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Ka-Band Link Optimization with Rate Adaptation

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。

美军卫星通信系统应用案例分析说课讲解

美军卫星通信系统应用案例分析军事卫星通信系统可实现飞机、舰船、车辆、人员和武器系统有效的连接起来，被誉为现代战争的神经中枢系统。那么，军事卫星通信系统如何支持战争的呢，让我们看看美军卫星通信系统的应用案例。海湾战争中的卫星通信系统1 1991年的海湾战争是美军首次全面应用卫星通信系统的一场大规模战争。在这场战争中，战场情况，通过卫星转发到美国本土的指挥系统，信息经过处理后，再通过卫星传送到位于沙特阿拉伯的多国部队指挥部，整个过程只需要9秒钟。由于多国部队拥有性能优越的通信设备，能根据战场风云变化，迅速发出相应命令，从而取得了战场上的主动权，避免了不必要的损失。期间，美国有线电视新闻网昼夜不停地进行全天的战事现场报道。观众可在远离战场的电视屏幕上看到导弹飞啸而过的场面。海湾战争成为人类有史以来拥有最多“目击者”的一场大规模战争。在海湾战争中，美军主要使用国防卫星通信系统（DSCS）、舰队卫星通信系统（FLTSATCOM），并租用了大量商业通信卫星。01DSCS弥

补了大地域宽带通信的不足DSCS主要用于中央司令部与美国本土之间，以及战区内部的宽带通信。战争之前，由于阿拉伯国家一直对美军持排斥态度以及地理位置等原因，美军在海湾地区的通信属薄弱环节，当时从土耳其到菲律宾之间包括波斯湾地区不是美军国防通信网的覆盖范围。在战争两年前，美军在这一地区还没有任何指挥控制通信的基础设施，被认为是美军C3I系统的“真空地带”。由于海湾地区形势的激烈变化，美国防部预先考虑到该地区的战略通信，并将通信卫星作为最有效的手段，从1987年开始在海湾地区建立卫星地面中继站。当海湾危机处于一触即发状态时，美军在沙特首都利雅得的前方指挥部，利用卫星通信终端，迅速开通了与美国本土的通信联络，随着局势恶化，在沙特的卫星通信终端猛增到40个以上，且一颗备用的DSCS卫星从太平洋轨道上重新定位，以增强美军通信能力。战争期间，美军处理的指挥通信业务约有90%以上经DSCS通信卫星完成。DSCS卫星在提供战区内部宽带通信时出现了一个问题——如何与在广阔范围内快速机动的部队保持通信联系。为此，美军采用了2.4米抛物面天线的机动站。进攻一开始，国防卫星通信系统就提供所有战区间通信联络的75％，并且用以支援广大战区内的需要，弥补地面通信系统的不足。由于国防卫星通信系统的容量（功率和带宽）受限，国美军采用多种措施改善卫星性能，包括重新分配用户的优先权、调

