美軍衛(wèi)星通信的抗干擾技術(shù)演進(jìn)

導(dǎo)讀：雖然美軍十分重視衛(wèi)星通信在戰(zhàn)場(chǎng)上的作用，但長(zhǎng)期以來，美軍的通信衛(wèi)星其實(shí)都缺乏抗干擾設(shè)計(jì)。海灣戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)期間，美軍租用過許多商業(yè)衛(wèi)星，這些衛(wèi)星都沒有抗干擾能力。目前，積極建設(shè)的WGS衛(wèi)星抗干擾能力也不佳。為了解決該問題，美軍已經(jīng)計(jì)劃將AEHF衛(wèi)星的抗干擾波形逐漸移植到其它衛(wèi)星上(商業(yè)衛(wèi)星、WGS衛(wèi)星等)，為它們提供抗干擾保護(hù)。

一、XDR波形

擴(kuò)展數(shù)據(jù)速率(Extended Data Rate，XDR)波形是美國(guó)軍方最復(fù)雜的抗干擾、低截獲通信波形之一，期初用于AEHF衛(wèi)星，為美國(guó)高層領(lǐng)導(dǎo)提供復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下的抗干擾通信。XDR支持的最大通信速率可達(dá)8.192Mbps，是MDR波形的五倍以上，使得衛(wèi)星通信不再局限于語音和低速數(shù)據(jù)。

XDR波形采用了跳頻擴(kuò)頻(FHSS)技術(shù)和低截獲/低檢測(cè)(LPI/LPD)設(shè)計(jì)，通過頻率快速變化和波束窄化，使通信信號(hào)在敵方強(qiáng)電磁壓制下依然具備生存能力。更重要的是，XDR波形內(nèi)嵌先進(jìn)的加密機(jī)制和用戶認(rèn)證協(xié)議，所有通信內(nèi)容均通過信息安全模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)加密和身份認(rèn)證，從技術(shù)上確保了指揮數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性與合法性。

二、PTW波形

受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形(Protected Tactical Waveform，PTW)在XDR的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)，可用于美軍其它通信衛(wèi)星和商業(yè)衛(wèi)星，它是提升戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信抗干擾能力的核心所在。PTW主要是通過耦合AEHF衛(wèi)星系統(tǒng)上采用的XDR波形標(biāo)準(zhǔn)與廣泛采用的數(shù)字視頻廣播-衛(wèi)星標(biāo)準(zhǔn)2(DVB-S2)商業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，得到一種新型通信波形。

PTW模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

該波形吸納了XDR波形中的跳頻擴(kuò)頻(FHSS)抗干擾技術(shù)特點(diǎn)，同時(shí)采用DVB-S2的高頻譜利用率設(shè)計(jì)，取兩者的優(yōu)化折中，可在大幅提升戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信的抗干擾能力的同時(shí)，提供較高的通信速率，滿足大容量的通信需求，并且可工作在多重頻段下(C-X-Ku-Ka等)。

PTW不依賴于通信衛(wèi)星體系架構(gòu)，這就意味著，使用該波形，即使是不具備防護(hù)能力的WGS衛(wèi)星以及普通商業(yè)衛(wèi)星，只要在終端更換調(diào)制解調(diào)設(shè)備(變?yōu)镻TW調(diào)制解調(diào)器)，并加裝加密模塊，就能夠?qū)崿F(xiàn)良好的抗干擾水平。

麻省理工學(xué)院的Brian J. Wolf等人曾在文獻(xiàn)《Implementation and Testing of the Protected Tactical Waveform (PTW)》中提到了PTW波形具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

采用頻率跳變和時(shí)間交織(Time Interleaving)，提高抵抗頻帶干擾和定向干擾的能力;

使用DVB-S2模塊編碼，提供高效的前向糾錯(cuò)(FEC);

支持靈活的鏈路自適應(yīng)策略，在不同信噪比條件下動(dòng)態(tài)改變調(diào)制與編碼策略;

通過Suite B加密標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)覆蓋保護(hù)，不同用戶群使用不同密鑰流區(qū)分。

三、PTS-P有效載荷

2022年，波音公司紹了其抗干擾有效載荷的最新設(shè)計(jì)，該載荷稱為受保護(hù)的戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信原型(PTS-P)有效載荷，它可提供干擾機(jī)地理定位、實(shí)時(shí)自適應(yīng)調(diào)零、跳頻和其它技術(shù)，以自動(dòng)對(duì)抗干擾，使作戰(zhàn)人員在有爭(zhēng)議的戰(zhàn)場(chǎng)上保持聯(lián)系。PTS-P將搭載在太空軍的寬帶全球通信衛(wèi)星(WGS)-11上。波音公司將WGS上集成的抗干擾能力稱為“受保護(hù)的寬帶衛(wèi)星設(shè)計(jì)”。

波音公司的工程師還展示了其基于衛(wèi)星的智能天線技術(shù),該技術(shù)可檢測(cè)敵方干擾機(jī)并自主調(diào)整衛(wèi)星波束以抑制敵方干擾機(jī),同時(shí)保持與友軍PTS終端的通信。下圖展示了該技術(shù)如何在干擾環(huán)境中提供安全通信。俄烏沖突期間，星鏈可能也采用了這種抗干擾方式。

智能天線抗干擾

PTS-P基于PTW波形設(shè)計(jì)，將成為美國(guó)軍方受保護(hù)戰(zhàn)術(shù)波形(PTW)的第一個(gè)天基樞紐。PTS-P的機(jī)載測(cè)試計(jì)劃于2025年進(jìn)行，隨后即可過渡到實(shí)際使用。波音表示：“PTS與所有現(xiàn)有的WGS用戶終端無縫協(xié)作，同時(shí)允許在戰(zhàn)區(qū)逐步部署PTW的調(diào)制解調(diào)器。

總結(jié)：PTS-P載荷是美軍抗干擾衛(wèi)星的第一個(gè)重要成果，未來它將逐步應(yīng)用于WGS和其它商業(yè)衛(wèi)星，徹底結(jié)束美軍衛(wèi)星通信缺乏抗干擾設(shè)計(jì)的局限性。同時(shí)，美軍在建的PWSA星座將支持Link16數(shù)據(jù)鏈傳輸，Link16也具備極佳的抗干擾能力。未來，美軍的衛(wèi)星通信將普遍采用抗干擾設(shè)計(jì)，以應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境。(來源：北京藍(lán)德信息科技有限公司)