盘点世界军用卫星通信技术与未来发展趋势

<p>　　泰国《亚洲军事评论》杂志刊登托马斯 威辛顿的文章，简要介绍了军用卫星通信技术、世界主要的制造商提供的产品以及军用卫星通信技术的未来发展趋势。</p><p>　　从转播体育比赛到远程医疗，卫星通信的应用已经大大缩小了世界各地的距离，并提供了跨越大洲的光速通信。现在，卫星正帮助军用车辆与远远超出地平线的外界保持联系。</p><p>　　通常，军用车辆主要应用三种无线电通信方式与士兵、指挥人员以及其它部队的车辆保持联系。这三种通信方式包括：高频(简称HF，电磁频谱范围为3兆赫至30兆赫）无线电通信、甚高频（简称VHF，电磁频谱范围为30兆赫至300兆赫）无线电通信以及超高频（简称UHF，电磁频谱范围为300兆赫至3000兆赫）无线电通信。在这三种无线电通信方式中，只有高频通信提供超视距（简称BLOS）无线电覆盖。这是因为高频传输需要利用电离层，电离层是一种位于85公里至660公里高空之间的部分电离的大气区域，它就像蹦床一样，高频信号可以通过它不断反射到达目的地。但是，虽然高频无线电通信可以提供非常之大的通信距离，然而它们能够处理的数据、图像和语音流量极其有限。相反，甚高频和超高频无线电通信方式可以处理大量的语音、数据和图像，不过它们只有很小的通信距离，因为它们只能提供视距通信。简而言之，高频无线电通信方式为人们提供了远距离通信，但其带宽受到限制；甚高频和超高频无线电通信方式为人们提供了高带宽，但是其通信距离有限。</p><p>　　这样的物理学基本原理使得世界各国的军队烦恼不已。事实上，高频、甚高频和超高频通信性能不大可能很快发生改变,除非物理定律发生了重大变化，但是就目前来说,这显然不太可能。然而，世界各国的军队都需要处理越来越多的大量的信息，目前主要使用具有指挥和控制性能的电子作战管理系统(简称BMS)以及无人机（UAV）和士兵光电系统收集的大量数据。</p><p>　　解决这个无线电通信难题的方法之一就是卫星通信（简称SATCOM）。利用卫星通信能够在全世界范围内传输大量的语音、数据和图像，因为这些信号能够传输到天空，被卫星反弹后到达它们的目的地。如今的士兵们都配备了卫星通信终端，他们可以将其携带到需要的地方并且设置妥当，以便为自己提供超视距通信；士兵们也越来越多地受益于个人卫星通信终端，因为指挥部可以使用固定的天线满足他们的卫星通信需求。这些都很好，但是军用车辆呢？它们也越来越需要使用卫星通信以享有高带宽通信，为此全世界的一些主要公司正在为静止或者移动中的轮式或者履带式军用车辆提供移动卫星通信终端。</p><p>　　<strong>欧洲公司提供的卫星通信产品</strong></p><p>　　法国泰利斯公司制造的Modem-21型卫星通信系统是一种被广泛使用的产品，该系统能够确保军用车辆移动通信的安全。泰利斯公司于2014年6月11日在法国巴黎市展示其产品时介绍说，他们公司最近推出了第三代Modem-21型卫星通信系统的硬件，以及与该产品匹配的第三代卫星通信波形。泰利斯公司移动网络副总裁乔治 图卢帕斯称，这种新的卫星通信波形和Modem-21型版本在能力和安全性方面都有很大的改善。图卢帕斯先生说，第三代波形可以应用于旧版Modem-21型卫星通信系统，不过这会减少它的一些功能。例如，与旧版Modem-21型卫星通信系统相比，新的Modem-21型卫星通信系统波形具有更高的跳频传输速率，安全系数也更高。这种波形也可以提供50兆位/秒(mbps)的增强型数据速率，而传统波形的数据速率只有30兆位/秒。</p><p>　　泰利斯公司制造的Modem-21型卫星通信系统也应用在该公司的其它移动卫星通信产品之中，例如，使用相控阵天线的X波段（8至12千兆赫）SATMOVE卫星通信终端，目前该产品正在生产中；另一种是Ku波段（12至18千兆赫）SATMOVE卫星通信终端，“该产品已经问世，并准备在不久的将来投入生产。”该公司的两位生产线经理帕特里克 霍伊莱因和帕斯卡尔 奥吉尔介绍说。2013年1月，在法国军队军事干预西非国家马里的“薮猫行动”中，法国军队已经部署了SATMOVE卫星通信终端。