军事卫星通信系统的现状

军事卫星通信系统的现状及未来发展趋向 7’ 卫星通信在军事应用方面具有一系列的优点，例如：覆盖区域广，建设成本不随距离增加而变化，快速延伸到新的定位点，高度灵活的网络功能，犬容量；可靠而大范围地对移动体(舰船、飞机、车辆等)的通信服务j在战时可实现对指令和控制信息的转换和传输。军用卫星通信不同于商业网络，它要受许多非常规性因素的影响，要具有在敌方威胁下生存的能力。它可能遇到电子干扰，截获，通信信道／卫星控制链路的电子诱骗，空间或地面系统的实际破坏和来自于核战争的一些其他效应军用卫星通信系统应具备以下几个特性： ①在一个大范围的网络结构下提供有效的服务灵活性； ②具有为不同容量和不同终端尺寸的各种用户提供服务的能力j ⑨能适应大量低占空度(1ow-duty—cy cl e)移动用户需求的便利性； ④具有和其他网络或通信媒体的兼容性； @在不同管辖区域的卫星通信终端问的相互可操作性； @ 成本效益高和改善频谱的利用率。 2 战术卫星通信的增长迄今为止，军事卫星通信系统还主要是有限制的固定终端，用大的天线和宽频带传输高数据速率。战术军事通信的需求则要求发展可空中运输的终端，它可在狭小的道路上被很快运抵到一个新的位置上，并在短时问内开通，完成安全和可靠的通信。这些终端可随着部队移动，运送到边远地区，并且敌方环境和恶劣气候条件下通信设备可短时间内建立起通路。由于高速移动的部件设备和运动平台(如舰船、飞机)指挥和控制的需要，卫星系统的建造围绕较低的频段(UHF)发展，以满足关键战术通信的要求。UHF系统使用具有宽波束的小型天线，它不需要高精度的点波束指向机构，且容易适合于移动平台。虽然，uHF 终端可以做得较小并相对价廉，但它可利用的带宽和扰干扰能力有限。需要改进的卫星通信服务既来自于战术上的也来自战略上的用户需求，这样就导致了向更高频段的应用。随着卫星通信系统应用的增长，一系列新的需求正在促进军事应用向更稳固和更灵活的系统发展。 3 抗威胁的对策为了具备在不同情况威胁下能提供通信生存的能力，军事卫星通信系统与商用系统的要 1 https://www.wendangku.net/doc/888141084.html, 论文网论文大全https://www.wendangku.net/doc/888141084.html, 论文网论文大全求是不同的。卫星通信具有固有的致命弱点：易受电子干扰和被非法截获。对卫星转发器的干扰是一种严重的威胁；来自飞机或类似的这类平台有可能对下行链路进行干扰。因此，对卫星或对地面，或对两者兼而有之，采取了一些对付威胁的手段。最为普遍采用的是频谱扩展技术和天线调零技术。在军事卫星通信系统里，还采用了低截获概率技术(LPI)和复杂的编码方法。 5．] 频谱扩展技术频谱的扩展是一项取决于用户的抗干扰技术，即用户使用一种扩展功能来扩展其信号而又不为敌方复制。接收机收到信号后则完成反方向的消去扩展功能。所需的信号超过干扰信

美国主要军事卫星系统

1 美国主要军事卫星系统先进极高频卫星通信系统通称：AEHF 它是“军事星”的替代者，用于全球范围的的战略与战术指挥与控制通信，容量是军事星-2的5倍，但体积更小。功能：EHF通信运营者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部首次发射：计划2006年12月星座：3-5颗轨道高度：22，300英里承包商：洛克希德马丁、诺格公司动力装置：N/A 尺寸：N/A 先进极地系统通称：APS 下一带极地通信系统，为北部极地的飞机、潜艇和部队提供所需的部分极地通信能力。功能：EHF通信运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部首次发射：大约2010年星座：2

轨道高度：22，300英里其他不详先进宽带系统又称：AWS 替代国防卫星通信系统和宽带填隙系统。目前的概念类似商用卫星，采用大容量的SHF，INTERNET协议，激光交叉链接，为飞机和地面移动部队提供大功率的战术通信。功能：宽带通信运行者：军事卫星司令部JPO；空军太空司令部首次发射：计划2009年星座：3-6颗轨道高度：23，300英里国防气象卫星计划又称：DMSP 卫星收集空中、地面、海上、和太空环境数据以支援全球战略和战术军事行动。运行控制权1998年移交给NOAA。功能：环境监测星座：2 轨道高度：575英里国防卫星通信系统-3 又称：DSCS 抗核打击、抗干扰，为战场指挥官提供紧急指挥与通信传输。

功能；甚高频通信运行者：空军太空司令部首次发射：1982年10月星座：5 在轨：13 轨道高度：22，000英里国防支援计划（卫星系统）又称：DSP 用于战略和战术导弹的探测运行者：空军太空司令部首次发射：1970年11月星座：保密在轨：保密轨道高度：22，000英里全球广播系统又称：GBS 宽带通信系统，最初利用租借的商用卫星，后用军事系统为战场提供数字多媒体数据通信。功能：高带宽的数据图象和视频通信运行者：海军首次发射：1998年3月（第二阶段有效载荷搭载在UFO星上）

