卫星通信信号对抗技术简介

 

 

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卫星通信系统简介

 

 

卫星通信系统可以分为空间系统、地面系统、TT&C系统以及监控管理系统四个部分。空间系统就是卫星段，单个或者多个卫星。位于太空中，对信号继续中继放大和转发作用。

卫星系统中包含了收发天线系统、通信转发器、TT&C指令、控制系统、电源系统等。地面系统，地面系统由地面用户终端、信关站、关口站等组成。

地面站完成地面信号向卫星的发射和接收工作，包括了无线电收发站，用户终端通过它接入卫星网络。

TT&C：Telemetry trackingand control，遥测、追踪及控制，对卫星进行跟踪测量，控制卫星入轨，入轨后对卫星进行位置、姿态的修正和保持。

监控管理系统：完成对卫星转发器、天线增益、各地面站发射功率、频率、带宽等基本参数进行监控，保证正常通信。

图片来源：INTELSAT官网

单跳卫星通信的过程：首先由地面站通过上行链路向卫星发射信号，卫星接收到了信号之后对信号进行放大、变频等操作；再通过转发器通过下行链路发送给地面站接收型号，由地面接收站传送给相关用户。

用户处于远距离或者不在该卫星的波束范围内可能需要多跳通信或者卫星网络的星间链路的通信。

从整个通信的过程来看，有上下行链路、地面站、卫星等组成。其中能够实施干扰的主要有上下行链路、卫星，地面站难以干扰主要因为其建设位置通常在敌方本土或者特定区域内。上下行链路以及卫星空间开放，区域不受限制，很容易实施干扰。

 

国外军事卫星通信系统

卫星系统	国家	频率&特点	数量	安全防护措施
MILSTAR	美国	上行：43.5-45.5GHz、292.825-311.175MHz、316.587-317.318MHz，采用FDMA和全频带跳频；  下行：20.2-21.2GHz、243.588-269.975MHz，采用TDMA和快速跳频  星间链路：60GHz  通信和跟踪链路：1811.768MHz、1815.722MHz  遥测和跟踪链路:2262.5MHz、2267.5MHz	4	1.采用自适应调零天线技术使天线波束零点指向干扰源；  2.采用扩频技术提高“军事星”卫星通信的抗干扰能力和低截获性能 ;  3.采用星上处理EHF/UHF交链抗干扰技术，提高了卫星的智能化和自动化水平  4.空间抗干扰措施；  5.扩展卫星通信频段；
DSCS	美国	上行：7.9-8.4GHz；下行：7.25-7.75GHz    1.国家指挥当局、国防通信局与联合司令部和特种司令部之间的通信；  2.预警机和战区飞机间的通信；  3.支援应急事件或局部战争的高容量、高可靠性通信；  4.以宽带信道来保证高质量的高速数据或高分辨率图形和图像的保密传输，快速传送传感器数据；  5.提供其它传输手段不便完成的远距离通信和支援海军的舰岸通信。	4	1.采用TDMA、CDMA混合多址技术提高抗干扰能力;  2.采用多波束天线提高的抗干扰能力；  3.采用星上处理与与交链抗干扰技术；  4.采用扩频技术提高“国防通信卫星”卫星通信的抗干扰能力和低截获性能；
UFO	美国海军	下行：20.2-21.2GHz；单卫星96Mb/s通信速率	3	携带一个特高频通信载荷和一个受保护的极高频通信载荷可提供具备编码和抗干扰功能的保密通信
SkyNet	英国	为英国和北约部队提供安全、可靠的战略通信和政府通信服务	11	1.天网系列卫星装备有先进接收天线可允许卫星有选择地收听信号；  2.并过滤掉 “干扰 ” 信号；  3.该卫星载有超高频通信转发器具有强抗毁和抗干扰能力；

 

卫星通信是天基综合信息网的桥梁,军用卫星通信在国防建设当中发挥着越来越重要的作用。然而,在现代电子战争环境下,卫星通信的环境又是十分恶劣的,它不可避免会受到敌方的侦收、干扰和攻击等威胁。因此,认真研究卫星通信系统的抗干扰、抗截获、抗摧毁的有效策略,提高卫星通信系统的生存能力是目前军事卫星通信发展的当务之急。 卫星通信是军事通信的重要组成部分,在现代电子战争环境下,卫星通信的环境又是十分恶劣的,它容易受到敌方的侦收、干扰和攻击等威胁。由抗干扰设计的基本思想出发,从空域、时域、频域等几个方面介绍了军用卫星通信常用的抗干扰技术措施及其发展趋势,阐明了在设计军用卫星通信系统时,应综合应用多种抗干扰措施,才能使卫星通信在空间恶劣电磁环境下更好地发挥作用。 提高卫星通信在严酷信息战环境下的生存能力,是军用卫星通信面临的迫切问题。对卫星通信的干扰可分为故意干扰和非故意干扰两类。对于非故意干扰,可以通过完善管理制度、加强系统间协调以及其他技术手段解决;军用卫星通信抗干扰技术研究主要是针对敌方利用专门的干扰设备对卫星通信的各个环节进行的以破坏其正常通信为目的的人为故意干扰。 军事通信的对抗,不外乎“抗、躲、藏”的技术措施,军用卫星通信也不例外。“抗”是卫星通信抗干扰技术的根本“, 躲”和“藏”是抗干扰技术手段的灵活运用,在某些时候可以起到事半功倍的效果。 通信干扰方的基本目的是用尽量小的代价破坏敌方的可靠通信;而通信方则需要基于以下假设条件设计抗干扰的通信系统: ①完全不受任何干扰的通信系统是不可能实现的; ②干扰方事先掌握了系统的大部分参数,如频段、定时、通信量等; ③干扰方事先不知道伪随机的扩频序列(或跳频编码) 。设计抗干扰系统的基本思想,就是使敌方成功破坏通信的代价尽可能地大。 设计抗干扰通信系统时,通常都力求迫使干扰方将它有限的资源以下面的几种形式分散开来:①分散到一个很宽的频带上; ② 分散到尽可能长的时间上; ③分散到不同的空间位置上。因此,常采用以下的设计: ①扩展频谱:通过直接序列扩频或者跳频实现; ②随机发送: 通过时间跳变实现;③空间识别技术:采用窄波束天线,可以迫使干扰从天线的旁瓣进入接收机,进而通常受到- 25～- 30 dB的衰减; ④联合采用上述几种方法。 要提高卫星通信的抗干扰能力,必须是全系统多方面的综合考虑。包括系统的通信体制选择、纠错编译码、帧结构设计、冗余设计、加密设计等,最主要的抗干扰手段还是在信道传输方面采取多种抗干扰措施。 卫星通信作为视距通信的补充部分，已成为各国通信结构中不可或缺的通信方式，导致卫星通信成为各国军事行动中的主要攻击目标。由于卫星定点位置的公开化，使得卫星通信系统更容易面临电磁干扰、截获、入侵甚至被摧毁的威胁。为了提高卫星通信系统在复杂电磁环境下的抗干扰、抗截获、隐身以及抗入侵等能力，越来越多的对抗性技术措施被提出。在这种背景下，如何客观、全面、准确地评价卫星通信系统的对抗性性能，已经成为研究的重点和难点。对抗性性能评估不仅在卫星通信系统设计、研发和使用过程中起着重要作用，而且对卫星通信系统在复杂电磁环境下的使用策略起着重要的指导作用。对抗性性能评估的基础，是建立科学的对抗性指标体系。 近年来，卫星通信系统相关对抗性指标得到越来越多的研究，但目前尚没有形成一套完备而有效的指标体系来适应信息对抗技术的不断发展。本文在已有卫星通信系统对抗性指标基础上，从抗干扰、抗截获、隐身以及抗入侵等类别出发，归纳总结出一套科学的对抗性指标体系，并深入分析指标含义，提出了指标提升方法，为卫星通信系统对抗性技术研究提供基础支撑。 太空领域正经历着巨大变化，越来越多的国家和商业机构涉足太空领域，太空也会变得越来越拥挤，并面临更多竞争。从安全角度看，越来越多的国家也在寻求利用太空资源增强军事能力和巩固国家安全，并开发太空对抗能力，保护本国的太空系统，欺骗、破坏、拒绝或摧毁敌方的太空系统，确保赢得太空优势。太空情报、监视、侦察（ISR）、定位导航和授时（PNT）以及卫星通信是军事太空应用的主要领域。 各国对太空的安全使用和依赖性日益增加，也促使更多国家开始关注和发展自己的太空对抗能力。太空对抗，也叫太空控制，涉及一系列用来获取太空优势的能力或技术。获得太空优势包括增强己方为达到目的而使用太空资产的能力，同时削弱对手的太空能力。因此，太空对抗能力包括进攻和防御两方面，这两方面都需要得到空间态势感知（空间环境信息）能力的支持。太空对抗中的防御能力是保护己方的太空资产免受攻击，而进攻能力则是试图阻止敌人使用他们的太空资源。 太空对抗包括多种方式：直升式对抗、共轨对抗、定向能武器、电子战、网络空间对抗等。为了获得太空优势，许多国家都在积极开发太空对抗能力，并在以上方面都有一定发展。 在此，本文主要分析了美、俄等国家在电子战太空对抗能力近期的发展现状。所谓电子战，是指“利用电磁和定向能控制电磁频谱或攻击敌人的军事行动”。本文中太空对抗中的电子战特指故意干扰敌方与卫星之间的射频传输。干扰卫星信号通常包括干扰上行链路和下行链路。在上行链路或轨道上发生干扰时，干扰信号直接针对卫星。大多数通信卫星都是作为中继节点转发来自地面上行链路或其它卫星的信号。上行链路干扰信号可以在卫星接收天线波束中的任何位置生成，压制卫星转发的信号和地面用户接收的信号。所有在卫星服务区域中的用户都会受到影响。而下行链路或地面干扰则以卫星服务的地面用户为目标，通过广播射频信号压制特定区域用户所需的信号。在下行链路干扰中，卫星本身不会受到干扰，干扰机作用范围外的用户也不会受到干扰。

