美军典型卫星通信应用装备发展分析.docx

美军典型卫星通信应用装备发展分析 文 | 钱学森空间技术实验室邓连印航天东方红卫星有限公司邓忠辰摘 要：为进一步满足信息化战争的需要，世界各军事大国在加速发展卫星系统的同时，还在大力加强卫星应用技术与应用装备的研发，美国历来十分重视卫星通信应用装备的研发，认为通过对地面卫星通信终端的改进，能够使卫星通信系统在战场上的应用取得突破性进展。文章对 美军几种典型的卫星通信应用装备作以分析，采用系统分析和归纳的方法对美军通信装备进行梳 理，代表性地介绍了美国近几年作为研发重点的战术级卫星通信应用装备、保密卫星通信应用装 备和提升部队机动作战能力的通信卫星装备。关键词 : 战术通信保密卫星通信 机动部署一、引言卫星通信是美军执行远程作战任务时最为依赖的战 略和战术通信手段，为了改进美军卫星通信系统，提升 卫星通信能力，美军进入 21 世纪后积极开展军用卫星系 统的升级换代，整合原有的宽带和有保护卫星通信系统， 从系统体系的角度规划和构建军事卫星通信体系，重点 发展窄带、有保护卫星通信和宽带等几类通信卫星，努 力提高美军卫星通信的装备能力，满足美军作战部队对 于卫星通信带宽越来越高的需求 1-2。“战术级作战人员信息网”（WIN-T）项目阶段性产品都通过了测试，性能达到甚至超过预期，另外，还启动了一2-3个重点研发战术级卫星通信应用装备的项目。1. 基于铱星的分布式战术通信系统（DTCS）DTCS 也被称为“网络铱星”，是围绕铱星星座 66 颗低轨交叉链路卫星和商业现有的按键即通手持式卫星 收发机设计的，能够全天候在恶劣作战环境下工作，包 括在极具挑战的、多山的阿富汗地区。DTCS 中的“网络化”是“铱”卫星系统支持作战应 用的一个重要突破，DTCS 能够通过“铱”星系统提供一 个高效的、多广播通信架构，这种架构既能很好地支持 战术通信，同时还能显著节约网络资源。通过 DTCS，士 兵能够进行通话或发送窄带数据文件，例如小的文本文 件，甚至还能够在一个专用的、定制的、受到管理和控 制的用户网中通过一个通用通道与许多人交谈。DTCS 的开发、测试和部署是由美国海军水面作战中二、关注战术级卫星通信应用装备研发，提高部队战术通信能力卫星通信支援战术级作战是美军一直追寻的目标。 要实现战术级无缝通信，从卫星通信应用装备这个角度来 说，终端必须具备以下特点：体积相对较小，重量轻，展开、 撤收灵活，使用方便，抗振能力强等。2012 年，旨在提 高部队战术通信能力的“分布式战术通信系统”（DTCS）、45 2015 年第 2 期卫星应用心与“铱星通信联合公司”以及商业伙伴波音公司和 ITT 公司，项目遵循螺旋式开发模式，分成三个阶段。2012 年 2 月，DTCS 第二阶段的产品由美国海军陆战队 在“大胆美洲鳄”演习中首次进行实际应用测试。海军 陆战队指挥人员通过卫星向岸上队员发送文字、数据、 视频和语音信息，在开阔水域的传输距离可达 402 km（第 一阶段产品通信距离 160km）。2012 年 11 月，在阿拉斯 加州的北极区域，美国海军工程人员利用第三阶段手持 式 DTCS 产品（如图 1 所示） 成功与美国本土的同事进行了通信， 这是 DTCS 在极端恶劣天气 条件下首次成功完成如此远 距离的通信。测试过程中， 工程人员在阿拉斯加的 3 处 测试地点（巴罗、扣赞伯和 安克雷奇）和美国本土的 2 处测试地点（美国北方司令利用转型通信卫星（TAST）系统提高通信能力，提供更大的信息吞吐量 1-5。2012 年 5 月在墨西哥白沙导弹试验场，得克萨斯州 布里斯堡第 1 装甲师第 1 旅、肯塔基州坎贝尔堡 101 空 降师总部和堪萨斯州赖利堡第 1 步兵师保障旅进行了“增 量 1b”与“增量 2”系统之间的互通性测试。测试表明， “增量 2”设备能够与“增量 1”设备很好地兼容和互通， 使用、维护简单方便，并在极具挑战的环境下（-37）， 各项性能都达到预期目标。WIN-T 的几种配置见图 24。