。也可轉變為下行的SHF信號經19波束天線1，或萬向拋物面天線發向地球站。由於UHF與SHF的交鏈也給陸基電子干擾系統帶來困難。
地球站帶來的抗干擾性能
DSCSⅢ衛星通信地球站品質因數G/T和等效各向同性輻射功率(EIRP)普遍較高，例如重型站天線口徑D=18.3m，發射功率P-20KW，EIRP達100dBW以上，G/T值大約為38dB/k。如AN/FSC-9，P=20kW，G/T=38dB/k，EIRP=103dBW，D=18.3m，從而使美國利用其技術優勢達到抗干擾的目的。
通信速率可變帶來的擾干擾性
在通信受到干擾時，降低通信速率可以在不改變功率的情況下，提高信號到達接收端的功率譜密度。例如其以PCM 48kb/s通信時，可在6路到96路變化，因此可獲12dB增益，數據速率從5Mb/s可變到16kb/s，可獲增益為12dB以上，皆可提高抗干擾能力。
國防衛星通信系統的主要任務
衛星通信正在軍事上得到廣泛套用，並取得顯著的實戰效益，第三代國防衛星通信系統(DSCSⅢ)是美軍重要的衛星通信系統，它完成的任務包括：①國家指揮當局、國防通信局與聯合司令部和特種司令部之間的通信；②預警機和戰區飛機間的通信；③支援應急事件或局部戰爭的高容量、高可靠性通信；④以寬頻信道來保證高質量的高速數據或高解析度圖形和圖像的保密傳輸，快速傳送感測器數據；⑤提供其它傳輸手段不便完成的遠距離通信和支援海軍的艦岸通信。考慮到衛星通信的暴露性和易擾性，為確保DSCSⅢ衛星通信的安全暢通，DSCSⅢ衛星通信系統採取了諸多抗干擾措施。
美軍寬頻全球衛星通信系統的發展
美國的軍事通信衛星系統無疑是當今世界上功能最完善、最強大的通信衛星系統，但是，面對不斷發展的信息獲取、處理和分發需求，其能力已明顯不足。鑒於此，美國防部於2001年12月至2002年7月制定了衛星通信轉型研究計畫，對美軍未來的衛星通信發展進行了研究和規劃，寬頻全球衛星通信系統（WGS）便是其發展重點之一。
研發背景
國防衛星通信系統（DSCS）是美軍的一個可提供超高頻（SHF）及軍用X頻段寬頻和抗干擾通信的通用軍事衛星通信系統，可為美海、陸、空三軍提供安全可靠的全球通信服務，是美軍超高頻通信衛星網路的重要組成部分，也是美國防部、戰略空軍和海軍艦隊進行指揮控制的一個重要軍用衛星通信系統。但隨著時間的推移，美軍在全球的作戰需求有了大幅增長，特別是美軍在伊拉克和阿富汗戰爭中的大規模部署，是通信需求急劇增長最明顯的原因，當然，即使沒有這些戰爭，新的數據生成監視與偵察工具，尤其是無人機、無人戰鬥飛行器所產生的通信需求也刺激了這種需求的急劇增長。因此，數據傳輸速率僅為0.25Gb/s的國防衛星通信系統星座已遠遠不能滿足需求，急需升級換代，在這種背景下，寬頻全球衛星通信系統星座計畫應運而生。該衛星星座將不僅是國防衛星通信系統的延續和補充，而且還將大幅提高通信能力，也是近段時間內美軍開發的通信容量最大的衛星系統，並將最終取代美國防衛星通信系統——國防部過去二十多年使用的衛星通信主幹系統。
寬頻全球衛星通信系統星座計畫發射6顆衛星，首星已於2007年10月發射升空，全面提供寬頻服務則要到2017年以後。屆時，每顆寬頻全球衛星的傳輸速率可達2.4~3.6Gb/s，與國防衛星通信系統相比，通信容量將提高10倍以上，不僅可為話音、數據和圖像通信提供充足的頻寬，而且整個星座可覆蓋南、北緯65°之間的19個獨立的地區。寬頻全球衛星通信系統的有效載荷工作在X和Ka頻段。X頻段與國防衛星通信系統兼容，因此，對美國防部來說，有效載荷的工作又都了一個新領域——Ka頻段，正如波音公司寬頻全球衛星通信系統計畫副主管麥克·沙維特羅說：“寬頻全球衛星通信系統第一次提供了軍用Ka頻段能力，這是一個新的領域。寬頻全球衛星通信系統可以提供比國防衛星通信系統大得多的容量，就是因為它有一個額外的工作頻段。”
美軍寬頻全球衛星通信系統的發展歷程