如上所述，SATMOVE卫星通信终端配备了相控阵天线。在提供移动卫星通信时，这种技术变得越来越重要，因为使用能够减少体积和重量以及降低功率损耗的相控阵天线，可以减少它们的物理特征以及它们对于车辆电源的需求。这种天线还可以支持一系列卫星通信频段。</p><p>　　意大利芬梅卡尼卡集团下属的塞莱克斯ES公司也向军事客户提供一系列卫星通信设备和基础设施。塞莱克斯ES公司国防通信系统营销部的负责人莫里齐奥 维伯蒂说，他们公司在移动卫星通信领域的产品，包括能够满足移动指挥所和移动网络节点作战需求的车载卫星通信终端。这些卫星通信终端工作在不同的无线电频段，并能够在各种地形条件下追踪它们的卫星。2014年5月7日，塞莱克斯ES公司推出了其新型的卫星通信用“剃刀”天线，这种天线能够为移动卫星通信提供优异的性能。用于超高频通信的“剃刀”天线重量只有1公斤，最大功率为20瓦。</p><p>　　<strong>以色列公司提供的卫星通信产品</strong></p><p>　　以色列的国防电子专业公司——埃尔比特系统公司推出了供移动卫星通信使用的拥有低剖面天线的MSR-2000型系列卫星通信终端。根据该公司的官方资料，这种车载卫星通信终端设计用于Ku波段通信，但如果客户需要的话，也可以使用Ka波段（27至40千兆赫）通信。该公司介绍说，MSR-2000型系列卫星通信终端拥有0度至100度的仰角覆盖范围，其卫星自动跟踪性能可以使终端迅速再次捕获因任何原因失去的卫星信号。埃尔比特系统公司的发言人补充说，这种产品适用于所有类型的军用车辆。MSR-2000型系列卫星通信终端包括三种型号的产品，分别是ELSAT-2000E型、ELSAT-2100型和ELSAT-2300型。每一种终端都有不同物理尺寸的天线，但是所有的产品都可以提供Ku波段和扩展的Ka波段通信，以及10.7千兆赫至12.7千兆赫的接收频率和13.75千兆赫至14.5千兆赫的发射频率。早在2012年，埃尔比特系统公司就宣布，他们公司生产的ELSAT-2100型移动卫星通信终端已经赢得了一份合同，客户是一个不肯透露国名的拉美国家。此外，埃尔比特系统公司还制造了一种MSR-3000型战术卫星通信系统，该系统能够提供三个波段（X波段、Ku波段和Ka波段）的卫星通信，重量仅为12公斤，所有的设备可以装在一个背包里。</p><p>　　实际上，埃尔比特系统公司并不是以色列唯一一家提供移动卫星通信产品的公司。例如以色列国防通信专业公司——Commtact公司也推出了移动卫星通信终端，该产品在Ku波段和Ka波段提供全双工通信（又称为双向同时通信，即通信的双方可以同时发送和接收信息）。</p><p>　　<strong>美国公司提供的卫星通信产品</strong></p><p>　　美国的大型国防工业承包商——通用动力公司在多年以前就已经开始提供军用卫星通信系统。该公司C4系统工程工作人员蒂姆 施罗耶尔介绍说，通用动力公司提供“在X波段、Ku波段和Ka波段频率下工作的移动卫星通信终端。该终端拥有4种不同的天线尺寸，以满足军事客户陆地、海上以及飞机内部配备的不同需求。”施罗耶尔先生强调说，他们公司制造的车载卫星通信终端被设计用于应对特别恶劣的条件：“地面车辆在行驶过程中的要求最为苛刻，所以我们的地面卫星移动终端被设计在军用车辆所经历的最严重的冲击和振动条件下进行操作。”应对这种苛刻要求的方法之一是使用先进的材料，施罗耶尔先生补充说：“我们公司研制的机载卫星通信终端采用了碳纤维以及复合材料技术，我们准备将这种技术应用到地面卫星通信终端。这可以生产出更轻的、能够承受地面移动平台剧烈冲击和振动要求的终端。”</p><p>　　2013年6月，美国军方宣布，美国陆军的通信电子研究和工程技术开发中心已经开始研发一种开放式移动卫星通信系统标准，允许现成的商用分布式孔径卫星通信系统安装到美国陆军现有的和未来的车辆之上。其目的是将卫星通信天线设计为围绕在车体的周围，而不是那种安装在车辆顶部的单个的大型天线。