图 1 重约 1 磅的手持收发机部总部和海军水面作战中心达尔格伦分部）之间进行长时间持续通信，通信内容包括语音通信、网络聊天以及在各站点之间互传位置信息等 3-4。2. 战术级单兵信息网（WIN-T）WIN-T 的概念 20 世纪 90 年代后期提出的， 可提供指挥、控制、通信、计算、情报、监视以及侦察（C4ISR）功能，具有移动性、安全性、无缝性、生存能 力强以及能支持多媒体战术信息系统等特点；无论是在 指挥所内还是在指挥所外，安全手持无线语音终端都将 能够支持移动指挥控制（C2OTM）功能；机动性更强、 通信容量更大以及能够为战术前沿部队提供通信能力； 预计未来十年，美国陆军能够在战场上任意位置实现机 动通信能力及组网能力 1-4。2004 年 9 月，为进一步加速系统开发，美国陆军整 合了“通用动力政府系统”公司和洛马公司的力量，共 同开发系统。WIN-T 采用按通信能力递增的“增量”研 发模式，在“增量 1”阶段，实现了“快速停止”（at- the-quick-halt）通信能力。2012 年“增量 2”设备通过 两项评估，标志着该项目已实现战术移动通信能力。“增 量 3”将使 WIN-T 的组成部分达到最大的网络容量、安 全性和移动能力，同时提升实用性能，预计 2016 年下半 年或 2017 年初装备首批军方用户；“增量 4”使 WIN-T图 2WIN-T 的几种配置三、重视保密卫星通信应用装备研发，确保关键信息传输可靠美军卫星通信系统主要有窄带卫星通信系统、宽带 卫星通信系统、保密（protected）卫星通信系统、中继卫 星通信系统。保密卫星通信系统工作于 EHF 频段，通常 具有抗阻塞、抗核辐射能力，能够保证所传输信息的安 全性。美军此类卫星主要是“军事星”（Milstar）及“先 进极高频”卫星（AEHF）。1. 美国海军多频段终端美国海军的多频段终端计划（NMT）由美国“航天 与海战系统司令部”领导，2001 年 1 月，与哈里斯 (Harris) 和雷声（Raytheon）公司签署关于发展海军先进极高频 卫星通信终端系统的合同，旨在研发一种多频段、多模 式的卫星通信终端。NMT 一般采用 EHF、Ka 和 X 频段 通 信， 支 持 LDR、MDR、XDR 数 据 速 率， 满 足 美 国 国 防部 SCA 标准，比现有终端更可靠，可以提供更大的带46 卫星应用2015 年第 2 期技术进展Technology Progress宽。NMT 可以与多种卫星系统通信，这其中包括军事星（Milstar）、“ 先 进 极 高 频 ”（AEHF） 系 统、“ 特 高 频后续星”（UFO）、“极轨（Polar）卫星”、“先进 极轨卫星”（APS）、“宽带全球卫星”（WGS）、“国 防卫星通信系统”（DSGS）、“全球广播系统”（GBS）、 “转型通信卫星系统”（TAST）4-7。NMT 将满足美海军三种需求：带宽有效性的扩展、 缩减“最大财政开支”、依靠“武力网”（FORCE net） 支持网络中心作战。美海军和 Marine 公司计划将“武力网”（FORCE net）设计为能够将传感器、武器、作战人员、 指挥控制系统各平台和指挥员集成为一个一体化作战网 络的体系结构。NMT 的另外一个特点就是舰载间的传输 信号强度小，留下的“踪迹”不易被探测。NMT 是雷声 (Raytheon) 公司研制的 3 种 AEHF 终端 中的一种，目前已经在生产并成功与 AEHF 卫星实现交 互，系统使用扩展数据速率（XDR）波形，可为用户提 供更大的带宽和更高的传输速率。2012 年 6 月，雷声公 司从美国海军获得两份合同，一份价值 7900 万美元，为 其提供数十部 NMT 终端；另一份价值 1900 万美元，将 把 NMT 与空军增强型极轨卫星（EPS）链接，这种链接 将使得美国海军和空军作战人员在遥远的极地地区的通 信缝隙得到填补。依据合同，雷声公司已经开始对安装 配备在舰船、潜艇上以及岸上的 NMT 终端进行软件和工 程修正工作，以使其与 EPS 系统实现通信链接 5-8。