美国转型卫星通信系统

随着视频通信与机器人、士兵、无人机的一体化，网络中心战成为美国作战的组织原则，前线带宽需求迅速增长。转型通信卫星()系统就是美国军方解决这一需求的众多努力中的一部分。远景图到年整个计划的最终费用预计将达到亿美元，包括卫星、地面站系统、卫星运作中心以及运行和维护费用。至年中，美国空军要么将决定按照现行的计划建造系统并在年发射，要么推迟计划，采取权宜之计在计划年发射三颗的基础上增加颗先进极高频卫星（）。洛克希德马丁公司和波音公司各赢得了、亿美元的卫星系统风险减低合同，希望计划不再需要。投标已经完成，双方都在等待决定。亿美元的地面网络运行合同正在招标过程中。星座卫星、接收器和基础设施方面的情况最近媒体进行了大肆报道，它在美国下一代军事设施中的中心作用值得深度关注。而且任何方法都不能保证生存性。外部事件以及不断增加的竟标者可能催生它的结束就如同它们催生出摩托罗拉铱星系统的结果一样。本特别报告介绍计划和挑战以及美国军事通信的潜在未来。最新的发展包括两个小组提交的标书以及著名的咨询公司伯兹艾伦汉米尔顿公司的合同……。 ?关键背景）——为什么被认为是必要的 ?关键背景——宏伟蓝图：和转型通信架构 ?简报——什么是？ ?简报——：的地面组成部分 ?简报——的选择以及的教训 ?分析——计划：问题与决策为什么被认为是必要的

以色列的微型无人机显示终端在年的沙漠风暴行动中，美军发现他们不仅仅缺少通信能力，而且他们的通信连接不畅。月日以后，专家们发现美国国防部内外的海量信息需要信息的提供方和使用方之间建立足够的连接。阿富汗和伊拉克行动以及全球反恐战争的其他战场进一步表明美军对高技术通信和来自无人机、海军系统以及地面士兵的实时数据通信的依赖性不断增加。如果带宽成为战斗中重要的瓶颈的话，那美国军方应该做什么？就在事件不久，美国国防部发起了一项转型通信研究以加快最新科技的先进能力向部队的交付。研究由国家安全空间设计局（）主导，利用的任务信息管理通信体系架构作为跳板。它探讨了许多方案并对目前的计划进行了评估。研究得出结论是美国现行的计划不能满足预计的通信需求。建议为国防部范围和情报界提供兼容的通信系统的架构性框架机会已经形成——它能使美国的通信能力以的系数增长。这些结论加上全球反恐战争的经验以及像这样的新技术的发展共同形成了转型通信体系结构().的形成。目前，美军所有的军种正在制定根据伞形计划可提供的能力制订未来采购计划。计划被认为是的一部分，能在任何时间和任何地点提供空基带宽骨干通信网络。

