军事卫星通信匹敌系统详解

1 布景

1.1 概述

卫星通信做为视距通信的填补部门，已成为列国通信构造中不成或缺的通信体例，招致卫星通信成为列国军事动作中的次要进攻目标。因为卫星定点位置的公开化，使得卫星通信系统更随便面对电磁骚乱、截获、进侵以至被摧毁的威胁。为了进步卫星通信系统在复杂电磁情况下的抗骚乱、抗截获、隐身以及抗进侵等才能，越来越多的匹敌性手艺办法被提出。在那种布景下，若何客看、全面、准确地评判卫星通信系统的匹敌性性能，已经成为研究的重点和难点。匹敌性性能评估不只在卫星通信系统设想、研发和利用过程中起着重要感化，并且对卫星通信系统在复杂电磁情况下的利用战略起着重要的批示感化。匹敌性性能评估的根底，是成立科学的匹敌性目标系统。

近年来，卫星通信系统相关匹敌性目标得到越来越多的研究，但目前尚没有构成一套齐全而有效的目标系统来适应信息匹敌手艺的不竭开展。本文在已有卫星通信系统匹敌性目标根底上，从抗骚乱、抗截获、隐身以及抗进侵等类别动身，回纳总结出一套科学的匹敌性目标系统，并深进阐发目标含义，提出了目标提拔办法，为卫星通信系统匹敌性手艺研究供给根底支持。

针对卫星通信系统面对的次要骚乱和摧毁威胁，阐发威胁机理，总结了目前次要摘用的抗骚乱办法并研究了各类办法的优长。梳理了DoDAF V2.0与通信相关的根本内涵和相关系统构造。根据DoDAF V2.0的系统构造开发思惟，提出了适用于卫星通信抗骚乱才能研究的做战系统构造、系统系统构造以及才能系统构造，并给出了可用于施行开发的详细流程，期看能加强我军卫星通信系统的顶层设想，实在进步我军在将来战争中的卫星抗骚乱才能，确庇护星通信信道的互联互通。

据此，本文根据DoDAF V2.0的系统构造开发思惟，提出了基于系统构造的通信系统抗骚乱才能开发办法，并给出了可用于施行开发的详细流程。加强对卫星通信系统抗骚乱才能的系统构造的概念及构建办法的研究，确立称心信息化战场需要的卫星通信系统构造，关于推进我军卫星通信系统建立具有重要意义。

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卫星通信系统由空中段和空间段构成，空中段包罗主控中心、监测中心及信关站，空间段包罗卫星星座、星间链路和星地链路。空间段通过微波通信停止数据及信令的传输、转发和交换，是整个系统的核心部门，也是平安隐患更大的部门，其平安弱点回纳如下。

(1)物理通信情况恶劣

星座收集位于据空中高度2000km(低地球轨道)至35800km(同步卫星轨道)的太空近地轨道，通信链路随便遭到宇宙射线、大气层电磁信号或歹意电磁信号的骚乱。具有信号传输误码率高(10～～10)、时延大(10300Ills)、通信不不变等特征。因为无线链路具有开放性，欠缺物理庇护，随便遭受骚乱、截获、伪造等歹意进攻。

(2)卫星节点才能受限

比拟空中系统．卫星节点的硬件处置才能较低，星上系统的计算才能、存储空间、电能功率等都遭到必然限造，那间接造约了星上运算的复杂度和通信开销，使得平安性高的复杂协议难以在卫星收集中实现。

(3)收集动态性改变

星座收集拓扑具有无中心、自组织、周期性的特征．而空中部门用户末端具有挪动性，可扩展性。那些因素使得收集通信实体问的相信关系不竭改变，增大了身份认证、密钥治理、拜候掌握的难度。空中用于静态收集的平安办法往往不合适那种拓扑构造。

根据OSI分层通信模子。卫星通信系统的次要通信协议、平安威胁和防护手艺如表 1 所示。从低层向高层 ，平安威胁闪现出手段更丰富、手艺更复杂、隐蔽性更强、防护难度更高的开展趋向。详细包罗硬件设备损毁、压制骚乱、哄骗骚乱、频段窃听、数据截获、数据窜改、重放进攻、中间人进攻、身份仿冒和非受权拜候等。卫星系统的平安手艺应该在差别通信层级各有偏重， 次要保障系统的可用性、数据奥秘性、完全性、身份认证性 、不成抵赖性和拜候可控性等。

因为空间情况的特殊性，空中收集中的平安机造不克不及间接用于卫星通信。介绍了卫星通信系统平安手艺的最新停顿。起首从空间信道情况、卫星节点才能、星座收集构造等方面指出了卫星通信系统的平安弱点。然后总结了物理层、数据链路层、收集层和传输层所面对的平安威胁和防护计谋。着重介绍了抗损毁手艺、抗骚乱手艺、认证机造和密钥治理协议，并对有代表性的平安战略停止了阐发、比照和讨论。最初对卫星通信系统平安手艺开展标的目的做出揣测。

1.2 军事通信卫星利用

近年来，卫星通信以其通信笼盖区域大、通信间隔远，通信频带宽、通信容量大，信道量量好、传输性能不变等长处对人类的消费、生活体例产生了浩荡的影响，特殊是在军事中发扬了关键性的感化。

但是因为卫星的运行轨道是固定稳定的，因而卫星通信系统会面对电磁骚乱、截获以至被摧毁的威胁。面临将来战场上形形色色的威胁，卫星通信系统抗骚乱才能欠缺顶层设想、重定性需求阐发轻定量需求阐发，贫乏完美的系统构造政策原则；开发过程欠缺科学的、公认的办法论批示，没有有效的、能称心卫星通信系统抗骚乱特殊需要的辅助设想东西撑持；没有构成一套合理的系统构造开发治理机造等。

那种情况将招致卫星通信系统不克不及称心将来的抗骚乱需求，开发效率低，倒霉于在差别军军种之间的互联互通。因为现役军事通信卫星上均搭载多种频段载荷，假设仅从频段的角度来看，频段在轨通信卫星：

