美军典型卫星通信应用装备发展分析

美军典型卫星通信应用装备发展分析 美军典型卫星通信应用装备发展分析 邓连印 邓忠辰 钱学森空间技术实验室 航天东方红卫星有限公司 一 引言一 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 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 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 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 402km 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 图 1 重约 1 磅的手持收发机 2 战术级单兵信息网 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 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 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 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 2 图 2 WIN 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 美国海军多频段终端 NMT 美国海军的多频段终端计划由美国 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 FORCEnet 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 2 先进超视距终端系列 先进超视距终端系列 FAB T 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 未来将安装在固 定或陆基 空基 移动平台上 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 海军以及驻海外部队的卫星应用设 备都得到了重新配备或改进 1 空军空军 B 2 轰炸机配备卫星通信终端高速处理子系统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 2 空军空军 C 130J 运输机配备新型运输机配备新型 Block8 1 卫星通信组件卫星通信组件 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 AVIATOR 700D 产品进行改装 产品支持 SwiftBroadbandIP 数据和语音功能 如图 4 所示 图 4 AVIATOR 700D 海事卫星航空通信终端 3 特种作战部队配备特种作战部队配备 VSAT 卫星通信移动终端卫星通信移动终端 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 DeployableNode Family of Terminals SDN Lite FOT 的项目采购公司的 VSAT 卫星终端 在 SDN LiteFOT 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 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 iConnexe800 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 VS