图1 上行和下行链路干扰

卫星通信信号侦测系统是利用侦察设备或系统对敌方军事通信系统所辐射的通信信号进行截获、检测、参数估计、调制识别、辐射源测向、定位和个体特征识别，其目的是准确分析出敌方通信系统的所处位置、技术性能及身份信息，为己方指挥决策和电子战装备设计提供有利支援。系统的主要任务是从复杂的电子环境中搜索和发现卫星通信信号，对卫星通信信号的基本参数进行测量，同时，对卫星通信信号进行调制识别，测量其他特征参数。然后，根据卫星信号的调制参数进行解调及后续处理，以便获取该信号所携带的信息。通信信号侦测系统主要包括信号搜索、测向定位、信号分析等功能。  

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卫星通信抗干扰的技术措施

 

2.1 　星上抗干扰措施

星上采用抗干扰技术,保护转发器不被干扰、堵塞是提高整个卫星通信应用系统抗干扰能力的最直接、最有效的手段。其常用方法是智能天线、Smart2AGC和干扰限幅技术。采用智能天线进行对干扰调零,可使干扰受到衰减25～30dB ,同时,转发器接收机输入加滤波防止带外对强干扰,再加入Smart2AGC或干扰限幅对消技术,使强干扰受抑制,使系统不易被堵塞。 基于多波束技术的星载智能天线能够根据其所处的信号环境非常灵活地形成所需要的波束,也就是说,当它处于发射状态时能形成方向图零点对准干扰或者高增益超低副瓣电平的波束,使得卫星信号不容易被敌方截获;当它处于接收状态时能自动地调整方向图零点指向干扰,同时保证在期望信号方向上的增益几乎不受影响。可控点波束技术是实现简单、效果显著的具有较高抗干扰能力的区域卫星通信手段。 Smart2AGC为基于包络处理的自适应限幅技术,它利用一种零区可变的非线性变换电路来抑制强干扰。零区根据干扰信号包络的大小自适应地调节,使尽量多的干扰落入零区而被消除。无干扰时或干扰很小时,工作在线性状态。如何实时而准确地检测干扰信号包络是该技术的关键。 星上抗干扰措施可以用于透明转发器或处理转发器。2.2 　上处理技术 处理转发器相对于透明转发器有明显的抗干扰优势。卫星通信的传输性能是由上行和下行载波———噪声功率比(C/N) 综合决定的。处理转发器的一个作用是将上行与下行线路分开,并对上行干扰加以识别、处理,使其影响减到最小或加以消除。其基本组成是:上行跳频、扩频信号的解跳、解扩、解调、译码和分接,以及提供下行用的编码、复接、调制、扩频、跳频等。星上的信号处理主要包括4类: ①对数字信号进行解跳、解扩、解调再生,然后再进行相反的过程,使噪声不会积累; ②进行其他更高级的信号变换和处理,如上行FDMA变为下行TDM信号; ③在不同的卫星天线波束之间进行信号交换; ④星间链路,在不同卫星之间进行迂回路由。星上处理技术是避免卫星通信遭受“侦收下行,干扰上行”这一卫星通信常见干扰手段的有效方法。2.3 　新型强抗干扰通信体制(1) 跳频：提高跳速、扩展跳频带宽是跳频通信的发展方向。提高跳速可以防止敌方进行跟踪式干扰,跳频带宽的增加则直接提高了通信系统的抗干扰处理增益。如美国的军事星跳频速率大于10000跳/s ,跳频带宽达到2GHz。自适应跳频是增强抗干扰能力的重要手段,当跳频系统某个频率段受到干扰时,系统自动识别已经被干扰的频率(坏频点) ,自适应地改变跳频图案,重新跳到无干扰的频段。是克服“盲跳频”避免“三分之一干扰频点门限”的有效手段。自适应跳频的关键技术包括受干扰频率检测与估计、干扰频率替代算法、频谱监测及谱分析等。(2) 直接序列扩频:直接序列扩频是最常用的通信抗干扰手段之一。窄带干扰抵消是直接序列扩频技术提高抗干扰能力的重要手段,可以采用时域干扰抵消或频域干扰滤波的方法。频域滤波方法实时性好、对数字化处理程度要求高,关键是高速实时、多比特、大点数FFT/IFFT算法的硬件实现。自适应扩频是指扩频参数自适应变化,当敌方干扰较强时,可增大扩频比降低信息传输速率来提高系统抗干扰能力;若敌方干扰减弱,信道质量好时,可减小扩频比提高信息速率,以提高信道的利用率。 直接序列扩频参数捷变技术可以有效提高传统扩频信号抗截获性能,该技术又不过多地占用通信频带和地址码,如直扩小跳频、跳码等。直扩小跳频通信：扩小跳频是指在直扩通信的过程中,扩频信号的载波频率在一个较小的范围内(相对扩频带宽)按一定的规律快速抖动。与常规的直扩通信相比,直扩小跳频不具有额外的抗干扰能力,但对于提高系统的抗截获、抗侦收性能却非常有效。直扩跳码通信：在传统的直扩系统中,通常采用周期较短的m序列或GOLD码作为扩频码,这种二值序列具有较强的周期性,码数量较少,因此抗截获性能也较差。如果在通信过程中变换扩频码型或扩频码的某些参数,则可大大提高信号的抗截获性能。跳码通信是指先采用短周期扩频码扩频(利于系统的快速同步) ,同步建立以后再将扩频码切换为混沌序列或快速改变扩频码的初始相位,以提高通信信号的抗截获性能。 混沌系统对初始条件高度敏感,即使对于同一个映射关系,也可以通过改变初始条件产生大量的相关特性好、几乎无周期的混沌扩频序列。因此在直扩跳码通信系统中,通信过程中可以采用混沌序列扩频,以提高通信信号的抗截获性能。(3) 混合扩频,采用两维或三维混合抗干扰技术体制也是国内外抗干扰通信体制发展的一个趋势。例如:采用跳/扩混合体制。采用跳/扩混合体制的好处是集跳频和直接序列扩频二者之长,可以对抗多种形式的干扰信号。而且在技术实现上容易获得大于50dB甚至更高的抗干扰处理增益。