美军典型卫星通信应用装备发展分析

航天 · 2016-11-22 23:40:30

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　　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　　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（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（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　　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（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（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　　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。　　2.空军C-130J 运输机配备新型Block8.1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（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VSAT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 VSAT 终端已于2012年底交付给美国特种作战部队。

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，ITTExelis 公司与美国陆军签订了一项装备快速配备（Rapid EquippingForce）合同，向驻韩第二步兵师配备用于“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。

图6 装甲指挥车上的“移动全球主动分发网络”终端　　GNOMAD 可提供移动宽带卫星连接服务，采用商用现货产品研发，是一种经过实战考验的模块化通信系统，其网络可以连接到战场上最基层的作战单位。GNOMAD可帮助第二步兵师在移动中保持态势感知并执行命令。改进型GNOMAD 设备减小了尺寸、重量，可配备在多种美国陆军地面作战平台上，如“防地雷反伏击车”等。老型号的GNOMAD 还曾配备给2011年被派往伊拉克的第四步兵师使用。　　　　　　五、结束语　　在现阶段越来越强调战场联合作战的背景下，军事通信系统的互操作性无疑是系统研制时必须重点考虑的要素，美军现阶段种类繁多、数量庞大的卫通终端设备则是美军卫星通信系统确保互操作性必须克服的挑战。美军现阶段的军事战略越来越强调部队的远程作战能力，因而对卫星通信的需求还将继续增加，美军目前开展的卫通终端研究无论能否按照计划部署取得成功，都值得我们继续跟踪和关注。

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