的 X 型以满足 B-2 的尺寸要求。同时，操作界面组件（OIG）采用了通用原则，使用一致的操作员面板和数据集管理 设备。FAB-T 是空军一项渐进螺旋式的采购计划，分成 4 个阶段。阶段 1 将向 B-2、B-52、RC-135、E-6B 和 E-4B 飞机提供受安全的、抗毁性强的 EHF 通信；阶段 2 将在 此基础上进行扩展，在终端上增加一些附加能力，如双 向 Ku/Ka 频段卫星通信能力、274MbpsKa 频段通信转发 能力和安装在高空续航平台的“全球鹰”无人机上。阶 段 3 将与陆军、海军共同开发“可编程目标加密技术” 计划，提供吉比特加密；阶段 4 初步规划为提升可拓展6-9能力 。FAB-T 也 是 AEHF 终 端， 由 波 音 公 司 研 发， 如 图3 所示。2012 年 4 月，波音 公司 与美国 空军 共同 完成 了 FAB-T 项目初步设计评审和关键设计评审，标志着 FAB-T 项目取得重大进展。这两项设计评审主要验证了 为美国总统与国家、军队高层领导之间安全通信而设计 的“总统级和国家级语音会议”（PNVC）方案的可行 性。2012 年 6 月，FAB-T 首 次 完 成 了 与 在 轨 AEHF 卫 星的 XDR、低数据率（LDR）通信试验。其后还将开发 抗核加固能力，并完善功能，使其能够使用多种波形与 AEHF、Milstar 星座通信。按照计划，FAB-T 未来将安装3-7在固定或陆基（空基）移动平台上。2. 先进超视距终端系列美国“先进超视距终端系列（FAB-T）”计划，旨 在研制一系列适用于各种平台的宽带保密卫星通信终端，2002 年 9 月，美空军授予波音公司领导的承包小组一项 价值 2.732 亿美元的合同。FAB-T 是一个以网络为中心 的终端系列，打破了美国空军以前“烟囱”式的能力， 将为联合部队提供可编程的、支持多任务的系列卫星通 信终端，在设计时使其通用部分实现最大化，使其实现 与不同的卫星接口，实现与地面、空中和空间平台的信 息交换。AEHF 是 FAB-T 能力的核心，可为核心任务提 供有保障的通信。为了确保体系结构在其服役期内始终保持相关， FAB-T 能够兼容未来波形，软件和硬件也都采用了通用 性标准。对软件而言，FAB-T 是软件定义的，采用联合 战术无线电系统的软件通信体系结构。FAB-T 设计的核 心是两个“调制解调器处理器组盒”，它们被做成四方图 3 波音公司研制的 FAB-T 终端四、及时将成熟卫星应用装备部署部队，以求快速生成作战能力为了达到全球部署联合任务部队的需求，美军需要 不断提高其应急作战的能力，这就要求作战人员能够基 于高效的通信能力在战场上快速、灵活地机动，具备移 动中通信的能力，美国陆军、空军、海军以及驻海外部47 2015 年第 2 期卫星应用技术进展Technology Progress队的卫星应用设备都得到了重新配备或改进 4。3. 特种作战部队配备 VSAT 卫星通信移动终端1. 空军 B-2 轰炸机配备卫星通信终端高速处理子系统2012 年 9 月，美国空军授予诺格公司一份总金额达1.08 亿美元的 EHF 卫星通信终端高速处理子系统初始小 批量生产合同。2012 年 7 月底，高速处理子系统涉及的 硬件和软件已由美国空军成功完成了一系列作战试验。合同签订后，诺格公司开始为美国空军 B-2 装配高 速处理子系统，以升级机载 UHF 卫星通信终端。该高速 处理子系统包括新的硬件和软件，硬件部分由 1 台综合 处理单元、1 个高容量磁盘驱动器和 1 套光纤网络组成。 综合处理单元将取代目前 B-2 上 12 台独立的航电计算 机；磁盘驱动器能支持 B-2 向外部传送和接收 EHF 数据； 光纤网络将支持 B-2 之间和内部设备之间的高速数据传 输。该高速处理子系统能够使 B-2 的计算处理能力和数 据处理容量得到极大增长，使其能够以目前所配终端传 输速度的 100 倍发送和接收战场信息，从而具备了更强 的通信能力和执行武器投放任务的能力 5-9。