2.4 　智能化一体化抗干扰终端技术 智能化一体化抗干扰终端技术是新型军用通信系统对调制解调设备提出的新要求。在数字化终端的基础上,利用软件无线电技术,中频以下部分用综合基带设备的通用硬件实现,各种电路功能均用软件算法模块实现,构成一个开放式的软件无线电平台。既可以在硬件不变的情况下,通过改变或下载软件,方便地改变其性能/功能,也可以在通过更换或增加部分处理模块,使其在投入不大的情况下,使抗干扰终端功能和性能升级。通过软件无线电实现对抗干扰终端的重配置,可以以最少的通用硬件满足各种数据类型的需要。 不同的卫星通信体系必然包含多种不同的通信体制和数据类型,智能化一体化抗干扰终端可以为简化终端设备,增强互通能力起到积极作用。智能化一体化抗干扰终端在地面和空间均有很好的应用前景。2.5 　扩展频段,发展毫米波、光通信 美国的国防通信卫星系统(DSCS)、英国的天网(Skynet)和北约(NATO)卫星都工作在多频段,还增加了提高抗干扰性的EHF(44GHz)频段。美国的军事星系统使用60～70GHz的星际链路。毫米波通信极大地扩展了通信频段,为高处理增益的抗干扰体制确立了先决条件。而且,毫米波波束窄,利于点波束和干扰调零的实现。卫星通信采用光通信时和电波之间不存在干扰问题,而且光通信能实现1Gbit/s 以上的大容量卫星通信,美国NASA、欧洲ESA、日本等国正在大力研究光通信技术。2.6 　智能组网技术 智能组网技术是指抗干扰通信网系可以自动感知电磁环境,对受干扰程度作出分析判断,实时调整通信系统的网络结构。 对于空间传输网路,建立多种路由传输方案。当系统受到不可抵御的强干扰时,主动关闭某些传输通道,减少系统承载信息量,根据优先级别,优先将重要信息迂回到其他路径进行传输。当干扰分析与识别设备发现干扰消除时,能自动恢复到正常工作状态。对于卫星地面应用系统,组网模式以集中式为主,网络中心站要考虑机动、备份。各个卫星通信系统既自成网系,又可以通过抗干扰终端互联互通。首先将多个大中型球站进行统一管理,设定优先级别。各个小地球站能够使用不同的卫星,不同频段的转发器接入大中型地球站。首先要确定卫星资源和对系统容量进行分析计算。然后制定平时、战时,针对不同级别用户的多种预案。在每一种预案中考虑如何实现网络的管理和抗干扰终端参数改变的策略。 智能组网技术是面向通信过程和网络、系统的,可以最大限度地利用现有的天基通信资源,提高卫星通信的抗干扰能力和生存能力。2.7 　空间段转移技术 在战时恶劣的电磁环境下,通信卫星可能因受到强干扰或物理性摧毁而无法正常工作,在卫星失效的情况下,为了保障重要通信节点之间的低限度通信,可以将卫星通信转移到“备份星”或其他军用或民用卫星资源上进行通信(空间段转移)。采用通过空间段转移,能够有效提高卫星通信的抗毁能力。 除此之外,常见的抗干扰措施还包括高效纠错编码技术、猝发通信、重叠隐蔽通信(PCMA)、宽带信号干扰对消技术、自适应功率控制技术等。在某些应用条件下也有较好的抗干扰能力。总之,卫星通信的抗干扰措施可以从空间段、地面段、网络层等几个方面进行综合考虑,多种手段同时运用,可以大大提升整个卫星通信系统的抗干扰能力。抗干扰卫星通信系统的设计就是要结合技术实现的难易程度和目前能达到的技术手段,各取所长,最终设计出具有强抗干扰能力的卫星通信系统。

 

   

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卫星通信信号搜索

 

 

在卫星通信信号侦测系统的瞬时带宽范围内，一般存在多个无线电信号。通信侦测作为非协同方，事先不能确定所感兴趣信号的具体位置，而且也不确定这些信号何时出现，工作频点或频段同样也不能确定。它们混杂在几十个、上百个无用信号或干扰信号中，有些还可能淹没在噪声里。因此，对信号的快速搜索和准确截获是通信侦察要解决的首要任务。 卫星信号检测是完成信号发现和截获的必要手段，目前较常用的信号检测方法是能量检测法，该方法主要是通过设置能量门限来发现信号。  

信号检测示意图（来源于网络）  

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卫星终端测向定位

 

 

卫星通信信号的测向定位主要目的是确定卫星终端无线电信号发射的方向和位置，是通信对抗的重要组成部分。   卫星终端无线电测向是利用无线电波在均匀媒质中传播的匀速直线特性, 根据入射电波在接收天线中感应产生的电压幅度、相位或频率上的差别判定辐射源信号的来波方向。 干涉仪测向示意图（来源于网络） 卫星通信信号定位技术, 较简单的是交汇定位技术,该技术通过将机动平台（如船、飞机）在不同位置测得的同一目标的方位或分布，以及在不同地理位置的测向站测得的同一目标的方位值进行交汇, 获取目标的位置坐标。

 

 

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卫星通信信号分析

 

 

卫星通信信号分析，主要是对通信信号进行调制识别，包含参数估计和调制分类。通信信号主要分为模拟信号和数字信号，常见的模拟调制方式有调幅（AM）、 调频（FM）、 调相（PM）等；常见的数字调制方式有相位键控（PSK）、 频率键控（FSK）以及幅度键控（ASK）等。 通信信号调制方式图 卫星通信信号调制识别主要包含三个部分，①信号预处理（为后续分析提供合适的数据），②特征提取与选择（估计和测向通信信号参数），③分类识别（根据信号的特征参数对信号进行调整分类）。

