美新一代军用通信卫星在轨能力及发展趋势分析（上）

+ 方志英



卫星军事

美新一代军用通信卫星在轨能力及发展趋势分析（上）

+ 方志英

一、概述

近年来，美国军事通信卫星一直保持平稳求进的发展势头。美国目前建成了体系完备的军事通信卫星体系，以宽带、窄带、防护、中继等专用卫星系统为核心，确保关键军事卫星通信服务的连续性和可获得性。同时，以其他手段为补充，借助快速响应小卫星来满足战术应用需求、通过商用通信卫星来弥补军事容量的不足。整体而言，美国的军事通信卫星覆盖UHF、SHF和EHF等各频段，具备全球范围常态化覆盖和关键地区多重覆盖能力，无论是从体系完备性和在轨数量角度，还是从系统指标与系统应用能力的角度，美国都处于绝对的领先地位。

从近年来的发射情况看，美军持续推进新一代军事通信卫星的更新换代，且更新步伐加快，新一代卫星的比重不断增长，无论是从技术体制、传输速率还是从系统容量、抗干扰能力上均有明显跨越，远超上一代卫星，部分系统已实现初始作战能力。截至2016 年1月，美国军用通信卫星现在轨共计51颗，分属9个系统。其中新发展的更新换代军事通信卫星涉及宽带、窄带、防护、中继、快速响应（技术试验）5个方面，共计20颗。

二、美国新一代军用通信卫星

1.宽带通信——宽带全球卫星通信系统

（1）宽带全球卫星通信系统空间在轨及部署情况

宽带全球卫星通信（WGS）系统是工作在超高频频段的新型大容量卫星通信系统，旨在用X频段替代国防卫星通信系统（DSCS），用Ka频段替代全球广播业务（GBS）系统，大大简化了组网规划。截至2016年1月，WGS共计在轨7颗，均位于同步轨道上，部署位置分别为东经174.8度、东经60.2度、西经12.0度、东经88.4度、西经52.6度、西经135.2度、西经115.0度。下表1列出了每颗WGS的具体发射时间。

（2）WGS系统通信能力分析

WGS在轨卫星共7颗，除两极外基本实现了全球覆盖，同时对重点区域采用了双重覆盖的宽带通信保障。如图1所示，WGS主要覆盖范围包括了太平洋、印度洋、大西洋与美国大陆。

表1 WGS系统发射一览表

图1 WGS系统覆盖范围示意图

WGS是美国国防部容量最大的卫星通信系统，其通信能力是第三代国防卫星通信系统（DSCS3）的10倍以上。WGS卫星可提供X和Ka频段双向宽带通信、Ka频段单向广播和Ka频段空基情报、侦察和监视平台数据回传三大业务。采用点波束、相控阵和数字信道化技术，极大提升卫星容量，单星容量可达3.6Gb/s，超过现役DSCS3卫星总和。自WGS-4卫星起，后续卫星均配备射频旁路载荷，增强对空基情报、侦察和监视平台高速数据上传的支持能力，最低数传速率可达274Mb/s。

WGS所提供的服务不但是DSCS3和GBS两个宽带系统的延续和补充，而且通信能力大大提高，将为战场上的部队提供额外的、以网络为中心的通信能力，并将成为高数据率卫星通信系统的关键要素，如表2所示为WGS与DSCS3的通信能力比较。

表2 WGS与DSCS3的通信能力对比表

WGS星座的最大特点是其星上Ka频段和X频段天线能够通过星载数字化信道选择器实现互连。数字化信道选择器可对整个卫星的通信带宽进行信道分配，且每个子信道间均可实现相互交链。因此，该星座覆盖区域内的任何一个上行信号，都可以连接到任意一个或者多个下行覆盖区域，从而赋予系统高度的灵活性，使美军部队及其全球盟军的宽带通信能力实现数量级的跃变，且不受所在作战区域的地理环境限制。

（3）WGS未来发展计划

WGS于2001年1月由波音公司进行研制，并计划建造5颗业务卫星和1颗备份卫星，但由于2009年美军取消了下一代宽带卫星通信系统“转型卫星通信系统”（TSAT）的研制计划，使WGS计划得到了大幅度扩张，计划卫星数量增加到10颗。该系列正在研制的第9颗卫星与WGS-6一样是国际合作卫星，这种模式增强了盟军联合作战的互操作性。WGS系统的首颗卫星于2007年10月发射升空，当前已有7颗WGS卫星升空，从第8颗起，系统还将进一步升级，增加新的数字信道选择器，继续提高卫星容量。第10颗卫星也已经采购。美军还希望再采购两颗，形成由12颗卫星组成的星座，全面入轨要到2018年左右。

2.窄带通信——移动用户目标系统

（1）移动用户目标系统空间在轨及部署情况

移动用户目标系统（MUOS）是美军下一代窄带卫星通信系统。该系统仍采用UHF频段，可为美军方和民用机构提供目前尚未实现的移动通信能力。新的波形和算法能够使像蜂窝电话大小的设备在密林和恶劣天气条件下仍能获得良好的通信质量。截至2016年1月，MUOS共计在轨4颗，均位于同步轨道面上，部署位置分别为西经178.3度、西经101.2度、西经16.0度、西经173.3度。表3列出了每颗MUOS的具体发射时间。

表3 MUOS发射一览表

（2）MUOS通信能力分析

MUOS在轨4颗，主要覆盖范围包括了太平洋、印度洋、大西洋与美国大陆。此外，在美国海军

“2014冰原演习”期间，MUOS卫星提供了近150小时的安全数据链接，首次将稳定的卫星链路传输能力扩展到两极地区。

MUOS卫星采用透明转发体制和宽带码分多址（WCDMA）空中接口，数据处理和交换均在地面完成，美军计划在美国本土、夏威夷、意大利和澳大利亚等地建设多个地面站，地面站之间通过光纤连接，配合空间段卫星形成覆盖全球的窄带卫星通信系统。MUOS卫星采用空间大型可展开天线和宽带码分多址体制，提升了链路通信速率和系统容量，单星可支持4189个标准速率终端同时接入，超过了现役UFO卫星总和。

图2 MUOS覆盖范围示意图

在MUOS未来具备的一系列作战支持能力中，最为典型的战场运用将是动中通与网络化能力。该系统能够与高速机动部队和战场网络链接，从而实现动中通，保证高速机动部队之间、高速机动部队到基地之间话音与数据的点对点通信。MUOS能满足美军对提供运动中通信的迫切需求，可以让地面的每个连队的无线电台能够利用MUOS通信。此外，其采用与反辐射信号结合的技术，可自动消除辐射与频率干扰，从而增强城市作战能力。

（3）MUOS未来发展计划

MUOS计划由5颗静止轨道卫星组成的星座构成，其中4颗在轨工作卫星，1颗在轨备份卫星。

MUOS-4初步完成部署，使得MUOS网络几乎能够覆盖全球。装备MUOS终端的机动部队，能够相互通信，包括话音、数据以及图像通信。MUOS-4将会在2016年春重新定位到其在轨位置运行，为运行验收做好准备。该卫星将加入到分别于2012年、2013年、2015年发射的三颗MUOS以及四个地面站组成的网络中。MUOS-5在轨备用星将于2016年发射。

MUOS一旦建成，它提供的通信能力是传统超高频通信卫星系统的16倍，将形成确保接入、组网通信、动中通、联合互操作、全球覆盖、点对点通信、广播和两极覆盖的作战能力。目前已部署的55000多部雷达终端可通过升级来兼容MUOS网络，其中多数雷达仅需进行软件升级。

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