单位文秘网 2021-10-11 08:14:05 点击: 次
信息化的战争,所以军用通信卫星是必不可少的,对于全球航行舰艇更是如此,因为用其他技术手段难以满足舰艇的通信要求。所以,美国这一世界海军和军用通信卫星强国非常重视,独自研制了海军专用通信卫星,并先后发展了3代,第4代海军专用通信卫星——“移动用户目标系统”也将在轨服役。
“舰队卫星通信”(FItSatCom)是美国海军的第一代专用卫星。它是一种以海军为主,海军和空军联合使用的特高频战术通信卫星,主要为海军提供抗干扰的舰队广播和舰艇、潜艇、飞机和海岸站的保密通信,也能为地面机动部队和空军的飞机提供通信。首颗“舰队通信卫星”于1978年2月9日发射,到1989年9月共发射了8颗,实现了除地球两极地区以外的全球覆盖,形成了美国海军通信系统的骨干,承担了美国海军90%的通信任务,并且承担着美国陆军、海军陆战队的快速部署部队与美国战略司令部之间的双向甚高频通信任务。
接替“舰队卫星通信”的是“租赁卫星”(Leasat)。它于1984年9月1日开始发射,也采用特高频,共发射了5颗。这种卫星载有6台中继转发器、1台宽带转发器、5台窄带转发器、1台舰队广播转发器和2台备用转发器。虽然它比“舰队通信卫星”少了10条信道,但由于采用了按需分配多址技术,故传输的信息并不少。
链接:特高频的频率范围为300~3000MHz,在军事应用中有许多特有的优势,如信号穿透性强,终端实用性强,可实现全球覆盖及广播联网,接入有保证,所以主要使用在军事行动的初期及恶劣的环境条件下。
此后,美国海军根据应用过程中的经验与教训开始研制“特高频后继星”。它是美国第3代海军专用卫星,比“舰队通信卫星”、“租赁卫星”的通信容量大1倍,以满足美国海军日益扩大的通信需求。美国总共生产了1-1颗“特高频后继星”,1993年2月25日开始发射,其中从1995年发射的第4颗“特高频后继星”起开始增加极高频通信有效载荷,装备了1副全球波束天线和1副5。可控点波束天线,使卫星信道数增加了11个,还增加了扩频、跳频措施,使卫星的带宽、抗干扰、保密性等都大大提高。从第7颗“特高频后继星”起,极高频通信有效载荷的信道增加到20个,并与“军事星”卫星的地面站兼容。所有“特高频后继星”都工作于静止轨道,承担了美国海军至少90%的通信业务。通过“特高频后继星”,游荡在世界各地的美国海军得以与本部保持联系,确保命令传输渠道畅通。
“特高频后继星”星座为美国军方的紧急移动通信提供了安全可靠的中枢,使得所有军兵种各单位的军事人员能够在恶劣天气中和地下掩体中与舰只、飞机和移动地面终端进行通信。虽然由美国海军控制,但是它可为所有的军种提供服务,为陆地、空中和海洋的部队之间提供可靠的链接。2012年以后,美国将用“移动用户目标系统”取代“特高频后继星”。
战术新星亮相
由于美国军方估测美军的窄带卫星通信需求是“特高频后继星”总容量的250%,所以“特高频后继星”已无法满足美军信息化和网络中心化发展的需要,而且也逐渐达到了设计寿命,急需更新换代。为此,美国从201 2年开始发射“移动用户目标系统”新一代窄带移动通信卫星来替换“特高频后继星”,前者的信息传输能力和容量都比后者大大提高。
美国计划建造5颗“移动用户目标系统”,其中4颗是工作星,备用星可随时漂移到有需要的地区,以增加这个地区的可用信道数量。该项目总成本60亿美元,单星成本10亿美元。它们旨在为美国及其盟国作战人员提供覆盖全球的、超视距战术通信能力,支持使用各种大型、小型和手持终端的卫星移动通信用户。
“移动用户目标系统”采用洛马公司的商用A2100M平台,干重约3100千克,功率10千瓦,天线直径14米,该多波束天线可产生16个点波束和1个全球波束,并采用空间频率复用技术(每个波束复用4个5兆赫宽带码分多址射频载波),从而增加了系统的容量。在每个点波束内,用户终端与卫星通信使用特高频频段,卫星和基站的通信使用Ka频段。