20世紀90年代，美軍對衛星通信的需求快速增長，五角大樓首先將這種寬頻衛星構想為“從國防衛星通信系統向尚未定義的、更加強大的星座進行過渡的橋樑”。因此，該星座最初被命名為寬頻填隙衛星系統。2007年1月，空軍官員將該計畫重新命名為寬頻全球衛星通信系統，將其地位從填隙衛星提升為軍事衛星通信幹線。
2007年10月10日，美空軍發射了首顆寬頻全球衛星通信系統，並於2008年春季宣布首顆寬頻全球衛星通信系統具備了作戰能力。目前，該衛星正在太平洋上空運行，覆蓋了從美國西海岸到東南亞的廣大區域，以支持美國太平洋司令部。該衛星擴大了通信信道容量，可以提供數百萬條路由，可使美海、陸、空及海軍陸戰隊士兵的通信覆蓋範圍、容量和連線能力發生巨大飛躍。而對戰場上的作戰人員而言，他們將能夠以前所未有的速度處理、接收和傳送數據。該衛星的升空使美軍徘徊多年的衛星通信能力有了轉折性的突破，賦予了美軍一定的轉型通信能力，使美軍的網路中心構想向前邁進了一大步。空軍已計畫到2013年完成6顆寬頻全球衛星通信系統衛星星座的部署，目標是為美軍部隊提供更快、更魯棒、大容量的通信能力，為全球美軍及盟軍提供網路通信能力，並為美軍領導層對戰術部隊實施指揮與控制提供服務。
2009年4月3日，第二顆寬頻全球衛星通信系統發射升空，2009年6月完成了在軌功能測試，其控制權已移交給了美空軍，並已於2009年8月21日開始投入使用。該衛星位於美軍中央司令部責任區上空，能以史無前例的高速率經由戰場上空中繼數據域圖像，可為阿富汗和伊拉克地區的軍事行動提供通信保障。
2009年12月5日，第三顆寬頻全球衛星通信系統發射升空，標誌著該衛星星座第一階段工作的結束。該衛星價值3億美元，重6噸，由美國波音公司建造。它將位於大西洋東部西經12°的軌道區域，可覆蓋美國歐洲司令部和非洲司令部的廣闊區域，除此之外，還可以為中東地區提供額外的支持。據澳大利亞每日航天網站2010年3月4日報導，該軍事通信衛星在通過嚴格的在軌測試後，美空軍已於2010年3月1日接管了對該衛星的控制管理工作，2010年4月將正式投入使用。
根據與空軍簽署的契約，波音公司正在建造第二階段的其餘三顆寬頻全球衛星通信系統：第四顆寬頻全球衛星通信系統目前正處於集成與測試過程中；第五顆已開始進行衛星有效載荷部分的集成；第六顆正在研發並交付衛星的電子裝置，該衛星將顯著提高整個衛星星座的通信能力和運行靈活性。這三顆衛星預計於2011年和2012年發射。
美軍寬頻全球衛星通信系統的技術特點
寬頻全球衛星通信系統將引入新技術，並將帶來巨大的附加容量。該星座包括9個X頻段波束和10個Ka頻段波束，其中8個X頻段波束分別由獨立的傳輸和接收相控陣天線負責信息的傳送與接收，第9個X頻段為反向偏震頻段；10個獨立可調的Ka頻段波束由雙工萬向架固定式拋物面天線提供，這些增強型連線能力將為全球用戶之間的話音、數據和圖像通信提供充足的頻寬。衛星上最關鍵的部位是數字信道選擇器，這些數字信道可分為1872個子信道，每個信道的傳輸頻寬為2.6MHz，可同時支持多點傳輸和廣播服務，也能為網路控制提供非常有效靈活的上行鏈路頻譜監控能力，從而可以同時覆蓋幾個不同的用戶系統，增加了覆蓋範圍。
該系統還採用了軍用衛星領域尚未使用過的一些新技術。例如，它第一個使用了氙離子推進系統(XIPS)、三接頭砷化鎵太陽能電池和帶有軟熱管的展開式散熱器等先進技術。氙離子推進系統的效率比常規的雙組元推進劑系統高10倍，4個25厘米的推進系統就可以在轉移軌道運行期間消除軌道的離心率。這些推進系統還可用於軌道維護，並可執行任務壽命期間所要求的位置變化任務。寬頻全球衛星通信系統的散熱器也特別大，這樣就可以為匯流排和有效載荷提供一種涼爽的、穩定的熱環境，提高了部件的可靠性和衛星使用壽命期內的穩定性。