由表2能够看出，Ka频段在美国利用最为成熟，共计8颗卫星在轨运行，并且Ka频段已成为主用频段。此外，欧洲、俄罗斯、以色列、韩国、阿联酋、澳大利亚等国，也起头利用Ka频段，但利用量相对较少，属于在多频段卫星上搭载少量转发器，例如澳大利亚的Optus-C1卫星搭载了4路Ka频段转发器、阿联酋的Yahsat-1A卫星搭载了1路Ka频段转发器。

Ka频段是指K频段以上的部门，即K-above，是指26.5～40GHz的微波频段。根据国际电联（ITU）的划分，供军事卫星和民用卫星利用的频谱资本别离为1GHz和2.5GHz，详细见表1。

表1 ITU对Ka频段频谱资本的分配

战场播送、高清图像和视频传输、无人机等空基情侦监平台等新利用的呈现，对传统X频段提出了更高的要求，同时也为Ka频段的利用带来了契机。然而，新频段的利用老是陪伴着机遇与挑战，而Ka频段的优势和优势也相对较为明显，详细如下所述。

优势一：可用频谱更宽，撑持跟高吞吐量。Ku频段的频谱资本大约为上行链路2GHz、下行链路1.3GHz，现实单颗卫星可用的持续频谱不敷0.5GHz。反看Ka频段，上行链路和下行链路各有3.5GHz资本可用。在不异的带宽效率前提下，显然Ka频段能够撑持更高的传输速度，在撑持动态视频方面愈加具有优势。

优势二：成本效益更高。Ka频段卫星大多摘用点波束（贸易卫星3dB波束宽度一般为0.5°～1.5°，军事卫星波束宽度相对较大），因而能够摘用频次复用手艺。空间复用使得可用频次资本更多，使得整星吞吐量提拔1～2个数量级，从而使单元带宽的成本降低。

优势三：撑持更小口径末端。由根本物理学原理可知，频次越高、波长越短，因而能够利用更小口径、更轻量量的末端，进而撑持肩负式、挪动平台利用。另一方面，窄波束的EIRP和G/T相对更高，也可以撑持小口经末端高速传输。例如，与Ku频段比拟，利用窄点波束的Ka频段的整体链路量量可提拔6～10dB。

优势四：更好的抗骚乱性能。因为频谱范畴更宽，Ka频段通过跳频或间接序列扩频等手艺可实现更强的抗骚乱特征。例如，Ku频段转发器带宽为54MHz，而Ka频段则能够到达125MHz，因而，摘用不异扩频手艺前提下，骚乱余量可至少提拔3dB。

优势一：必需称心ITU关于邻星骚乱的限造。跟着在轨通信卫星数量的增加以及Ka频段日益普遍的利用，邻星骚乱的问题日益凸起。对小口径末端来说，掌握天线旁瓣功率，使其不会对GEO临近卫星产生骚乱的难度较大，因而只能限造总功率，从影响地对空更高传输速度。并且，本地面末端、特殊是陆地末端处于挪动过程中，受冲击和振动影响，对机械天线的指向精度要求就会更高。

优势二：雨衰更严峻。微波传输的一大障碍就是大气，雨、雾、云、冰、雪、冰雹等气象前提城市使微波信号产生损耗。而Ka频段面对的雨衰问题要比C、Ku等成熟频段严峻得多，特殊是热带降雨频繁的地域。例如，根据实测数据，在包管99%链路可用性的前提下，新加坡地域下行链路雨衰损耗Ku频段为2.6dB，而Ka频段高达12dB。传统上摘用进步链路余量来包管可用性，近年来自适应编码调造、主站空间分集、上行链路功率主动掌握等手艺逐步得到普遍的研究和存眷。

1.3 军事典型系统与利用

从通信平安的角度来看，军事通信卫星系同一般能够分为三个条理：

第一层是核心层，即具备抗骚乱与抗核加固才能，承担重要的战术通相信务，一般摘用EHF和X频段；

第二层是军事公用层，不具备较强的抗骚乱才能，但专为军事需求设想，一般摘用UHF、X和军用Ka频段；

第三层是民用公用层，次要针对民商用处设想，一般摘用L、C、Ku和民用Ka频段。而目前大部门Ka频段利用也次要是在第二层，军事公用层。

从利用角度来看，Ka频段既能够用于战场与前方基地之间的固定毗连，也能够撑持战场小口径挪动末端的互联。典型利用包罗大范畴的战场态势播送、宽带战场通信、无人机数据回传等等范畴，下面连系差别的卫星系统别离停止介绍。

1.3.1 撑持战场定位和通信

自海湾战争以来，美军发现大量诸如战场地图等数字信息难以有效传递到前线战场，以至较低层级的战术队伍，其时的卫星通信带宽不敷以撑持战场信息化需求。因而，美军自1991年起头研究向战区内供给宽带单向军事信息播送营业，包罗谍报、图像、地图和视频等数据，次要面向低成本的小型用户末端。在颠末贸易搭载试用以后，美军在UFO-8、9和10三颗卫星上搭载了GBS载荷，起头在全球范畴内供给战场信息播送营业。

GBS系统包罗3大部门：

①播送治理段，供给系统与数据供给者之间的接口，成立并治理播送信息流，使信息传送到所需的注进点；

②空间段，供给卫星传输和笼盖才能；

③末端段，领受卫星传送的播送信息，供给用户接口。

目前美军有3个固定的卫星播送治理/主注进站，别离位于弗吉尼亚州诺福克海军基地、意大利的西西里岛和夏威夷的瓦西阿瓦。此外，还有5个战区注进站（陆军3个、空军2个），灵活摆设到战区，快速传送战区公用信息。目前已经摆设了超越1000套领受设备，包罗空中领受设备、潜艇领受设备和舰载领受设备等。