 

信号调制识别原理图

 

卫星通信信号解调的主要目的是获取通信信号所携带的信息内容，获取对方的作战情报，了解其作战意图。在通信对抗中，作为非合作通信方，通信信号的参数是未知的，全部依靠调制分析的结果。信号解调主要输出星座图、眼图以及调制码流。 星座图主要展示通信信号的相位信息。星座图是相对于IQ调制而言，将数据信息映射到极坐标中，同时包含了信号的幅度信息和相位信息。对于调制解调误码性能有很直观的判断。 星座图 数字信号的眼图中包含了丰富的信息，可以体现数字信号的整体特征，能够很好的评估数字信号的质量，因而眼图的分析是数字系统信号完整性之一。 眼图 调制码流图 综上所述，通信信号侦测系统依据自身软硬件优势，能够从复杂的电子环境中搜索和发现通信信号，判别特征，进而能够对信号携带的信息进行提取，从而及时掌握敌方情报信息，为作战指挥决策提供支撑，是一款情报信息捕捉利器。 卫星通信侦察是利用侦察设备或者系统对地方军事同行系统所辐射的通信信号进行解惑、检测、参数估计、调制识别、辐射源侧向、定位和个体特征识别，其目的是分析出敌方通信系统的位置、技术性能以及身份，为己方指挥决策和电子战装备设计提供支援。 现代军事卫星通信呈现出软件化、智能化、宽带化和网络化的发展趋势，集成了高速跳频、突发通信、复杂调制和复杂编码等技术，进一步为通信侦察带来了新的挑战和更高的难度。 现代战争中涉及的信息种类多、复杂程度高，包含了作战指令、战术数据链、图像、语音及文字信息。纷繁复杂的数据种类导致了传输数据的种类复杂化、速率高速化、分布密集化、容量巨大化，进一步导致了卫星通信体制相应的变化以适应战场的变化。 在卫星通信侦察中通常采用功率范围大、灵敏度高的接收机，需要在截获带宽内对所截获的信号进行分选，然后针对特定的信号进行处理分析（如参数估计、调制识别等）。有效实现多信号截获、分选、分析的接收机架构就是采用多通道接收机架构，对应就是采用多通道阵列信号处理技术，能够完成对特定信号的DOA和信号分选。 侦察手段的多样化逆向促进了抗侦察的应对方法，采用具有抗干扰性、低截获概率的通信技术逐步广泛应用。举个例子，常用的通信方法之一就是采用高速调频通信，高速调频信号频率变化速度快、调频范围大，采用扫频方式的接收机在一次扫频中可能只能截获十几个或者几个调频，数据量的缺失无法支撑后面正确的信号处理。在一些高速运动情况下，比如飞机，稳态的数据也只是短暂的。包括卫星通信，卫星的运动和接收天线波束偏离也会有类似问题。 其他的诸如非视距震颤、旁瓣侦察、多径衰落等都将会对通信侦察造成影响。因此如何在复杂的电磁环境中实现多种复杂类型的信号是未来通信侦察面临的难题。

雷达探测和通信侦察两者有相似的地方但又是两个不同的东西，实现的技术路线、面对的目标、实现的目的均有所不同。

  雷达探测目标主要是各种实体，例如飞机、舰艇、战车、导弹以及单兵.通信侦察的目标主要是各种通信设备或者系统，其中雷达面对的武器装备中基本都会装备通信设备，像通信电台、卫星通信设备等属于通信侦察的范畴。因此两者大部分的目标都是相同的. 工作方式：雷达是通过辐射电磁波，目标被雷达照射之后会产生雷达回波，雷达接收机依据目标范围的回波信号，结合RCS特征分析从而发现目标。雷达也可以进一步分为主动雷达、半主动雷达和被动雷达。其中主动雷达需要自主发射探测信号，接收设备发射信号的目标回波；半主动雷达主要依靠辅助雷达照射目标，接收辅助雷达的回波信号；被动雷达不辐射电磁波，仅接收或者探测目标发出的电磁波。 通信侦察通常是不需要自主发射信号的，只需要通过接收机接收探测并分析敌方信号，因此通信侦察的设备通常仅有接收机部分。 因此从辐射源的方面区分，大部分的雷达是主动辐射工作体制，而通信侦察和被动雷达是被动工作体制，不向外辐射电磁波，隐蔽性好、不易暴露己方位置。但是劣势也很明显，当探测目标关机，将会丢失目标。 信号特征：雷达的信号主要有连续波和脉冲形式，CW、FMCW、PDW等，雷达的目的就是提取目标的位置、速度以及方向等信息，使用的波形都是为了实现这方面的信息提取。比如脉冲形式通过脉冲内调制CW的雷达容易实现测距和测速，采用脉冲压缩能够提高距离分辨率。此时在脉冲脉内有一定的调制。 卫星通信侦察的信号对调制和解调强调的更多，因为通信的信号是搭载了很多的信息的，因此需要通过不同的调制方式调数据的吞吐量，比如QPSK、QAM等。搭载信息还涉及到数据格式（数据帧）这样的处理。因为通信是实现信息和数据的交互，通信侦察是为了截获、识别、分选并判断辐射源目标的类型、身份，并破译敌方通信的内容、所属的通信网、通信电台的类型。 实现功能：雷达可以通过脉冲体制，辐射电磁波并接收目标反射的回波信息，解算时间差来判断目标距离；通过多雷达或者多阵元之间接收信号的相位差来实现方位的判断，而且通常通过一部雷达便可以完成探测任务。卫星通信侦察仅依靠一部设备是无法实现对辐射源的测距，无法判断辐射源的距离。被动接收辐射信号，无法判断辐射信号是什么时候发射的，就无法判断目标是什么时候开始工作的，因此在实现测距的方面很困难。当然结合多部设备（多天线组）是可以实现定位侧向的。

系统架构,雷达系统使用相同的天线来发送和接收信号，而通信系统具有不同的发送和接收天线。二个系统的射频部分相似，频段也可能重合，但是采用的信号处理有很大差异。

 

卫星通信侦察系统,从整个系统的构成来看还是主要分为天线+射频前端电路+数字信号处理几个大部分。

主要实现的功能如下：

卫星通信信号频谱全频段或分频段显示，能够完成对目标信号的实时监视、自动搜索； 能够实现卫星通信信号调制体制识别，并能够实现对信号的调制参数（调制系数、信号带宽、载频、码速率等）的测量功能，建立辐射源目标特征库； 根据卫星信号识别结果，完成卫星信号解调获取情报内涵信息； 能够对卫星通信信号进行宽带或者窄带侧向，具有交汇定位功能和目标态势显示功能；

                           

图片来源：参考文献【1】

天线：

天线系统根据不同的应用平台有不同的形式，为实现广范围的侦察截获，一般要求全方位覆盖，同时为了探测微弱信号，还需要较高增益；对于测向天线需要其幅相一致性较好、互耦小、安装无遮挡等。

• 路基短波：通常采用大型阵列天线，因为路基是固定站，朝向特定方向（比如对着美国），保证高增益、高灵敏度、固定区域覆盖；

• 舰载短波：主要为倒L天线、鞭状天线；后者增益高，前者能接收水平极化；

• 超短波天线：双锥、盘锥、单极子、对数周期等，前3种是水平全向，适用于电磁频谱监测和信号检测；第4种是端射天线（与八木天线相同），用于定向、远距离、小功率信号监听；这几类在车载、单兵均能装备使用；