寬頻全球衛星通信系統的另外一個技術特點是提供了X頻段與Ka頻段雙向通信服務、單向Ka頻段廣播服務以及X頻段與Ka頻段的跨頻通信服務。由於具有這種跨頻段通信能力，使得其在一個頻段上接收到的信號，可以在另外一個頻段上進行傳送，這種從一個頻段向另一個頻段傳送通信的能力，使得作戰人員能夠把一個檔案或流視頻向上傳送到一部X頻段終端，並向下傳送到一部Ka頻段終端，反之亦可以。有了這樣一種技術，美海、陸、空三軍就能利用該系統向全球任何地方快速傳送大容量信息，進行X和Ka兩個頻段間安全保密、抗干擾的跨頻通信，使三軍部隊具有更大的作戰靈活性、更強的作戰能力和連通性，可完成上一代軍事通信衛星所無法提供的許多重要功能。
此外， 寬頻全球衛星通信系統還能支持多種網路拓撲結構， 其中包括廣播中樞輻射、網狀和點對點的連通性。在一定條件下， 該衛星的天線模式還具有識別能力， 因而也能提供一定的保護， 避免來自不同距離友軍的干擾。
美軍寬頻全球衛星通信系統的套用
（1）直接套用於作戰
美軍在首顆寬頻全球衛星通信系統發射半年後就用於了軍事行動，這在衛星史上是史無前例的，也因此可以看出美軍對該衛星星座的重視程度。目前，該衛星已可以向太平洋地區的部隊轉發通信，極大地滿足了這些部隊對軍用頻寬的需求，提升了跨衛星通信信道的通信能力，因此，它在美軍的整個通信計畫中占有了重要一席，已成為美軍重要的軍事通信鏈路。
在作戰套用中，寬頻全球衛星通信系統Ka頻段的效用更為突出。美空軍軍事衛星通信系統聯隊副司令戴維·於里克將這種Ka頻段的效用比作了眼下普遍流行的直接到家庭的電視廣播服務。他認為，Ka頻段可以使寬頻全球衛星通信系統回傳大量信息，並在廣闊的地區進行接收。“在已部署的環境下，我們與美國本土的回傳連線能力受到了頻寬的限制。但通過這種類似‘直播電視’的方式，就可以實現信息的局域化，使信息傳播不再受限。”例如，如果伊拉克的兵營有一支200人組成的部隊，那么就有一半的人可以不必使用頻寬連線後方的中央司令部，而是使用這種“直播電視”容量的方式就可以捕獲到整個伺服器，並將其傳送至巴格達的伺服器，無需再回傳連線到美國本土就可以獲得該信息，因此，大大提高了通信效率。
（2）直接套用于軍事服務
隨著寬頻全球衛星通信星座的發射升空，美國防部也打算將現行衛星網路從商用衛星頻寬向軍方擁有的衛星資源遷移，以實現網路的擴展，增強安全性，並降低成本，大大增加用戶頻寬。向寬頻全球衛星通信系統的遷移將為作戰人員提供額外的容量，該衛星Ka頻段的有效載荷將通過多個易操控的點波束，提供2Gb/s以上的容量，可滿足現行和未來的軍事衛星通信需求。
（3）套用於戰術級作戰人員信息網
戰術級作戰人員信息網(WIN-T)是美軍實現轉型的四大計畫之一，近年來得到了快速發展。該計畫的短期目標是：在寬頻全球衛星通信系統可用時，利用其寬頻軍用Ka頻段的通信，減少對商用Ku頻段的依賴，相應地提高網路的通信能力和高頻寬動中通能力。
（4）套用於無人機
美空軍在伊拉克和阿富汗的無人機（UAV）行動幾乎全都依賴於商業衛星通信能力的支援，但美軍在最近發布的報告稱，在更新型的無人機投入服役後，美軍自身擁有的衛星將會承擔更為重要的作用，寬頻全球衛星通信系統便是其中的重要支持者。
寬頻全球衛星通信系統將能以前所未有的速率為無人機提供支持。全部6顆衛星發射完畢後，前3顆將可以支持8架無人機，並以137Mb/s的速率同時傳輸數據，後3顆增加射頻旁路技術，可將來自“全球鷹”無人偵察機上的圖像傳輸速率從137Mb/s提高到274Mb/s。
當然，對無人機的支持只是該衛星星座所提供的其中一種通信能力。此外，它們還可以為美國戰略司令部和各作戰司令部、戰術部隊和已部署部隊、國防信息系統網、國防分發系統、空中C4I、白宮通信局、國防支持計畫局以及美國情治單位提供幫助。
（5）套用於澳大利亞的主要軍事通信計畫
目前，澳大利亞國防軍在各種環境下的信息交換需求一直在持續增長，但增強型寬頻通信頻寬仍然是滿足澳大利亞這一增長需求的關鍵。為此，美澳兩國於2007年11月簽署諒解備忘錄，美國允許澳大利亞國防部隊在全球範圍使用寬頻全球衛星通信系統服務，作為交換，澳大利亞將為寬頻全球衛星通信系統星座的第六顆衛星提供資金。據美國空軍洛杉磯基地2009年11月5日報導，前2顆寬頻全球衛星通信系統已經為澳大利亞的部隊提供了重要的通信能力。