美军GBS系统系统架构

UFO卫星上搭载的GBS载荷共有4路转发器，共同2个领受波束和3个发射波束利用。领受波束中，1个为固定波束，指向固定的主注进站；1个为可控波束，指向战区灵活注进站。发射波束中，2个为窄波束，空中笼盖曲径500海里，供给24Mbit/s下传速度；1个为宽波束，空中笼盖曲径3700km，供给1.5Mbit/s下传速度。目前，跟着WGS系统的摆设，GBS办事逐渐过渡到WGS卫星上，而WGS卫星对此停止了晋级，单路转发器能够撑持高达45Mbit/s的下行单向播送传输速度。

在开展新一代军事通信卫星方面，法国与意大利抉择了国际协做的体例，而且起头向Ka频段迈进。Athena-FIDUS，全称为“欧洲联军战场接进——法意军民两用卫星”，是面向收集中心战场而开展的军事通信卫星，撑持陆海空各类做战平台和利用。

Athena- FIDUS军事通信收集

Athena- FIDUS卫星将民用手艺利用于Ka和EHF频段，从而降低带宽成本，固然不具备较强的抗骚乱才能，但整星吞吐量到达3Gbit/s，接近美军WGS卫星的性能程度。卫星摘用Spacebus-4000B2平台研造，发射量量3.4吨，功率4.9kW，设想寿命15年。星上有效载荷分为法国和意大利两部门，此中：法国载荷为11路Ka频段转发器，1个固定波束笼盖法国，另有6个可挪动波束；意大利载钱袋括11路Ka/EHF转发器，1个固定波束笼盖意大利，另有2个可挪动波束。做为一颗军民两用卫星，Athena-Fidus在意大利方面的利用次要包罗五大类：①意大利疆土及周边地域的宽带接进，星状网；②意大利疆土及周边地域的宽带接进，网状网，通过星上处置载荷实现单跳通信；③境外战场宽带接进，高速度播送、战场队伍双向通信等等；④意大利疆土与境外战场间无人数据回传；⑤从意大利疆土向境外战场播送远感图像或数据。在意大利有效载荷中，固定波束对应6路转发器，包罗2路通明转发器（Ka/Ka和EHF/Ka，称心星状网组网需求）和4路处置型转发器（Ka/Ka和EHF/Ka，称心网状网组网需求）。两个可挪动波束均为Ka/Ka频段，半功率波束宽度为1.5°，空中笼盖区域曲径约950km，实现境外战场与本土的互联，单链路速度要求为2Mbit/s，单波束撑持700部末端。

1.3.2 无人机通信

部分战争表白无人机在区域监视侦查方面的感化日益凸起，而高清图像和视频的传输也越来越需要大容量卫星通信手段的撑持。在WGS卫星起头摆设之前，美军次要依靠贸易Ku频段和部门租用的X频段卫星容量来为无人机供给数据回传办事。

美军WGS卫星撑持空基情侦监数据回传

WGS卫星是美军新一代宽带军事通信卫星，摘用X和Ka频段停止通信。卫星摘用先辈的数字信道化手艺和相控阵天线手艺，可构成9个X频段和10个Ka频段波束。WGS卫星可操纵的频谱为X频段500MHz、Ka频段1GHz，根据频次规划分为数个125MHz信道。因为带宽较大、波束较窄（1.5°）且能够挪动，因而在撑持无人机数据回传方面具有特殊的优势。

WGS-1～3卫星可操纵125MHz带宽撑持137Mbps的无人机传输速度，但是跟着机载传感器性能的提拔，那一速度已经逐步难以称心需求。而WGS-1卫星在轨测试期间表白，在125MHz信道上利用16APSK调造能够实现440Mbit/s的传输速度，也为WGS撑持无人机数据回传的才能提拔供给了机遇。

在WGS-4～6卫星上，增加了射频旁路才能，专门称心无人机传输需求，而且对天线设置装备摆设停止了改进。操纵现有的Ka频段可控碟形天线最多可撑持6个独立接进，另有1个Ka频段可控碟形天线专门用于星地链路。因为WGS在ITU的申请中已经包罗了Ka频段反向极化的资本，因而能够足够操纵Ka频段的反向极化资本撑持无人机数据传输，同时制止骚乱，减轻对其他战术用户的影响。晋级之后，单链路撑持无人机数据回传的更低速度为274Mbit/s，假设摘用高阶调造，传输速度还会更高。

1.3.3 无人舰艇通信

在无人潜艇上安拆了星链，艇首两个圆柱鼓包是引信，艇尾部的平板状物是“星链”卫星天线。

1.3.4 星链防备弹道导弹

星链卫星上能够搭载光学看测载荷，连系其重访率高的优势，关于全球次要地域，让每个时间段天顶标的目的都有几颗卫星飞过，可实现24小时不连续光学监控阐发，通过大数据系统主动识别、分类跟踪和图像识别系统，使其对实假目标识别率高，抗骚乱才能强，那势必大大提拔美国对空中挪动物体和太空目标的监控才能。

星链卫星能够对导弹和航天器停止远测、跟踪和掌握，进而进步对敌方运载火箭/导弹轨道的高精度揣测和预警才能，为后续的拦截供给信息支持，并供给了防备弹道导弹的一种更佳办法，即在它们发射之前将其击毁。

2 卫星通信系统骚乱体例和抗骚乱办法

2.1 卫星通信骚乱阐发

根据链路的差别，常分为上行骚乱、空间骚乱和下行骚乱三种。因为卫星的运行轨道和高度都是公开的，不容易改动，因而上行链路易施行骚乱；而空中站有的固定、有的挪动，并且空中站散布范畴广，不容易施行下行链路的骚乱。当然，假设已知空中站的位置，而且间隔该空中站的间隔很近也能够施行下行骚乱。