前述提到，通信侦察要实现侧向定位，仅依靠一个设备（或者单天线结构）是无法实现的。因此实际工程中小平台（单兵、车载等）会使用多天线结构，大型平台（路基、舰载等）会采用阵列的形式实现。  

射频前端：

• 低噪放：接收链路最关键的模块，保持自身低噪声的前提下对信号进行放大；

• 转接网络：可以说是馈电网络、公分网络的结合，主要进行放大、功放、转接，实现信号的传输筛选；主要指标有输入/输出通道数、工作频率、增益、1dB压缩点、隔离度等；

• 监听接收机：通常采用窄带超外差体制，对AMFMSSB等常规模拟信号进行解调，输出音频信号，进行监听；

• 调谐接收机：超外差式，有窄带、宽带；

 

信号处理终端：

系统的核心处理单元，主要对数据进行处理，并实现对前端接收设备的监控，完成电磁信号频谱显示及信号搜索、信号的调制分析、参数测量、信号的解调、数据采集存储、编码分析等功能。通常要求采用模块化、标准化设计，使用统一的硬件平台通过加载不同的软件实现不同的处理功能。这样可提高设备的可靠性，增加系统的可扩展性和灵活性，以满足不同任务的需求。信号处理终端一般采用多个信号处理板加计算机的硬件结构。信号处理板主要由 FPGA、DSP、存储芯片、计算机总线接口芯片、网络通信芯片等组成。

总线由原来的CPCI扩展到PCIe、PXIe等总线传输技术。

 

卫星通信侦察关键技术

卫星信号的快速搜索、截获：

卫星目标信号具有跳频速度快、频率范围大、信号功率小、持续时间短等特点。因此对信号的搜索就需要很高的搜索速度、高分辨率。搜索速度越快能够捕获到持续时间短的信号；高分辨率能够识别小信号以及频谱中的细节信息。影响卫星信号搜索速度的因素有：天线波束宽度、接收机瞬时带宽、调频速度、频率变换分析时间、信号检测准则以及判断时间。影响分辨率的因素有信号持续时间、FFT的点数、ADC采样率。

 

卫星通信信号模式识别：

针对卫星通信信号模式的识别，主要为了识别分析出信号所用的调试方式，然后针对调制方式进行解调。分为模拟调制信号和数字调制信号。

• 模拟调制信号

模拟卫星通信调制信号主要针对模拟信号量进行调制，例如幅度、相位、频率、边带等，典型的有AM：幅度调制，DSB：双边带调制，SSB：单边带调制（USB：上边带，LSB：下边带），CW：连续波调制，FM：频率调制，AM-FM：幅频调制。

• 数字调制信号

数字调制信号，在数字域对信号进行调制，主要有ASK：幅度键控，FSK：频率键控，PSK：相移键控，QAM：正交振幅键控。数字调制信号具有一定的符号率特征（符号率特征：可以简单理解为0、1变换特征，推荐知乎解答：无线数字通信中数据速率、载波频率和带宽的关系），而模拟信号的符号率呈现无规则。因此区别模拟信号和数字信号的直接办法就是区别是否存在符号率。

信号测向定位：

这里面涉及了两个点，一个是测向，一个是定位。

• 测向

测定来波方向（AOA、DOA都是测向的方法），目前工程上主要应用的有比幅法、相关干涉仪测向法和时差测向法；

• 定位

定位一般采用的是时差定位法（TDOA：Time Difference of Arrival）实现：通过比较信号达到各个监测站的时间差，作出以监测站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。一个TDOA可以确定一条双曲线，三个基站检测两个TDOA线，移动站位于两个TDOA决定的双曲线的交点上。

图片来源：google

 

TDOA是一种无线定位技术，是通过检测信号到达两个基站的绝对时间差，而不是到达的飞行时间来确定移动台的位置，降低了信号源与各个监测站的时间同步要求，但是提高了各个监测站之间的时间同步要求。TOA算法是需要在检测算法中加入时间戳。通信信号的定位，工程上还采用了交汇定位技术，通过将机动平台如船、飞机在不同位置测得的同一目标的方位或分布在不同地理位置的测向站测得的同一目标的方位值进行交汇，获取目标的位置坐标。多站交汇定位需解决的关键问题之一是辐射源信号的匹配问题，通常根据信号的截获时间、工作频率和调制方式等。对于 Link11这种特殊的信号，可根据其PU码来识别匹配。为了在复杂电磁环境下更好地完成信号的匹配，需要研究新的辐射源匹配技术，例如根据信号的细微特征来完成信号的匹配。 单站定位（Single Site Location）技术，结合了电离层对电磁波的反射。高频短波信号以一定的仰角入射至电离层，经过电离层折射后返回地面，由接收天线接收信号传递到接收机处理。结合电磁波的仰角和方位角+电离层信息就可以获得辐射源的位置。（不详细展开，可以参阅文献[5]）

通信干扰基本介绍

 

卫星通信干扰属于电子对抗中的一个分支，简单来说就是通过发射电磁干扰信号破坏和扰乱地方无线电通信链路、设备或者系统的技术。卫星通信干扰覆盖范围广，在指挥体系上，从单兵通信到诸军兵种联合通信；在作战空间上，从地面通信延伸至水下、空中和太空；从作战时间看，通信侦察在和平时期也从未停止过，通信干扰行动则贯穿战争全过程；从对抗频域看，工作频率向两极扩展，低频段到超长波甚至声纳频段，针对海上舰船和海底潜艇通信，高频段到毫米波、亚毫米波乃至光通信；从对抗手段看，短波、超短波是语音通信的主要频段，图像、文字主要利用微波等波段（对通信数据量、设备小型化等有刚性需求）；

图片来源：参考文献【2】

 

2.2干扰方式

通信干扰按照干扰的性质来区分可以分为压制性干扰和欺骗性干扰。

• 压制干扰

通过发射大功率、宽带信号，让通信接收信号淹没在一个充满杂波的信号背景中，使接收机无法正常接收信号。  

• 阻塞式干扰

发射宽带的噪声信号，不考虑敌方通信信号的频率范围，全频段覆盖。特点就是不需要掌握敌方通信系统的特征参数，缺点也很明显，干扰效率比较低；  

• 瞄准式干扰

将干扰信号对准敌方通信设备频率所在范围，通常要比敌方通信频段宽3-20MHz。频率重复度达到75%可以叫做准确瞄准式干扰。  

• 扫频式干扰

干扰信号在一定频率范围内步进扫描式的发射。

 

• 欺骗干扰

通过发射大功率、宽带信号，让通信接收信号淹没在一个充满杂波的信号背景中，使接收机无法正常接收信号。

 

图片来源：google

 