2012 年 7 月，美国特种作战部队与美国 L-3 通信 公司签署了价值高达 5 亿美元、为期 5 年的合同，通 过名为“特种部作战队可部署节点系列终端”（Special Operations Forces Deployable Node-Family of Terminals， SDN-Lite FOT）的项目采购公司的 VSAT 卫星终端。在 SDN-Lite FOT 项 目 中， 美 国 特 种 作 战 司 令 部 计划采购 L-3 公司的直径为 1.2m 的三频段“鹰眼 ”（Hawkeye TM）III Lite 终端（如图 5 所示）和直径为 2.0m 的四频段“鹰眼”III VSAT 终端。“鹰眼”III Lite 1.2m 终端具有轻质、模块化设计等特点，装备有 iConnex e800 调制解调器，能够自动获取 Ku、X 和 Ka 频段的信 号，其通用交互式的设计可以使其在三个频段间任意切 换。 同 时 它 拥 有 4 个 LAN 接 口， 并 兼 容 DVB-S2/ACM 设备。与“鹰眼”III 1.2M 终端相比，“鹰眼”III 2.0M 终端不仅能够自动获取 Ku、X 和 Ka 频段信号，还能够 在 C 频段进行信号的自动获取。首批“鹰眼”III Lite 1.2m 和“ 鹰眼”III2.0m VSAT 终端已于 2012 年底交付给美 国特种作战部队 6-8。2. 空 军 C-130J 运 输 机 配 备 新 型 Block 8.1 卫星通信组件洛马公司近期授权丹麦 Thrane 公司为美国空军的 C-130J 超级大力神运输机配备新型 Block 8.1 卫星通信组 件。需要更新的飞机有 200 多架，合同截止期限为 2018 年， 预计费用将超过 2477 万美元（1.5 亿丹麦克朗）。Thrane 公司将采用经 DO178B 认证的、符合目前国际移动卫 星公司关于安全驾驶标准规定的航空 700D（AVIATOR700D）产品进行改装，产品支持 SwiftBroadband IP 数据 和语音功能，如图 4 所示 4-8。图 5鹰眼 -III 终端4. 美驻韩部队配备“移动全球主动分发网络”系统近日，ITT Exelis 公司与美国陆军签订了一项装备 快 速 配 备（Rapid Equipping Force） 合 同， 向 驻 韩 第 二图 4AVIATOR 700D 海事卫星航空通信终端48 卫星应用2015 年第 2 期技术进展Technology Progress步兵师配备用于“移动任务指挥”（MCOTM）的通信 系统。此次配发的是改进型“移动全球主动分发网络”（GNOMAD）系统，如图 6 所示。 参考文献1 肖跃，秦红祥 . 国内外卫星通信产业技术应用现状和发展趋势 J 卫星与网络，2010 （96）:20-25.2 文江平 .卫星军事应用技术 M.北京:国防工业出版社，2007.3 闵士权 . 2004 2020 年我国卫星通信发展目标探讨 ( 下 ) J. 电信快报 , 2004(3): 3-5.4 国防科技信息网 . /.5Giaquinto G,Sterk R.Navy Multi Terminal(NMT)J.Command,Control,Communications, Computers& I n t e lli g e n c e C o m p u t e r s & I n t e lli g e n c eForecast,2012,1(12):34-40.6C h a n g Yu e h C hi,M ui B,H a nlin J,etal.N M TX /ka Tri Ban d Anten nas C/Proceeding sof2012 Military C o m m u nicatio n C o nfere n ce. Orlando,Florida:2012:1-4.7FAB-T-overviewEB/OL.2012-11-14.http:/w w /assets/pdf