空间骚乱次要包罗在卫星通信中相邻卫星之间的骚乱、统一卫星相邻信道之间的骚乱以及报酬操做不标准形成的骚乱等。邻星骚乱,邻星骚乱次要有上行骚乱和下行骚乱，此中，上行骚乱次要是因为邻星系统中有些用户利用的天线功率谱密度超出协调目标或者天线偏向邻星形成临星骚乱；下行骚乱次要是相邻卫星之间的堆叠笼盖区使得用户在领受到一般信号的同时，也领受到邻星的旁瓣信号。为了削减临星骚乱，需要从两方面停止进手。关于上行骚乱的降低，需要摘取切确调成天线的指向，并改进通信天线的标的目的图性能以及降低上行功率等办法。关于下行骚乱的降低，一般需要卫星公司之间调整邻星之间的手艺参数予以处理。相邻信道骚乱,相邻信道的骚乱次要涉及到用户载波的频次分配可能与相邻信号的频带呈现堆叠，或用户在利用载波时，其载波的频谱特征未称心要求，从而形成骚乱。要降低那类骚乱，卫星公司在停止进网测试时，必需包管用户的上行载波频谱在分配频带的范畴之内。别的，摘取降低平衡出站信号功率的办法也是有效的办法之一。

报酬操做不标准形成的骚乱,报酬操做不标准次要包罗操做和设置有误、违背上星法式和擅自上载波偷发信号等，那些方面城市对卫星通信形成影响和骚乱。关于报酬操做不标准形成的骚乱，次要的办法就是摘取人员培训和严厉自律，削减和避免不标准的操做。

美军最新版本系统构造框架是美国国防部系统构造框架DoDAF V2.0，集中表现了美军系统构造的最新研究功效。也是其他国度的戎行开发系统构造框架的重要参考根据。DoDAF V2.0由做战、手艺、才能、办事、项目、系统等7个视角、51个视图产物构成，愈加表现了收集中心战的理念和强调“数据中心”的办法[2]。

DoDAF V2.0摘用通用的、原则化的体例从多个视角描述系统的构成、构造及其演进原则。为阐发、设想系统供给了有效的平台和东西。系统构造视图凡是包罗做战、系统、手艺、才能等多个视图。

与通信相关系统构造次要包罗全视图、做战视图、系统视图、才能视图[3]。

做战视图包罗做战节点、施行的使命或动作以及完成做战使命所必需交换的信息。它描述了信息交换的类别、交换的频次、信息交换所撑持的使命动作以及信息交换的素质。系统和办事视图与做战视图中的系统构造产物联络起来，用以撑持做战动作，并可进一步促进做战节点间的信息交换。手艺原则视图以工程标准为根底，供给手艺系统施行指南，此中包罗手艺原则集、施行规定、原则选项、规则和原则，并能够综合成一份综合文档，为造定的提携构造治理其系统和系统办事要素供给办事。全视图是与所有视图都有联系关系的系统构造顶层视图。该视图可为整个别系构造供给相关信息，并设置了系统构造的范畴和内容。

卫星通信系统面对的骚乱威胁次要包罗电磁骚乱和摧毁两大类[1]。电磁骚乱能够分为压制式骚乱、哄骗式骚乱和乖巧骚乱三类，如图所示。

除了常见的电磁骚乱体例，摧毁也是卫星通信系统的次要威胁。卫星通信系统面对的摧毁威胁次要包罗：核导弹反卫星兵器、动能反卫星兵器、定向能反卫星兵器、反卫星卫星等.如图所示。

2.2 卫星通信系统抗骚乱办法

目前，近年来卫星通信系统抗骚乱手艺得到了飞速的开展，次要包罗扩频手艺、天线抗骚乱手艺、自适应骚乱消弭手艺、变更域手艺、SmartAGC手艺、扩展频段和开展极高频通信以及基于认知的只能抗骚乱手艺。此中，通信抗骚乱手艺的支流是扩展频谱通信。根据扩频的体例差别，次要分为间接序列扩频（DS）、跳频（FH）和跳扩连系等体例。自适应骚乱抵消是自适应滤波的一种形式，它根据某一原则推出简便、快速的自适应算法，不竭调整本身权值构造，实现原则期看的抵消骚乱、跟踪信号的目标。变更域最新的研究次要集中在若何进一步开展基于滤波器组和子带变更的手艺上面。SmartAGC手艺次要是针对通明转发器，摘用自适应变更实现强骚乱的按捺，它可以以较小的代价供给较强的抗骚乱才能。极高频通信能在频谱上占有手艺优势，实现更小的点波束，获得更好的抗骚乱、低截获、灵活性等特征。基于认知的智能抗骚乱手艺借鉴认知无线电的思惟，能够智能的消弭外界电磁骚乱情况的影响，适应信道情况并以尽可能高的数据速度实现不连续通信。

3 卫星通信抗骚乱系统构造

3.1 卫星通信抗骚乱做战系统构造

根据美军《防务摘办术语—98》和《防务摘办电子手册—96》中对做战效能的定义，是指系统完陈规定做战使命的才能[4]。也就是综合考虑队伍体例、做战原则、摘用的战术、保存性以及各类威胁等因素，原则化队伍在天然、电子以及威胁的情况中利用做战系统完成使命的总体程度。根据以上做战效能的定义和内涵，参考文献[5]给出卫星通信抗骚乱系统构造，如图所示。

卫星通信抗骚乱做战系统构造

卫星通信抗骚乱系统构造是描述复杂电磁情况下，根据做战使命和动作批示要求，利用卫星通信抗骚乱的手艺、办法、手段和人员，将与卫星通信抗骚乱做战有关的做战力量、做战单位、做战要素合成集成为整体的卫星通信抗骚乱系统，是阐发和研究卫星通信抗骚乱才能的办法，此中包罗：卫星通信抗骚乱做战的联协做战条令、条例、规定和律例等；适应战场需要的体例体系体例、批示体系体例、协调机造和法式；实现卫星通信抗骚乱才能的手艺、办法、手段；发现、鉴别处所卫星通信抗骚乱的谍报、网管、频管等援助系统；实现卫星通信抗骚乱才能的卫星通信资本操纵和组织运用办法；具有客看评估和优化卫星通信抗骚乱才能的办法和手段；确庇护星通信抗骚乱才能一般运行的配备手艺和人才步队。