2.3发展方向

跳频和直序扩频通信逐步成为未来战场通信的主流方案。对这些信号检测、估计、侦收和干扰是通信干扰的新课题。为此必须改善信号截获和分析的手段。外差式扫频接收机己经不适用于截获跳频信号，压缩接收机、信道化接收机、声光接收机等新型设备层出不穷。软件无线电（Software Defined Radio：SDR）提高了信号处理的效率，丰富了系统功能，同时使接收机能够在高频段集成数字处理。软件无线电在全频段实现互通，带来了无线电台的通用化和标准化，能有效减少电台的数量，提高协同作战能力。软件化电子侦察系统类似于通信中的软件无线电接收机，尽可能让转换器接近天线，将截获的信号数字化，使得更多的电子侦察功能在高速上实现，具有宽带化、综合化和数字化的特点，还能适应未来可能出现的新情况。各种数字信号处理算法是其中关键技术。干扰机频率调谐速度将迅速提高。锁相环式频率综合器的调谐速度以毫秒计，不能达到干扰跳频电台的要求。数字直接合成频率合成器大量应用，它不采用锁相环，而是从频率的数字量直接形成射频，置频速度极快，达到一秒量级，适用于干扰机频率源。通信信号模式识别是关键且难度大的方向。通信信号不同于雷达信号，其技术参数的特征差异较小，必须利用其细微特征指纹进行辨别。对于跳频信号和直序扩频信号而言，其识别难度更大。复杂电磁环境中的辐射源定位、信号处理是未来战场的重要突破方向之一。未来战装备平台纷繁复杂，信号频率复杂多变，如何实现高精度高分辨率测向定位成为系统性能提升的关键，信号中频数字处理技术、人工智能技术、人工神经网络技术也将有望应用到该方向。    

06

   

美军卫星通信对抗体系建设

 美军的军事卫星通信需要更加敏捷、灵活、快速响应，并保持对敌方的技术领先态势。为此，美国空军计划开发一种新型受保护抗干扰战术卫星通信。自2011年以来，军事卫星通信界（政府、政府投资的研发中心（FFRDC）、军用终端项目办公室（TPO）以及承包商）已经在开发未来受保护战术卫星通信系统新方案的目标上取得了重大进展，能够满足联合太空通信层（JSCL）中确认的作战人员在竞争环境下能力和受保护性需求，同时满足经济可承受性。美军努力的方向侧重于为当前已实现的系统开发可负担的替代方案。美空军与承包商在受保护战术通信方面所做的工作，已涵盖了多项论证和演示验证工作，下一步研究目标是开发支持安全战术波形的一系列经济可承受系统，可支持WGS卫星、商业卫星、小卫星和高容量卫星。

目前，美军军事卫星通信主要由少量专用系统提供服务，空间体系结构规模庞大、复杂、昂贵。随着空间环境的变化、空间技术的不断发展，美军认识到这种体系结构已经难以适应复杂的空间对抗环境，空间系统的脆弱性日益突显。于此同时对卫星通信的需求却在不断增长，当前结构中的弱点也暴露无疑。因此美军在继续采购当前系统的同时也开始着手研究未来的军事卫星通信体系结构。

当前美军的军事卫星通信体系架构主要由军方操控的3种系统组成：宽带、窄带、受保护卫星系统。受保护卫星通信是美军近年来发展的重要通信能力。受保护战略卫星通信服务可以在核爆条件、对抗环境或者良好环境等所有作战环境下，提供持久、顽存且抗干扰的通信以及核指挥控制服务。受保护战术卫星通信可为战术用户提供高可靠的保密通信手段。目前美军主要由MilStar与AEHF系统为中纬度地区（北纬65度至南纬65度）的战略与战术用户提供受保护卫星通信，在北极地区（北纬65度到北纬90度）主要由增强极地系统（EPS）向少量战术用户提供服务。为了实现受保护卫星通信的弹性容量、采购灵活性以及行动灵活性，美国空军目前正在分析新的体系结构，考虑这一战略战术体系的替代方案。其中，受保护战术通信将迁移至受保护抗干扰战术卫星通信（PATS）系统，利用受保护战术波形支持战术服务，未来受保护战术通信系统还将同时覆盖中纬度与极地地区。

美空军正在探索新的战术卫星通信架构，支持受保护抗干扰战术卫星通信。PATS通信架构见图1。PATS将向良好环境及竞争环境中的战术作战人员提供全球范围的超视距、抗干扰及低截获概率（LPI）/低检测概率（LPD）通信。PATS利用分布式规划及运行架构并利用受保护战术波形（PTW）解决受保护战术通信能力中的关键差距。PATS通信架构中使用现有具备PTW能力的新型调制解调器宽带终端或未来针对特定用途的PTW终端。

PATS主要由三个要素组成：受保护战术服务（PTS），利用专用空间能力和全处理有效载荷实现PTW通信；受保护战术企业服务（PTES）则是通过WGS（全球宽带卫星）卫星及商业通信卫星实现受保护战术波形（PTW）运行的地面系统；受保护战术波形（PTW）是PTS系统的基础，是PATS运行概念的推动因素。美军将向PTW迁移，确保向竞争降级环境中的联军及盟军作战人员提交高容量受保护战术卫星通信。

美政府计划通过三个阶段实现PATS。PATS WGS阶段利用受保护战术企业服务（PTES）通过现有WGS卫星在X和Ka波段实现PTW通信。PATS商用阶段将扩展PTES系统，通过商业卫星通信支持PTW，提高弹性及灵活性。PATS受保护战术服务（PTS）阶段将利用专用空间能力，通过全处理有效载荷实现PTW通信。

 

（1）受保护战术波形（PTW）

在2012到2014年期间，美军空间与导弹系统中心（SMC）成功进行了受保护战术波形的开发和演示验证，目前正在为实施受保护战术波形奠定基础。下一代受保护战术通信系统方案的核心，是通过耦合AEHF系统上的军用高数据速率（XDR）波形标准与商业通信中广泛采用的数字视频广播-卫星标准2（DVB-S2）通信体制，开发出一种不依赖于通信卫星体系架构的受保护战术波形。这也就意味着通过使用该波形，即使是不具备受保护卫星通信能力的WGS卫星以及普通透明转发式商业卫星，只要在终端更换调制解调设备（变为受保护战术波形调制解调器），并加装加密模块（ECU）就能够实现良好的抗干扰水平。受保护战术波形设计采用跳频扩频（FHSS）技术提供更强抗干扰能力，具有以下几个显著设计特征：

• 支持高风险环境中前向用户非密终端开发；

• 支持多卫星通信体系结构，从简单的转发器卫星（WGS卫星或商业卫星）到未来复杂的全处理卫星。

• 通过基于表格的传输安全模式支持多用户组。在这种设计中，如果一个终端受损，对任务的影响仅仅局限在特定的用户组。受影响用户组中的其他终端可以快速更新密钥；

• 具有跳频能力，从波形角度来看，与当前受保护系统的抗干扰能力相当。其他抗干扰性能差异取决于空间有效载荷设计、跳频带宽及不同频率的衰减损失（Ku、Ka或EHF）；

• 通过短帧交织器支持前向（下行链路到用户）抗干扰能力。这一新的特性将确保指控抗干扰能力的鲁棒性；

• 在不干扰WGS卫星或商业卫星现有用户的情况下，支持固定频段间的非邻接带宽跳频能力，这一特性将为卫星运行带来更大的灵活性；

• 采用具有某些非密军用专用波形特征的第二代数字视频广播卫星（DVB-S2）商业标准，以及利用卫星的数字视频广播返回信道（DVB-RCS）。通过引入多家业界供应商，生产空间系统和终端系统可负担的调制解调器。由于引入了多厂商的竞争，预期调制解调器成本将低于现有费用；