这种开放式系统标准随后将成为分布式和嵌入式卫星通信移动终端结构体系的一部分，它提供卫星通信终端的设计标准，用于支持美国陆军的作战人员战术信息网(简称为WIN-T)的倡议。作战人员战术信息网正在开发为美国陆军车辆提供在超视距范围进行语音和数据通信的卫星通信终端。</p><p>　　总部位于美国的几家公司也向世界各国提供安全的军用卫星通信租赁服务。例如总部设在美国加利福尼亚州圣迭戈的美国卫讯公司就是这样的公司之一，它使用自己的卫星提供能够覆盖整个北美地区的K波段和Ka波段通信。除了提供商业军事卫星通信服务，美国卫讯公司还利用AN/PSC-14型宽带全球区域网络（BGAN）卫星通信终端向美国武装部队提供卫星通信服务。不论是作为背负式卫星通信终端还是作为车载卫星通信终端使用，AN/PSC-14型宽带全球区域网络终端通过美国国家安全认证机构1类加密标准的安全链路提供422千位/秒（kbps）的数据传输速率。</p><p>　　总部设在美国弗吉尼亚州费尔法克斯的哈里斯 卡普罗克公司是另一家公司总部位于美国为军事用户提供卫星通信服务的公司。该公司利用其“指令存取”系统建立一个综合卫星通信网络，为客户提供移动卫星通信服务。自2009年以来，“指令存取”系统已经在一些北约成员国的军队中使用。哈里斯 卡普罗克公司利用“指令存取”系统主要提供自助式服务，其中包括提供车载卫星通信终端或背负式卫星通信终端，以及为一个特定的国家安装一套完整的国防卫星通信基础设施。按照自己的意向和目标，客户们可以选择他们需要的服务项目，并且只为这些服务支付相应的费用。“指令存取”系统最近增加的功能包括在超视距范围内提供超高频卫星通信。通常情况下，当部署战术无线电系统时，超高频通信可以传输大量的数据、语音和图像信息，但是传输仅限于视距范围内。哈里斯 卡普罗克公司采用超视距超高频卫星通信为客户传输大量的超视距信息提供了一种有效的方法。</p><p>　　美国供应商的其它卫星通信产品还包括DRS技术公司制造的Ku-38V型低剖面移动卫星通信天线。它通过使用Ku波段提供高带宽语音，数据和图像通信，使用的天线和终端体积小，可以减少它们在车辆上所占的空间。需要X波段移动卫星通信终端的客户可以选择DRS技术公司制造的X-38V型低剖面移动卫星通信天线。L3通信公司生产的TRM-1000型移动卫星通信终端结合了该公司的MPM-10000型互联网协议调制解调器以及可以利用美国陆军的宽带全球卫星通信（WGS）星群的天线。</p><p>　　美国Exelis公司推出的卫星通信系统名为“全球移动网络主动分布系统”（简称GNOMAD），不论是作为背负式卫星通信终端还是作为车载卫星通信终端，该系统都使用配备可以互换天线的通用基础结构。全球移动网络主动分布系统在Ku波段工作，能够在整个商用卫星链路提供2兆位/秒的数据传输速率。这种系统的车载版本有一个低剖面天线，以确保它不会使车辆的顶部过分杂乱，所有版本的全球移动网络主动分布系统都以50兆位/秒的传输速率提供安全的全双工通信。该系统的另一个优点是，它可以连接到Exelis公司制造的AN/VRC-92型车载无线电收发器或哈里斯 卡普罗克公司制造的AN/VRC-104型和AN/VRC-110型车载无线电收发器，通过使用全球移动网络主动分布系统给这些无线电收发器提供有效的宽带超视距通信。据报道，全球移动网络主动分布系统已经交付给美国陆军使用。</p><p>　　<strong>移动卫星通信的发展趋势</strong></p><p>　　移动卫星通信在未来的一个发展趋势是越来越多地采用Ka波段。正如上面所介绍的，许多移动卫星通信系统的用户装备了在X波段和Ku波段工作的移动卫星通信终端。采用X波段进行军事通信的问题是只有大约500兆赫的频谱分配，这意味着它远远不能满足对于卫星通信服务的高度需求。采用Ku波段提供了一个潜在的解决方案，但是它也难以满足军事和商业卫星通信用户不断增长的需求。因此，寻求新的、未充分利用的无线电频谱将变得越来越迫切。在未来几年，Ka波段在这方面可以为一些军事卫星通信用户提供急需的空间，不论是移动还是其它方式。</p><br />