美军通信能力概述

美军通信能力概述美军现役通信系统分战略通信系统和战术通信系统两种。一、战略通信系统美军战略通信的主要职责是保障美军最高指挥当局（总统和国防部长）与参联会、各军种部、九大联合司令部、情报机关、核战略部队、各大军事基地和各战区部队之间通信联络的畅通，以确保最高指挥当局对全球美军的指挥和控制。目前，美国总统通过战略通信系统逐级向第一线作战部队下达命令，最快只需3分钟–6分钟；在紧急情况下，总统可越级向战略核部队下达命令，最快只需1分钟–3分钟时间。美军的战略通信系统主要由国防通信系统、国防卫星通信系统、最低限度应急通信网等组成。 1、国防通信系统由国防通信局管理，主要采用有线通信、无线电通信、卫星通信和光纤通信等多种手段，线路总长6729万多公里，覆盖五大洲80多个国家和100个地区的3000多个军事指挥所和工作站。新一代国防通信系统的一个重要组成部分是国防数据网，该网把部署在全球各地美军各军兵种的数据网联成了一体，使得美军各军兵种部队之间可以轻易完成话音、图像、传真和数据通信以及发电子邮件等通信业务。 2、国防卫星通信系统（DSCSⅢ）是美国战略远程通信的支柱，该系统由位于赤道上空地球同步轨道上的14颗卫星组成，主要工作在超高频波段（后4颗卫星上增设了特高频通信），可为东太平洋、西大西洋、东大西洋、印度洋和西太平洋等五个区域的美国陆、海、空三军提供加密且可靠的全球通信服务。 3、最低限度应急通信网（MEECN）则专供美国总统在核战条件下与陆、海、空三军核部队的通信与指挥。该系统由空军卫星通信系统、海军陆基甚低频电台广播网、海军“塔卡木” 机载甚低频对潜通信系统、海军极低频对潜通信系统和陆军“地波应急网” 等若干专用通信系统组成，其中： ——空军卫星通信系统是空军和国防部指挥空军战略部队传递紧急文件的主要通信手段，其地面终端为AN/ARC–171（V）特高频卫星通信机，目前美国空军的战略轰炸机和加油机都安装了此类终端。 ——海军陆基甚低频电台广播网在其本土、日、英、澳、巴拿马等地架设了11个500KW以上的大功率甚低频电台，每个电台的天线阵有7–26个铁塔，塔高最高达383米，该网可在危机时刻向地处全球各大洋的美军核潜艇传达紧急命令。 ——海军“塔卡木”机载甚低频对潜通信系统是美国海军对潜通信最主要的抗毁手段，目前该系统使用E-6B飞机，其甚低频天线采用一长一短的双拖曳天线（7925米/1220米），最大输出功率可达250KW，能有效地保障最高指挥当局与战略核潜艇部队之间的通信联络。——海军极低频对潜通信系统，无线电波对海水的穿透能力与其波长有正相关性，30–300Hz 的极低频波长（1000–10000km）极长，其对海水的穿透能力可达100 米以上。因此，依靠该系统，美国海军能与潜航在80米以下数千公里之外的战略核潜艇建立通信联络。 ——陆军“地波应急网”在全国建有400座高299米的铁塔，其频率范围为150K–175KHz，该网的抗毁性能很强，即使其中的200个中继节点被摧毁也不会影响该网的整体效能。因此，陆军“地波应急网”能有效地保障美军最高指挥当局在遭受核袭击后仍然可以向战略核部队下达核报复的作战指令。二、战术通信系统

美军军事通信卫星发展趋势分析及启示

美军军事通信卫星技术分析卫星通信在现代军事行动中地位越来越重要 ,它为军事指挥官提供的灵活性、实时性、全球通信覆盖能力以及战术机动性均是其它通信媒介难以实现的。迄今为止 ,世界各军事大国均已拥有自己的军用卫星通信系统 ,美、俄、英等都发射了几代军事通信卫星 ,形成了综合的、全球的军用卫星通信网。其中以美国的军用通信卫星最为先进 ,并已在1991 年的海湾战争中、1998 年的“沙漠之狐”行动中和 1999 年科索沃战争的行动中经实战考验 ,效果十分明显。因此了解美军卫星通信系统对我军卫星通信系统的规划和设计有很大的借鉴意义。美军现役军事通信卫星系统美国现有多种军用通信卫星系统 ,它们功能各异，用途多变，更新速度快。主要包括第三代国防卫星通信系统(DSCS3）、舰队卫星通信系统（FL TSA TCOM）、空军卫星通信系统（A FSA TCOM）、地面机动部队卫星通信系统（GMFSCS）和军事星（Milstar），其中“军事星”特别引人注目。 1.国防卫星通信系统（DSCS）是一个提供超高频SHF宽带和抗干扰通信的通信系统。供各种宽带军事用户使用 ,为美国的陆、海、空三军提供了安全可靠的全球通信服务,其典型的应用包括全球军事指挥和控制、危机管理、情报和早期预警数据的中继、条约监控及监视信息、外交通信等。国防卫星通信系统可以承载国防部所有卫星通信80%的业务以及45%的战地宽带通信业务。现已发展到第三代,即DSCS-3。DSCS-3 具有核加固能力，其上有6个SHF转发器和一个UHF转发器，不仅能与FDMA，而且能与TDMA等多址方式通信网兼容。DSCS3C 系统是美军建设的最新一代国防卫星通信系统，这种改进的卫星将SHF扩展到EHF频段并在设计时特别注重核加固和抗干扰能力。 2.海军卫星通信系统（FL TSA TCOM）:工作于UHF频段，主要供美国海军使用，用于全球战略、战术通信，为舰舰、舰岸和舰空之间提供话音、数据链路。 3.空军卫星通信系统（A FSA TCOM）:工作于UHF频段，旨在战时为国家指挥当局与核打击部队之间提供抗毁、抗干扰、低截获、高有效的双向通信业务。 4.地面机动部队卫星通信系统GMFSCS主要工作于X频段 ,是美军的主要战术卫星通信系统 ,可满足从战区集团军到机动旅各级司令部之间的重要指挥控制多路传输之需要。它使