• 用PTW抗干扰调制解调器能够替换当前宽带、非跳频调制解调器，通过替换调制解调器，向当前宽带终端或商业终端提供抗干扰能力，这是近期一种经济适用型过渡方案。

• 为提供针对多种不同威胁的抗干扰保护，PTW波形使用低前向纠错码（FEC）和信道交织技术，对抗部分频带干扰机和部分时间干扰机，提供鲁棒性通信。PTW波形允许终端由非密人员操作，并可在作战前沿部署PTW终端。

（2）受保护战术企业服务（PTES）能力需求

美空军正在寻求实现PTW运行的地面系统，这一新能力称为受保护战术企业服务。PTES是一个集成系统，包括任务管理系统、密钥管理系统以及网关Hub。

• PTES将利用兼容PTW的调制解调器或终端向WGS用户提供受保护战术通信服务；

• PTES必须符合空间作战概念（SWC）准则和企业地面服务（EGS）标准；

• 任务管理系统安装在美国防信息系统局国防企业计算中心（DISA DECC）站点（一级站点和二级站点）商业现货产品服务器上，需要为PTES系统进行任务规划，生成密钥及配置文件并分发到Hub和终端，对PTES服务和系统部件进行状态监控，向外部用户提供状态感知数据；

• 密钥管理子系统包括终端加密单元（ECU）硬件（B套加密），需要向美国家安全局（NSA）密钥管理基础设施（KMI）请求密钥包，为PTES任务管理系统、PTES Hub及用户终端处理及生成密钥包，安装在DISA DECC站点（一级站点和二级站点）商业现货产品服务器上；

• Hub包括系统控制器、兼容PTW的Hub调制解调器、ECU以及二层交换，通过PTW提供用户终端和访问服务网络及国防部信息网络之间的连接，包括动态资源分配（DRA）算法自动适应气候、干扰及流量需求方面的变化，在分散的WGS网关为每颗WGS卫星提供全球范围覆盖，在现有WGS网关利用现有天线和国防信息系统局基础设施进行安装；

• PTES架构及设计未来必须能够从PATS WGS阶段扩展到PATS商业卫星阶段及PATS PTS阶段。

（3）受保护战术服务（PTS）卫星通信能力需求

为满足日益增长的受保护战术卫星通信容量需求，SMC正在征求受保护战术服务的概念和方法，范围从搭载有效载荷、小卫星到高通量受保护战术波形卫星。

PTS空间段符合空间企业愿景（SEV）准则，范围从搭载有效载荷、小卫星到高容量卫星（自由飞行器），包含如下能力：

• 抗干扰及低截获概率（LPI）/低检测概率（LPD）/低利用概率（LPE）；

• 与PTW和NSA B套加密兼容；

• 全处理型有效载荷，采用EHF及Ka波段上行链路、SHF Ka波段（20GHz）下行链路二层交换，提供灵活性并提升系统容量。美军正在探索将X波段上行和下行链路作为可选功能；

• 卫星通信覆盖范围从南纬65度到北纬90度；

• 有效载荷具有端对端架构，包括有效载荷任务管理、有效载荷状态检测和指挥以及加密/安全保护（即物理、电气、数据以及主要防护）；

• 对于高通量卫星，每颗卫星吞吐量高于1.6Gbps；

• 对于搭载有效载荷以及小卫星，吞吐量高于400Mbps。

PTS地面段符合企业地面服务（EGS）架构，具有遥测、跟踪及指挥（TT&C）组件（必需）、任务管理系统（MMS）、密钥管理系统（KMS）及网关系统（GWS），包括以下能力：

• TT&C提供有效载荷指控、终端及有效载荷密钥更新、用户星历信息生成及分发、有效载荷资源监控以及有效载荷时钟时频管理；

• 对于自由飞行器方案，TT&C提供总线指控；

• 任务管理系统提供战术卫星通信任务规划及卫星资源规划；

• 密钥管理系统向终端及有效载荷分发加密密钥（NSA B套加密）；

• 网关系统向北极地区以及中纬度/赤道地区作战人员提供连接到国防部信息网的受保护战术卫星通信。

系统具备地面及空间弹性能力，可针对全部已知威胁做出响应并能面对未来威胁：

• 对于自由飞行器方案，星上空间弹性能力包括第三方托管传感器，包括高效能电荷传感器。确保传感器数据及时分发到联合跨部门空间作战中心以及其他用户；

• 对于自由飞行器方案，具有进行飞行器重新定位同时保持关键通信的能力；

• 最大程度降低由于有效载荷故障或损失导致的通信降级；

• 具有抵制、检测并从多种赛博攻击中恢复的能力。

为给战场带来更高级别的战术军用卫星通信抗干扰保护，美空军提出受保护军事卫星通信可负担性风险降低设计，开始寻求利用军用或商用卫星提供安全通信服务能力的新方案。SMC随后签署了多份合同，为受保护的军用卫星通信设计服务，提供经济可承受的风险降低演示验证研究，随后开始进行产品研发。

之后美国空军开始筹划受保护战术卫星通信的下一步研究。受保护的战术部队现场演示验证（PTSFD）通过开发可由部队使用的成熟量产PTW调制解调器，升级当前已经部署的终端，如海军多波段终端（NMT）、WIN-T及空基终端。美国空军预计最早将于2018年在新型调制解调器和重新研制的终端上验证受保护战术波形（PTW）。

当前美空军希望通过受保护战术企业服务（PTES）项目开发一种任务管理、密钥管理以及网络Hub系统，通过WGS转发卫星传输受保护战术波形，未来扩展到商业卫星通信。

SMC计划利用从PTSFD及PTES获得的技术和最优方法转化到受保护战术服务项目中。通过星上有效载荷处理和天线设计，该项目将带来最先进的抗干扰能力并提高容量。

（1）受保护军事卫星通信可负担性风险降低设计（DFARR）（FY12-14）

美国空军于2012年启动了受保护军事卫星通信可负担性风险降低设计（DFARR）工作，寻求新的受保护卫星通信方案。该项研究及相关硬件/软件演示验证主要包括美国政府受保护战术波形与受保护战术服务系统概念研究。最终目标是开发一个灵活敏捷的系统，聚焦于服务军用卫星通信战术用户，利用受保护战术波形建造下一代受保护战术系统，满足美国国防部的多种服务需求，解决经济可承受性问题。具体研发工作包括：受保护战术波形开发、可负担的受保护空间段/地面段设计与演示验证、网关风险降低演示验证、任务规划与管理演示验证、终端设计与演示验证、终端加密部件开发与演示验证。这项工作还将支持直至2020财年的采办工作。

项目期间完成的工作包括：

• 开发试验性PTW调试解调器；

• 开发原型终端加密单元；

• 开发原型PTW处理有效载荷；

• 开发任务管理系统概念工具；

• 2013年12月通过WGS-6卫星成功完成PTW自环演示；

• 2014年3月通过Galaxy-18卫星成功完成PTW自环演示；

• 使受保护战术波形初始能力文件（PTW ICD）趋于完善。

（2）受保护的战术部队现场演示验证（PTSFD）（FY15-20）

2015年，美空军发布了受保护战术部队现场演示验证（PTSFD）项目，进一步推动受保护战术卫星通信研究，美空军新型PTW进入产品应用验证阶段。PTSFD演示验证向使用WGS星座和商业卫星通信的战术用户提供受保护通信能力。PTSFD开发并演示验证了一种兼容PTW的调制解调器现场可更换单元，采用嵌入式终端加密单元（ECU），可用于现有WGS认证终端。