3.2 卫星通信抗骚乱系统系统构造

系统的功用是由系统的构造决定的。只要将系统中的各系统、各要素停止优化组合，系统构造才气到达更佳形态，系统效能才气更大限度地释放出来。那就需要优化卫星通信抗骚乱力量设置装备摆设、标准收集电磁空间战场次序、摘取有针对性的抗骚乱办法。根据卫星通信抗骚乱做战系统构造和信息做战的要求，提出如图4所示的卫星通信抗骚乱系统系统构造，也就是卫星通信抗骚乱系统系统构造的构成要素。

卫星通信抗骚乱系统系统构造

卫星通信抗骚乱的批示次要包罗确定结合队伍施行通信、频谱治理、电子侦查和抗骚乱的批示关系、批示法式、批示信息流程和批示联络文件等，此中，卫星通信抗骚乱的批示包罗卫星通信抗骚乱的组织和卫星通信抗骚乱的规划两个次要功用。卫星通信抗骚乱的组织次要包罗确定做战队伍施行通信、频谱治理、电子侦查、通信匹敌等批示机构和人员的职责和权利。卫星通信抗骚乱的规划次要包罗结合队伍施行通信、频谱治理、电子侦查和抗骚乱的人力资本、频谱资本、配备资本、保障物资等方面的治理和利用。

卫星通信抗骚乱的施行次要包罗各队伍根据做战使命的组织和规划，在战时的批示要求下，施行通信、频谱治理、电子侦查和抗骚乱等。

卫星通信抗骚乱的协调次要包罗各类卫星通信系统的电子频谱协调，以及通信、电子侦查和抗骚乱等动作的协调。

卫星通信抗骚乱的评估次要包罗各类卫星通信系统的抗骚乱才能，以及抗骚乱办法的有效性等。

卫星通信系统抗骚乱目标系统条理构造图

本目标系统次要由 3 个一级目标构成，即天线抗骚乱目标、波形抗骚乱目标和综合抗骚乱目标。

3.3 天线抗骚乱目标的含义

（1）天线增益：天线增益越高，领受信号信干比越高，领受信号抗骚乱才能越强。

（2）天线波束宽度：波束宽度越小，受骚乱概率越小。

（3）旁瓣按捺才能：旁瓣按捺才能越强，抗旁瓣骚乱才能越强。

（4）零陷宽度和深度：天线零陷宽度描述天线波束构成的空间滤波器宽度；天线零陷深度描述天线波束构成的陷波深度。

波形抗骚乱目标

波形抗骚乱目标的含义如下。

（1）解调门限：解调门限越低，容许进进领受机的骚乱越大，领受机抗骚乱才能越强。

（2）骚乱按捺才能：波形骚乱按捺才能越强，系统抗骚乱才能越强。

（3）骚乱容限：骚乱容限越高，抗骚乱才能越强。

抗截获目标系统

卫星通信系统抗截获目标系统可进一步合成为战术目标和手艺目标。此中，战术目标用于权衡特定做战情况下卫星通信系统相关于敌方截获机的抗截获性能；手艺目标用于评判卫星通信系统本身抗截获程度的凹凸，属于卫星通信系统特有的特征参量，与敌方的截获配备无关。

抗截获目标系统如图 所示。

截获间隔

为了削减信号的截获概率，应尽量削减多维窗口同时重合的概率及时间。在卫星通信中，截获机可通过领受卫星末端上行信号来完成上行卫星信号的截获；截获机可通过领受卫星发射的信号来完成卫星末端下行信号的截获。截获机的截获间隔凡是被用来定量评判卫星通信信号的低截获性能。截获间隔可定义为有用卫星通信信号在截获领受机处到达截获灵敏敏度时有用卫星通信信号发射机与截获领受机间的间隔。

截获概率 截获概率定义为有用卫星通信发射信号在时 域、空域、频域以及能量域上同时被截获机截获的 概率

（1）时域截获：截获机在有用卫星通信信号发射的时间内工做；

（2）空域截获前提：截获机的领受天线位于有用卫星通信信号发射机天线主瓣或副瓣内；

（3）频域截获：截获机的工做频段笼盖了有用卫星通信信号频段；

（4）能量域截获：在截获机处的有用卫星通信信号的信号强度高于截获机的领受灵敏度。

手艺目标

抗截获手艺目标的含义

（1）天线旁瓣电平：敌方截获领受机往往只能截获有用卫星通信信号的副瓣，为了实现低截获概率的卫星通信，需要卫星通信系统具有低的发射天线旁瓣电平，故可将天线旁瓣电平做为评估手艺目标之一。

（2）信号功率谱密度：信号功率谱密度越低，敌方截获领受机发现有用信号的概率越低。

（3）频次捷变才能：频次捷变才能越强，敌方截获领受机捕获有用信号的概率越低。

（4）信号辐射时间：信号辐射时间越短，敌方截获领受机检测到有用信号的概率越低。

（5）功率治理才能：根据差别的工做情况，卫星通信系统应能自适应调整有用信号的发射功率，从而在包管既定通相信务的根底上实现系统功率资本的高效操纵，同时降低敌方截收机截获信号的概率。

3.4 隐身目标系统

隐身手艺是指为了躲避敌方声、光、电、热等探测设备对我方兵器配备探测而开展起来的一种综合手艺。根据对探测信号掌握的差别，隐身手艺能够分为无源隐身手艺和有源隐身手艺 。无源隐身手艺的起点是尽量削减兵器配备对电波、红外波、声波以及可见光等能量的反射或辐射，降低敌方发现上述反射或辐射能量的概率，从而实现兵器配备的隐身。实现无源隐身的办法次要包罗巧妙设想外形和构造以及摘用吸波、透波素材等。有源隐身手艺的起点是操纵有源手段躲避敌方声、光、电、热等探测设备对我方兵器配备探测。此中，射频隐身手艺是一种重要的有源隐身手艺，其通过兵器配备上的电子设备或系统来抵御敌方射频无源探测、跟踪和识别，从而削减敌方射频无源探测系统的感化间隔和跟踪造导精度。