数字微波与卫星通信

1. 卫星通信的基本概念微波是指频率为300MHz至300GHz的电磁波。微波通信是指用微波频率作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）通信的方式。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信是宇宙无线电通信形式之一，宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式：（1）宇宙站与地球站之间的通信；（2）宇宙站之间的通信；；（3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。2．卫星通信的特点（1）静止卫星通信的优点：①通信距离远，且费用与通信距离无关②覆盖面积大，可进行多址通信③通信频带宽，传输容量大④信号传输质量高，通信线路稳定可靠。⑤建立通信电路灵活、机动性好（2）静止卫星通信的缺点：①静止卫星的发射与控制技术比较复杂。②地球的两极地区为通信盲区，而且地球的高纬度地区通信效果不好。③存在星蚀和日凌中断现象。④有较大的信号传输时延和回波干扰。⑤ 具有广播特性，保密措施要加强。 3.一条微波中继信道是由终端站、中间站和再生中继站、终点站及电波传播空间组成。微波中继站的中继方式：直接中继（射频转接）、外差中继（中频转接）、基带中继（再生中继）。 4. 卫星通信系统是由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4大部分组成的；卫星通信线路是由发端地球站，上、下行无线传输路径和收端地球站组成的。

5. 频率配置的基本原则不论是模拟微波还是数字微波，其频率配置都应符合下面的基本原则。（1）在一个中间站，一个单向波道的收信和发信必须使用不同频率，而且有足够大的间隔，以避免发送信号被本站的收信机收到，使正常的接收信号受到干扰。（2）多波道同时工作时，相邻波道频率之间必须有足够的间隔，以免互相发生干扰。（3）整个频谱安排必须紧凑，使给定的频段能得到经济的利用，并能传输较高的信息速率。（4）因微波天线和天线塔建设费用很高，多波道系统要设法共用天线。所以选用的频率配置方案应有利于天线共用，达到天线建设费用低，又能满足技术指标的目的。（5）不应产生镜像干扰，即不允许某一波道的发信频率等于其他波道收信机的镜像频率。我国国家无线电委员会建议的三种射频波道配置方案：集体排列方案、交替波道配置方案、同波道交叉极化方案。卫星通信频段的选取选取工作频段时，考虑的主要因素：（1）天线系统接收的外界干扰噪声要小；（2）电波传播损耗要小；（3）适用于该频段的设备重量要轻，且体积小；（4）可用频带宽，以便满足传输信息的要求；（5）与其他地面无线系统（雷达系统、地面微波中继通信系统等）之间的相互干扰要尽量小；（6）尽可能地利用现有的通信技术和设备。综上所述，应将工作频段选择在电波能穿透电离层的特高频段或微波频段。卫星通信的无线电窗口目前大多数卫星通信系统选择了如下频段：（1）UHF（超高频）频段——400/200MHz；（2）微波L频段——1.6/1.5GHz;（3）微波C频段——6.0/4.0GHz;（4）微波X频段——8.0/7.0GHz;（5）微波Ku频段——14.0/12.0GHz和14.0/11.0GHz; （6）微波Ka频段——30/20GHz。 6.无线电波的传播方式：表面波传播、天波传播、视距传播、散射传播、外层空间传播。自由空间传播损耗：Ls（dB）=92.4+20lgd+20lgf；（距离d以km为单位，频率f以GHz为单位）