PTSFD目标终端包括：

• 美海军多波段终端（NMT）；

• 美陆军战术级作战人员信息网（WIN-T）存在点（PoP）、士兵网络扩展节点（SNE）以及卫星终端拖车（STT）；

• 美空军地面多波段终端（GMT）；

• 机载宽带测试终端。

PTSFD项目目标包括：

• 开发终端调制解调器现场可更换单元（TM LRU）进行PTW性能测试；

• 演示验证宽带终端TM LRU升级；

• 演示验证通过转发器卫星支持PTS运行的技术能力；

• 演示验证PTSFD系统性能及能力，为未来采办建立基线。

PTSFD项目分为三个阶段。第一阶段包括终端调制解调器现场可更换单元（TM LRU）的设计、开发、出厂测试。TM LRU包括调制解调器及受保护战术波形嵌入式终端加密单元（PTW ECU）。PTW ECU实现主要安全功能。在第二阶段PTSFD关注焦点转移到对于政府设施兼容性演示验证-对于PTSFD指定终端的兼容性和集成性以及与政府地面端和测试床的兼容性。第三阶段以通过运行性WGS卫星以及商业卫星通信进行PTSFD的演示验证（使用集成TM LRU的终端）作为结束。

PTSFD项目期间进行的工作包括：

• 开发成熟量产PTW终端调制解调器现场可替换单元；

• 开发原型密钥管理系统、任务管理系统、Hub。

• 2018到2019年通过WGS使用NMT、GMT、WIN-T终端进行PTW验证。

美国空军已经授出多份合同，演示验证PTSFD项目，提高WGS星座以及商业卫星抗干扰能力。按照PTSFD合同开发并测试的硬件最终将得到部署。该演示项目结束后，将转入生产阶段，即对现有卫星通信终端进行升级。升级过程中将不改变现有终端的天线和射频前端，因此可大幅降低成本。2016年8月，SMC正式向雷声公司、L-3通信公司和卫讯公司售出价值1.1亿美元的受保护战术服务现场演示验证合同，三家公司将在2020年9月前，利用成熟量产的战术终端，完成受保护战术波形在WGS系统和商业通信卫星系统上的进一步演示验证

（3）受保护战术企业服务（PTES）（FY17-26）

2017年4月5日，美空军发布PTES项目来源寻求公告。美政府正在实施市场研究，确定这一需求的潜在来源。美政府预期在2018财年早期发布征求建议书（RFP），在2019财年授出合同，2023财年形成初步运行能力。美政府正在开发PATS测试床，支持PTSFD、PTES及PTS项目。

项目期间进行的工作包括：

• 开发运行密钥管理系统、任务管理系统、网络Hub系统；

• 2023财年部署单一战区PTW WGS服务；

• 2025财年部署全球范围内PTW WGS服务；

• 第二阶段中的商业卫星服务。

（4）受保护战术服务（PTS）（FY18-30）

2017年2月24日，美空军发布受保护战术服务（PTS）信息征询书（RFI），探索受保护战术服务卫星通信系统概念。美空军希望业界响应能够包括采购、实现以及迁移到PTS能力的策略及计划，能够减少风险、复杂性和成本。美政府计划2019财年开始原型试验，最早2023财年最晚2025财年进行PTS原型在轨演示验证。

项目期间进行的工作包括：

• 开发PTW处理卫星，改进抗干扰能力；

• 开发卫星遥测、跟踪及指挥；

• 升级任务管理系统/密钥管理系统。

美军下一代受保护战术卫星通信发展的主要思路是分散式发展途径，目标是发展经济可承受的、具有弹性能力的体系。

（1）考虑分解受保护卫星通信战略和战术功能

美军现有天基受保护军事卫星通信体系由传统的Milstar卫星和新的AEHF卫星星座组成，用增强型极地系统（EPS）作为补充。美军将更多利用AEHF卫星提供受保护带宽，逐渐脱离对上一代星座Milstar的依赖。

美军最近完成了受保护卫星通信服务备选方案分析（PSCS AOA)，分析了潜在国防部用户的受保护战略和战术军用卫星通信架构。美空军空间司令部负责一项PSCS AOA后续研究，评估未来弹性架构对应对现有空间威胁的裨益。美空军正在考虑分解战略和战术卫星通信任务，按照分散的思路，把战术和战略载荷分别放在不同的卫星上。未来架构可能包括为战略和战术用户分离卫星星座，因为他们的任务和需求明显不同。

目前美军正在研究AEHF的功能分解，将战略通信有效载荷和战术通信有效载荷分开部署，预计在2025年以后实现。

（2）借助非专用星座实现受保护战术通信

自2013年9月以来，美军已经成功演示了新型抗干扰的受保护战术波形。这实际上是将原来在星上完成的受保护功能部分分解到了地面上，新的抗干扰波形既可以在透明转发的商业通信卫星上传输，也可以在WGS军用卫星上传输。该方案将通过非专用星座实现受保护战术通信，提升系统的适用性和应用范围。当前美军正在利用成熟量产的战术终端，完成受保护战术波形在WGS系统和商业通信卫星系统上的进一步演示验证。

（3）在满足经济可承受性前提下提供受保护战术卫星通信

美军希望在预算削减的前提下，确保满足作战需求同时提升系统能力。美军在近年来的体系方案研究中多次提及经济可承受性。受保护卫星战术卫星通信也要在满足经济可承受性标准前提下开展研究。目前很多有效的技术解决方案成本很高，如果未来解决方案能够利用当前商用标准和方法，美政府就能扩大业界供应商的基础数据库，增加竞争性，从而带来可负担的受保护战术通信。SMC于2011年启动了下一代受保护战术通信系统的论证研究，研发新型的军民共用型传输技术，支持用普通商业卫星提供达到军方战术抗干扰要求的通信能力。受保护系统经济可承受性设计风险降低研究的主要内容就是低成本的受保护战术通信波形。

（4）建立企业地面服务标准

美空军空间司令部已经着手一项新的称为企业地面服务（EGS）的地面架构。EGS愿景是为地面系统提供通用规格参数和标准，打破多个针对特定任务烟囱式系统不能互操作的状况，变革当前现状。通过这一转变，空军空间运营者将能更好地对于威胁做出快速响应，并向作战人员交付所需空间能力。PTES将遵循EGS标准并成为EGS的一部分。

（5）空间段采用全处理型有效载荷实现受保护星上服务，增强星上处理能力

PTS空间段采用全处理型有效载荷，为用户终端提供受保护战术服务访问点，为共享正反向通信链路资源提供动态资源分配。全处理载荷可提高卫星容量，同时可为所有用户终端提供真实全网单跳多播连接。全处理载荷在弹性、连通性和抗干扰性等方面具有更大的优势。

（6）探索军用通信有效载荷搭载

利用有效载荷搭载，不仅可以节省成本，而且可以实现空间能力的分散，增强系统的弹性。美军在受保护战术服务空间段探索军用通信有效载荷搭载，适用宿主卫星包括：商业卫星、军用卫星、政府其他卫星、国际伙伴卫星。