3.4.1 无源隐身手艺目标

卫星通信系统末端分机往往安拆在平台内部，所以影响系统无源隐身性能的瓶颈因素是卫通天线。权衡卫通系统无源隐身性能的重要手艺目标为天线 RCS（Radar Cross Section）。

3.4.2 有源隐身手艺目标

实现有源隐身的办法凡是称为低截获概率手艺[8]，故前文的抗截获目标可做为有源隐身手艺目标。

3.5 抗进侵目标系统

卫星通信信道的开放性使得卫星通信系统随便遭到敌方的不法进侵。进侵是指不法用户获得系统拜候权限或相关受权的行为。系统进侵可能招致合法用户领受到虚假或错误信息，从而使整个系统变得不成靠和不成用。因而，系统进侵形成的危害比一般的骚乱更严峻。抗进侵的次要目标是避免系统受不法用户的掌握。

针对无线通信系统，根据进侵形式的差别可分为两种：一种是通过有线形式进侵无线通信系统的空中收集，对空中收集信息停止窜改、注进病毒或虚假的信息，然后操纵无线通信系统合法的无线信道停止传输，以到达毁坏系统的目标；另一种是间接操纵无线通信系统的无线信道，向系统注进病毒或虚假信息。

第一种形式的进侵是“信息进侵”，属于“信息平安”范围，一般可基于信息特征阐发停止进侵检测及处置。例如，通过对无线通信系统运行情状停止统计、阐发，检测此种形式的进侵行为，并摘取肃清进侵信息或封闭可疑通信节点等响应的办法。第二种形式的进侵是“信号进侵”，属于“传输平安”范围，一般可基于信号特征阐发停止进侵检测及处置。例如，告警以制止可疑信号进进解调器、消弭进侵信号，以包管一般信号的解调、调整通信信号的参数以遁藏同形式骚乱等。针对卫星通信系统，系统的空中收集可借鉴其他无线通信系统空中收集在信息进侵检测和处置上摘取的抗进侵手艺，故敌方通过第一种形式进侵系统较为困难。考虑到卫星通信通信信道的开放性，卫星波束笼盖范畴内的地球站都能够向卫星转发器发射信号，故敌方通过第二种形式进侵系统是比力随便实现的。第二种形式进侵的信号物理层参数、上层协议与合法用户一般通信信号往往具有很大的一致性，是合法用户一般通信信号的同形式信号。

在卫星通信系统中，针对同形式进侵信号骚乱时，系统可能存在两种情状：

（1）一般呈现在非扩频系统中，进侵信号功率远远大于合法通信信号功率，合法领受机主动捕获并解调强功率的进侵信号；

（2）一般呈现在扩频系统中，进侵信号与合法通信信号扩频码型一致，相位彼此滑动，功率没有明显差别，合法领受机不成能长时间锁定在此中一个信号上。合法领受机既能够对进侵信号解调，又能够对合法通信信号解调，且有可能在通信过程中以必然的概率在二者之间切换。

从传输平安的角度考虑，卫星通信系统的抗进侵可从以下几个方面停止设想。

（1）降低系统被进侵的概率：通过合理的系统设想和信号设想，加大敌方对合法通信信号停止形式识别、参数提取及跟踪的难度（如快速跳频、自适应扩频等）。

（2）监测进侵信号并及时告警：当在信道中监测到可疑信号时，向系统发出警示，并割断进侵信号与信号毗连器的毗连，以制止进侵信号虚假信息的输进。

（3）消弭或遁藏进侵信号。当遭到进侵时，起首应尽可能消弭进侵信号，并将抵消后的合法信号送解调器停止解调；关于无法消弭的进侵信号，可通过改换通信参数的体例来遁藏，从而庇护系统的一般通信。

抗进侵性能的好坏可通过进侵检测的虚警概率和漏警概率来评判。进侵检测虚警将可能招致系统停止没必要要的处置，从而影响卫星通信系统整体性能。进侵检测漏警将可能利用户领受到虚假信息，从而招致卫星通信系统不成靠以至不成用。

4 卫星通信抗骚乱才能系统构造

卫星通信抗骚乱才能系统构造是以做战系统构造为牵引，由系统系统构造决定的。根据做战使命的需求，将系统系统构造中的各个要素停止有机的连系，更大限度发扬卫星通信抗骚乱系统系统构造的效能，实现卫星通信抗骚乱才能。卫星通信抗骚乱才能系统构造次要包罗通信才能、频谱治理才能、电子侦查才能、抗骚乱才能和保障才能等。

卫星通信抗骚乱才能系统构造如图所示。

卫星通信抗骚乱才能系统

卫星通信网受骚乱被侦收的次要形式 卫星通信具有通信间隔远、通信量量高、便于 实现多址通信等特征，成为现代军事通信中十分重要 的通信手段之一，但也存在许多缺点。卫星通信链路 的开放性，使卫星通信信道随便遭到歹意骚乱；链路 的播送特征，使卫星通信信号随便被侦收截获；侦收 解析、功用定位、乖巧骚乱等现代综合匹敌手段的出 现，大大降低了单一手艺体系体例卫星通信网的抗骚乱能 力。现代军事活动中，卫星通信网受骚乱被侦收次要 有以下形式。

4.1.1 信道遭到进攻

信道层面的平安威胁次要来自传统电子骚乱手 段，敌方通过发射同频或者相关的电磁信号，对我方 通信领受设备停止侵扰、毁坏以至哄骗，从而有效干 扰卫星通信系统的星地和星间链路。目前常用的电磁 骚乱手段次要包罗压制式骚乱和乖巧式骚乱。通信卫 星遭到电磁骚乱的详细分类如图1所示。

在现实做战运用中，敌方凡是是操纵地基、海基 或天基平台，通过对选定的某颗卫星发射已调造的大 功率射频信号阻塞卫星转发器，使卫星转发器的放大 器处于饱和形态，无法对有用信号停止放大。或者利 用强大的骚乱功率对目标信号施行完全压制，使得目 标信号严峻失实、无法被领受机一般领受，实现对某个 做战区域的电磁压制。在伊拉克自在动作过程中，美 军利用的卫星通信系统就遭到过电磁骚乱，通过长达 16个月的监测阐发，发现有大约50次受骚乱事务，其 中5次能够确定为敌歹意骚乱，骚乱者均是利用持续载 波信号对用户上行链路施行骚乱，形成通信中断。另 一种骚乱形式是操纵特殊手艺手段截获目标信号，阐发识别目标信号款式，通过发送与目标信号款式不异 或相关的信号，形成领受方的信息差错或揣度错误。