该星装有处理式转发器,星上处理允许上行和下行链路波束的自由选路、通过自适应信号处理提高链路性能,灵活分配信道,通过提高频谱利用率和传输质量来增加卫星的容量。预计大多数星上处理技术比如去复用、波束形成、解调和译码都将使用专用集成电路技术。
为了保证与现役“特高频后继星”的用户终端兼容,“移动用户目标系统”还装有“特高频后继星”上使用的弯管式转发器,以确保现役“特高频后继星”的用户能平稳向“移动用户目标系统”过渡。其60GHz的星间链路为系统提供冗余的通路并减少地面的呼叫路由。
现役的“特高频后继星”只能应付1029个2.4kbit/s的终端同时接入,而“移动用户目标系统”能处理16332个2.4kbit/s的宽带码分多址终端同时接入,以及424个“特高频后继星”终端接入,并使现有的窄带卫星系统继续发挥作用。其新型手持终端还能与美军最新的联合战术无线电系统兼容。
由于具备按需多址能力,“移动用户目标系统”能更有效地利用频谱。另外“特高频后继星”采用的是单波束天线,而“移动用户目标系统”采用可展开大口径多波束天线,并采用空间频率复用和按需多址技术,所以总容量提高了15倍,且能提供更多类型的业务。其“动中通”能力也将有较大提高,用户不必在需要通信时停下来设置天线、调节方向,卫星能支持非定向天线终端。
预计,“移动用户目标系统”在2014年具备支持完整的作战能力,其各种终端总数将达到82000套,其中50%为手持式战场幸存者逃生定位设备,其余终端为先进的联合战术无线电系统终端和“特高频后继星”的终端。一旦“移动用户目标系统”投入使用,就可有效为美军机动作战部队提供通信保障,为所有军事部门的任务目标提供超视距通信支持,同时系统的传输容量也能够获得提升。
“移动用户目标系统”的地面控制中心由卫星控制中心、网络控制中心和网关等组成。由于采用了最先进的Ka频段天线设计,因此可进行高精度的自动跟踪。卫星控制中心使用国防部指定的遥测、跟踪和指挥(TT&C)频率对卫星进行控制,网络控制中心和网关提供与国防信息网络(DISN)以及公共电话交换网络(PSTN)的接口。在具体运行方面,网络控制中心为系统提供特高频频段按需分配多址接入控制,为用户的通信申请动态分配通信频率。其网关有4处,均采用光纤网络技术,可与位于夏威夷和弗吉尼亚的网络管理和交换中心连接。
性能大为提高
随着“特高频后继星”向“移动用户目标系统”的转移,窄带卫星通信系统必须保持后向兼容能力,以支持新用户终端和传统用户终端的混合使用。“移动用户目标系统”可以兼容“特高频后继星”系统现在使用的全部终端设备,据粗略估计,其终端数量约为2万~3万个。
“特高频后继星”系统的一个缺陷是用户通信时必须停下来,这就降低了部队快速穿插战场的能力。其设备可以安放在卡车或其他车辆上,但设备与“特高频后继星”卫星通信时车辆必须停下,因而“特高频后继星”有时被说成是“停下来通信”。而“移动用户目标系统”具有提供“动中通”的能力,其终端设备装备有全向天线。
“移动用户目标系统”支持体积小、重量轻的通信设备,包括地面移动终端、可搬移终端以及海面舰艇用户终端等,改进了为高度机动的广大指战员用户设备的性能。其终端用户能够感受到的改进包括真正的移动通信能力,更好的连通性以及显著增加的用户容量。例如,现今典型的PSC-5型特高频便携机不带电池时重11磅,并且具有23.5分贝瓦的等效全向辐射功率,15.9分贝/开的接收机品质因子,可支持16kbit/s的通信。而“移动用户目标系统”用只有8.5分贝瓦的等效全向辐射功率和27.7分贝/开的接收机品质因子来支持特高频手持终端,速率可达到32kbit/s,所带电池重量总计不超过1磅。它们有可能被安装在头盔上、皮带上或其他不用手的部分。为了提供相同的甚至比现在更好的业务,“移动用户目标系统”通过各种技术来补偿终端性能的降低,这些技术包括改进波形处理以及增强空间飞行器的等效全向辐射功率和接收机品质因子。
