军用卫星通信系统通信能力指标体系研究

刘旭光，孔德强，胡璟璟，许光飞

（解放军63880部队，洛阳 471003）

0 引 言

获取制天权是打赢信息化战争的根本。而要夺取并保持制天权，必须加强研发军事航天武器装备［1］。

通信卫星种类繁多，用途各异，与传统的军事通信手段相比，具有覆盖范围广、效费比好、组网灵活、便于实现多址连接、通信容量大、中继站少、可靠性高等特点。

但是，卫星通信系统耗资巨大、研制周期长，难度和风险极高，且随着人们对通信卫星在现代战争中作用的认识不断加深，建设规模和技术含量越来越大，建设难度也在不断增加，加之我国武器信息化建设与外军还有一定差距，不能完全适应未来战争的需求，开展顶层通信能力的评估研究越来越重要。

1 指标体系建立的原则及方法

由于军用卫星通信系统结构庞大，技术复杂，任务实时性强，评估所涉及的要素数量和层次都很多，而且评估军用卫星通信系统的能力不可能脱离对其自身技术性能的依赖。在分析、评价过程中，建立正确的指标体系是十分重要的，因为任何好的评价方法都难以弥补指标体系建立过程中存在的问题，建立效能评估指标体系时应遵循以下原则［2-3］：

（1）整体性原则

军用卫星系统是一个由通信系统联结起来的集无线电测控设备和计算机数据处理等设备于一体的复杂大系统，网内任一分系统或任一局部性能的变化都将对整个系统的工作性能产生一定的影响。因此，在建立该系统通信能力评估指标体系时，必须要着眼于系统整体。

（2）层次性原则

系统是有层次性的，评价系统的通信能力指标也应具有层次性。合理划分指标的层次性可以为量化指标和评价备选方案提供方便。

（3）适应性原则

系统的适应性和兼容性是军用卫星系统通信能力发挥的重要方面，建立和分析军用卫星通信系统通信能力指标体系时，不仅要重视指标体系内部各要素之间的关系，而且要考虑指标体系与任务环境的关系。

在实际应用中，并不是指标越多越好，关键要考察评价指标所起作用的大小。在选择评价指标时不可能把全部指标都考虑进去，只能选取一些最能反映系统优劣的指标，而剔除一些次要指标因素。指标的确定需要在动态过程中反复平衡，确定指标的基本方法，通常有下面3种：

（1）调查修改法

这是最一般的方法，这种方法先由专门的专家小组拟定初步指标集合草案，然后广泛地征询各方面的专家、用户及上级领导的意见，经反复修改而定。

（2）自顶向下法

在这种方法中，首先对给定的系统进行分析并确定系统的功能、系统的指标度量，然后对其进行可行性评估，最后进行反馈。自顶向下的过程是一个动态的、不断完善的过程。

（3）自适应渐进法

在自适应渐进法中，先由系统分析和评价人员拟定指标草案，邀请系统的设计和使用单位的专家提出修改意见，修改后建立评价模型，在评价的基础上参照过去的试验结果进行修正，经过反复修改，最后确定指标体系结构。

2 军用卫星通信系统结构和功能

军用卫星通信系统是一个综合性的一体化网络系统，服务不再限于一种卫星和一类用户，而是面向战略、战役、战术和作战各个层次，将信息的获取、传输、处理和分发能力综合纳入卫星信息网，向多种用户提供多种类型的信息，实现信息综合、网络集成、信息融合和提升。通信卫星作为军用卫星系统的神经中枢，担负着海陆空联合一体化作战的信息支援与保障任务，其能力指标必须充分反映对军用卫星系统总体通信需求。基于这些要求，按照信息的层次，系统的功能将系统由上到下分核心管理和处理层、攻防对抗层、信息处理层、信息获取层和用户层等几部分，如图1所示。

图1 军用卫星通信系统的功能分层

3 效能评估指标体系结构

军用卫星系统中通信主要是指利用通信卫星、跟踪与数据中继卫星或战场广播卫星等进行信息传输功能。而各种信息或数据的产生、传输、处理是建立在卫星通信链路基础上的。因此，军用卫星系统的通信能力主要可划分为通信覆盖能力、通信传输能力、信息的处理能力和信息的安全防护能力。依据上述指标体系建立的原则，全面考虑各种因素，确定体系功能和指标度量，采用自顶向下与自适应渐进相结合的方法，广泛征求各方面专家和用户的意见，在参考大量现有资料的基础上建立了指标体系的层次化模型结构，如表1所示。

4 能力评估指标的获取

要保证分析结果的可信，准确获取底层指标是关键。获取系统通信能力指标值的方法主要有解析法、仿真法、系统性能分析法等。各个指标的具体获取方法需依据其具体的物理含义和特性确定，概括起来主要分为以下几种情况：大部分性能指标可通过分析具体的通信卫星网的性能直接获得；一些与覆盖能力相关的指标可通过轨道仿真或相关仿真软件获得；一些定量的性能指标可通过分析具体的卫星系统的性能，利用该指标的具体解析计算模型直接获得。

（1）解析法

解析法是通过建立影响性能指标的数学模型，计算出实际系统的性能指标值。解析法的特点是用一组数学关系（公式、方程式等）描述最重要的变量和相互关系。对于通信卫星而言，涉及到用解析法获取实际指标值的指标包括单个卫星的覆盖范围和覆盖重复周期。例如，对于“覆盖范围”有关指标，可通过建立观测几何关系，实现对经纬度覆盖值的解析计算。

表1 效能评估指标体系

（2）轨道仿真法

对一些与通信时间相关的指标，尽管可以对单个指标建立相应的解析近似公式，但对于复杂的多星组网通信问题，用轨道仿真方法是更好的选择。轨道仿真方法一般是通过编制卫星轨道计算软件或利用专用的卫星系统分析软件来实现。本文涉及到用此方法获取量化指标值的指标主要有最大通信时间、平均覆盖间隙、覆盖范围和覆盖百分比等。这些值是通过在仿真周期内得出数据后，统计计算得出。

（3）体系性能分析法

系统性能分析法强调装备系统的某些典型性能指标，并进行适当综合来描述系统的效能，主要包括性能对比法、专家评分法、指数法等。系统性能分析法简单易行，可以作为分析的补充，比较适合于方案论证阶段的武器系统效能评估。本文中可对指标建立评价函数模型，通过确定指标权重，模糊处理，进行效能评估。此外涉及到不易计算量化的指标利用此方法获取实际指标值的指标主要有频段范围、最大机动通信速度、服务时间、互操作能力、防护能力和处理能力方面的指标值等。

5 结束语

本文是对军用卫星通信系统评估指标体系的初步探讨和研究，讨论了军用卫星通信系统的功能组成和需求，初步归纳提出其通信能力的指标体系，并阐述了其中的关键性能指标获取的方法，为军用卫星系统通信能力评估研究打下一定基础，也为建立能力指标体系提供了有效的方法。

［1］ 许建南，陈康，王来和.加速我军战略转型中航天武器装备发展思考［A］.航天装备十年发展暨第四届军事航天 学 术 研 讨 会 论 文 集 （中 ）［C］.北 京，2008：121-125.

［2］ 许志明，卢昱，邹利鹏，等.空间信息网络对抗效能评估指标体系研究［J］.技测技术，2005，25（2）：11-13.

［3］ 陈浩光，秦大国，李云芝.军用卫星系统效能评估的基本原则与方法研究［J］.指挥技术学院学报，2001，12（2）：27-30.