4.1.2 信息遭到进攻

信息层面的平安威胁次要来自链路层、收集层 甚至利用层的进攻，凡是以信号截获、侦收为前提， 通过对信号停止探测、监视、阐发，供给先验信息收 持，然后摘取数据窃取、哄骗进攻、法式进攻和数据 窜改等多种进攻手段，实现对卫星通信、批示、治理 等系统的信息窃取、毁坏、进侵、掌握等。

第一种是操纵卫星、空中 站、用户之间传输的无线信号随便被截获的特征，通 过对信号停止阐发或破译，获取传输的数据、内容及 流量信息，从而得到响应谍报。2009年，美军发现 有进攻者在伊拉克和阿富汗胜利拦截“捕食者”无人 机的图像，后来那些图像在进攻者的电脑中被发现， 因为那些图像在通过卫星传输过程中没有加密，进攻 者能够通过卫星领受天线操纵商用软件随便领受拦截 图像信息。

第二种是操纵卫星收集节点动态接进的特 点，通过冒充合法节点接进到卫星收集，窃取卫星收集中灵敏信息，获取系统部门甚至全数掌握权。

第三 种是操纵卫星收集存在的不妥设置装备摆设和系统破绽，通过 植进病毒、木马等法式，窃取卫星收集中灵敏信息， 获取系统的部门甚至全数掌握权。第四种是通过对信 息传输中的部门或全数数据内容的更改，毁坏系统功 能，使系统难以一般工做或完全瘫痪。

4.2 卫星通信网抗骚乱反侦收的次要手段

卫星通信网抗骚乱手段次要包罗基于自适应天线 的空域手艺、频谱扩展手艺、星上处置手艺以及限幅 手艺等。国外的抗骚乱卫星通信系统普及摘用了上述 手艺。

4.2.1 次要抗骚乱手艺手段

1）天线自适应波束成型手艺。

该手艺是卫星通信 网最常用的抗骚乱和反侦收办法，详细包罗点波束天 线、自适应调零天线和智能天线手艺等。以点波束天 线为例，现实做战运用中可根据战场形势的改变掌握 星上发射天线指向，使其波束笼盖范畴随用户运动做 响应改变，将信号笼盖限造在必然范畴内，从而制止 敌方操纵卫星可视范畴内的平台对卫星转发器施行干 扰和侦收。

2）频谱扩展手艺。

扩频是卫星通信网最根本的抗 骚乱手艺，同时也是反侦收的次要手段，包罗间接序 列扩频、跳频和混合扩频三种体例。间接序列扩频使 用具有高码率的扩频码序列，在发送端扩展信号的频 谱，在领受端利用不异的扩频码序列解扩，把展宽的 扩频信号复原成原始的信息。跳频摘用多个载波频次 并在那些频次间随机跳变，具有很强的抗骚乱和反侦 收才能。混合扩频手艺在间接序列扩频的根底上增加 了载波频次跳变的功用，综合了上述两种扩频体例的 长处，摘用两维以至三维的混合扩频手艺体系体例是国外 抗骚乱通信开展的一个趋向，美军的军事卫星通信系 统Milstar就摘用了跳频/曲扩混合体系体例。

3）星上处置手艺。

星上处置能够使上、下行链 路之间往耦合，使上行骚乱不克不及再对下行链路产生做 用，同时设法制止转发器被推向饱和。星上处置技 术包罗：星上信号解调后再调造、解跳后再跳频、 解扩/再扩、译码/编码、速度变更、多波束交换，以 及多址/复用体例转换（如上行CDMA或FDMA变更 或TDMA）等。跟着电子匹敌的不竭晋级，星上处置 不只已成为卫星通信抗骚乱的次要手艺，也是通信 卫星将来保存和开展的要求。美军Milstar及AEHF和 “铱”卫星都摘用了星上处置手艺。

4）限幅手艺。

限幅手艺是目前星上普遍摘用的一 种抗骚乱办法，硬限幅和软限幅是通明式转发器最常 用的抗骚乱办法之一。新开展的Smart AGC是一种新 型的自适应卫星通信抗骚乱手艺，当上行链路无骚乱 时，转发器工做在线性区。当转发器上行链路遭到强骚乱时，使放大器的线性工做区右移，骚乱信号工做在零区而被消弭，而叠加在强骚乱信号上的小信号被放大，从而使信噪比与摘用硬、软限幅时得到进一步改进。

4.2.2 次要反侦收手艺手段

卫星通信网反侦收手段次要包罗时域、频域、空 域以及编码调造域等防备手艺。美军目前正在研究的 战术防护波形（PTW）就是从上述几个方面临通信协 议停止从头设想。PTW次要通过耦合AEHF系统上摘 用的军用扩展数据率（XDR）波形原则与普遍摘用的 数字视频播送-卫星原则2（DVB-S2）贸易原则得到的 一种新型通信波形，它吸纳了XDR波形中的跳频扩频 抗骚乱手艺特征，同时摘用DVB-S2贸易波形的高频谱 操纵率设想，取两者的优化折中，可在大幅减轻战术 卫星通信的骚乱效应同时，供给较高的通信速度，满 足大容量通信需求。

1）时域平安防备手艺。次要指时隙置乱手艺，时 隙置乱将一帧内的时隙根据置乱图案停止从头摆列， 每一帧内的时隙摆列挨次差别，即某一时隙在差别帧 内的位置随机改变。摘用时隙置乱手艺，不只可以有 效匹敌敌方的针对性骚乱（如骚乱信令通道等）或灵 巧骚乱等骚乱威胁，并且可以进步用户信息别离的难 度，具备必然的抗截获才能。