其用户业务主要有两类:话音和数据。其中数据业务又细分为IP数据、二进制数据和短数字消息数据三类。此外,数据业务还能分为确保服务(保证比特速率和服务质量)和尽力而为服务(不保证比特速率和服务质量)。该通用移动电信系统有三种工作模式:确认模式、非确认模式和透明模式,用户可选择其中一种来满足自己服务质量的需要。
总之,“移动用户目标系统”有如下特点:
1)具有良好的兼容性。它仍然使用BPSK调制方式,与现存的“特高频后继星”终端完全兼容,能与美军现役或在研的部分通信电台联络,从而能保障美军多军种联合作战的顺利进行。这不但能极大提高美军方的通信可用性,并可将最大限度地发挥美军未来联合战术无线电系统终端的全部特性能力。
2)采用先进交链技术。其用户间信息流的传递与“特高频后继星”有很大的不同。在该卫星系统中,用户把信息发到卫星上后,卫星通过Ka频段下行链路把此信息转发到1个地面站。然后通过判别信息所要通向的目标用户把其转发到合适的其它地面站,再由地面站通过Ka频段把信息发到卫星上,最后卫星把信息发送到正确的目标用户,从而实现Ka-UHF频段的交链。该卫星系统还会提供一个选择国防信息资料系统的网络服务,话音服务以及数据服务的入口,这是过去无法做到的。
3)采用第3代商用蜂窝技术。它通过宽带码分多址波形和通用移动电信系统基础结构技术,来向包括手持终端在内的极大范围终端传送文本、话音、视频和多媒体信息,并可把高质量的声音与同步移动图像连接起来,在速度上也比现有系统有极大提高,在全球范围内允许同时接入1997个用户(39.2 Mbit/s),覆盖范围从北纬65。到南纬6500传输速率甚至可以接近128kbit/s。
4)适应能力更强。“移动用户目标系统”的波长特性使得它能穿透障碍物,或在恶劣气候等环境下工作。它不但能提供数据率更高、容量更大,连接更稳定的话音和数据服务,并且可能被用在美海军的远程传感器,单兵背包以及手持终端上。所以能突破现代战场上小型移动终端只能实现视距通信的局限,提高所有环境和地形下小型终端的通信能力和联通水平。
5)具有更强的抗干扰能力。其多个点波束的方式可以避免“特高频后继星”采用全球波束容易遭受任何地区的上行干扰问题。通过多个点波束覆盖不同的作战区域,能实现不同区域的作战单元采用多个波束进行通信,降低敌方的单一作战平台对通信系统的干扰,即敌方无法通过单一作战平台获得当前区域的干扰目标信息,也无法对其他波束的作战目标实施干扰。同时,“移动用户目标系统”的多个点波束指向不同区域,可以利用卫星监测设备发现某一波束内的干扰信号,通过调整波束指向避开干扰源所处的区域,提高系统的抗干扰性能。此外,该系统还充分利用商用的先进技术,在兼容“特高频后继星”工作方式下,综合运用频分多址、时分多址和码分多址的技术体制,极大地提高了系统的通信性能。
其总体目标是:向美军及盟国作战人员提供包括联网、点对点和移动等形式的、覆盖全球的超视距通信以及联合互操作能力,满足运动中作战人员对覆盖、容量、接入要求,以及对控制、互操作、服务、动中通信和有效性要求,维持国防部现行窄带通信的性能和有效性。
“移动用户目标系统”星座建成后,将大幅增强美军全球战术军用通信的能力,因为它采用了宽带码分多址蜂窝技术,不同蜂窝间可实现频率复用,所以蜂窝数众多,各个蜂窝可用信道数的总和比“特高频后继星”大得多。由于兼容性好,并加大了与盟国尤其是澳大利亚在卫星领域的合作关系,所以“移动用户目标系统”不仅可有效满足美军未来多军种联合作战通信需求,还能进一步促进美军与盟军执行联合作战任务的能力。
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