2）频域平安防备手艺。次要指宽带高速跳频技 术，信号载波频次根据跳频图案在大带宽内停止伪随 机跳变，可以通过遁藏歹意骚乱到达信号传输抗骚乱 的目标，同时多用户信号共存以及载波时变特征使信 号传输具备必然的抗截获才能。

3）空域平安防备手艺。次要指波束置乱手艺， 可操纵相控阵天线波束笼盖捷变特征来实现。在上行 掌握链路利用跳变扫描体例停止笼盖，在避免骚乱的 同时，增加侦收复杂度。在营业链路利用按需挪用覆 盖体例，只容许受权用户停止调度利用，提拔系统安 全性。

4）编码调造域平安防备手艺。次要指载波捷变技 术，包罗载波中编码体例、调造体例、载波速度等参 数的快速捷变。载波捷变手艺可以根据信道情状进步 信号传输的可靠性，同时增加了敌方停止信号识此外 难度，因而具备必然的抗截获防备才能。

4.3 卫星通信网抗骚乱反侦收才能建立根究

跟着我军信息化建立的深进推进，卫星通信网信 息匹敌风险不竭增加，提拔其抗骚乱反侦收才能的任 务需求日益迫切，下面重点从系统建立开展、组织运 用完美和配备手艺晋级等方面停止切磋。

4.3.1 系统建立开展层面

1）加强混合手艺形式的利用。我国卫星通信事业 起步晚，可用的同步轨道资本十分有限，当前面对的 更大挑战是打破同步轨道资本不敷的瓶颈，足够发扬 差别平台、差别手艺体系体例的优势，通过摘用高中低轨 混合组网，通用与公用卫星平台连系，时分、频分和 码分共用等形式，成立多轨道、多平台、多体系体例的弹 性分离卫星通信系统，全面提拔我军卫星通信网抗干 扰反侦收才能。

2）深进推进军民合成开展。当前我国贸易卫星通 信兴旺开展，高通量通信卫星已胜利发射利用，低轨 宽带通信卫星系统工程正在施行，我们应深度推进军 民合成开展，通过在民用卫星搭载军用转发器、购置 民用卫星通心办事等形式，有效处理军用卫星通信资 源紧缺问题，同时，“躲军于民”体例可必然水平减 少我军卫星通信受骚乱被侦收风险。

3）优化军事卫星通信系统构造。军事卫星通信 系统构造在设想中应考虑区分差别类型用户，施行差 异化的防护战略，提拔系统的整体抗骚乱才能。根据 战术用户、通俗战术用户以及常规用户等三个条理， 设想构建差别防护品级的军事卫星通信系统。战术用 户重点是凸起高可靠、抗强骚乱和保底通信才能，战 术用户则偏重于灵活乖巧、窄带利用和中等强度的抗 骚乱才能，而常规用户次要用于非重要涉密信息的传 输，如保障官兵日常生活类的信息等。

4.3.2 系统组织运用层面

1）不竭拓展可用通信手段。当前我国的天通一号 挪动通信卫星目前已建成并投进利用；斗极卫星导航 系统除了导航定位功用外，还具备短报文通信才能；天链系列中继卫星已具备全球范畴内宽带数据传输能 力。那些通信手段所摘用的手艺体系体例、工做频段各不 不异，且具有末端小型化、利用乖巧便利等特征，在 现有前提下多种差别体系体例卫星通信手段的综合运用， 可有效提拔卫星通信网抗骚乱反侦收才能，称心战时 批示通信的需要。

2）优化完美信息平安防护系统。一方面要加强对 卫星通信系统平安防护系统的研究，将收集防护与信 道加密相连系，拓宽防备纵深，从顶层设想上提拔卫 星通信网整体平安性；另一方面要通过利用公用密码 机、优化保密算法、提拔密码强度、进步密钥改换频 率等办法，进步卫星通信网密码被敌方破解的难度， 更好地确保我方信息平安。

3）强化操练练习训练，继续提拔人员才能程度。应加 强对外军兵器配备性能、技战术程度的研究，加强在电 子匹敌、复杂电磁情况下的通信保障、天基信息匹敌 等范畴的进修研究和手艺积存，有针对性开展相关研 究工做。同时继续加强人员操练，不竭提拔人员手艺水 平，通过有针对性的开展红蓝匹敌练习训练和模仿进攻等 体例，强化人员操练，查找系统平安破绽，完美平安 防护战略，促进营业程度进步和系统防护才能提拔。

4.3.3 配备手艺开展层面

1）推进卫星通信配备转换晋级。一方面要推进 现有配备国产自主可控水平，通过晋级替代、专项工 程建立带动等体例，逐步进步部门关键配备中核心芯 片、操做系统的自主可控水平，降低系统运行风险， 同时加快老旧配备的裁减晋级和新研配备的摆设应 用，从配备才能和手艺体系体例上进步系统抗骚乱才能。

2）推进抗骚乱反侦收新手艺研究。美军正在开展 防护战术波形（PTW）手艺研究，工做频段也已扩展 至Q、V频段，我们要密切跟踪国外手艺开展，鞭策星 间激光通信、星载智能天线、时隙置乱、载波捷变等 多种手艺手段研究利用，全面提拔我军卫星通信网抗 骚乱反侦收才能，同时后续要陆续加大对新手艺研究 的撑持力度，为卫星通信网手艺体系体例改革、系统论证 建立、配备系统晋级等供给底子支持。

持久以来，系统构造在通信范畴的利用获得了许多研究功效和适用功效，但是目前没有将系统构造详细利用到卫星通信抗骚乱才能方面。本文次要从DoDAFV2.0做战视图、系统视图以及才能视图动身，提出了适用于卫星通信抗骚乱才能研究的做战系统构造、系统系统构造以及才能系统构造，期看能加强我军卫星通信系统的顶层设想，实在进步我军在将来战争中的卫星抗骚乱才能，确庇护星通信信道的互联互通。

5 卫星通信光电匹敌系统

本文来源：太空平安

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