美军通信卫星系统概述

    随着信息技术的发展，未来信息化战场面临着更多的挑战。美军大力投入空天地一体化组网和抗干扰关键技术研究，充分说明美军争夺战场制信息权的决心。空天地一体化网络能够显著提升战场通信网络的生存能力和传输效能，在此基础上发展抗干扰能力将进一步提升战场通信的有效性和可靠性，为美军占领战略制高点奠定基础。美军以“1+1+3”的模式来实施其体系转型思路，即“1”是指下一代的战略通信卫星研发项目，“1+3”是指下一代战术通信卫星系统的1 项波形技术与空间、地面、用户3个段的研发、升级与改造项目，5 个项目相互独立但又互为支撑，以提高整个军用通信卫星体系的防护能力为目标，分批、按序实施。

一、美军卫星通信系统发展基本情况

美军宽带卫星通信系统（WGS）

    WGS是美军重要的全球宽带卫星通信系统，可以为普通士兵、船只、飞机提供宽带通信服务。该系统原计划发射10颗卫星，2018年美国国会又增购了两颗，预计在2023年前组网完毕。从2007年10月到现在，该系统一共发射了10颗卫星，形成了全球覆盖能力，可为美国、加拿大、新西兰等参与国的军方在南北纬65°之间提供高速宽带通信服务。

    WGS的卫星采用波音－702HP卫星平台，发射质量5900千克，设计寿命14年，单星造价3.5亿美元，卫星采用X波段和Ka波段进行通信。前3颗WGS卫星命名为WGS BlockI卫星，可处理35条独立125MHz信道，3条47MHz以及1条50MHzX频段全球覆盖信道，卫星通信容量可达3.6Gbit/s，超过其前一代宽带通信系统（DSCSIII）布置的8颗卫星的总和，双向通信速率1.4Gbit／s，广播速率24Mbit／s，数据回传速率274Mbit／s；随后的4颗卫星，即WGS－4、5、6、7为BlockII星，增加了2条独立于主载荷的400MHz信道，通信容量达到6Gbps；最后的WGS－8、9、10命名为WGSB lockIIA，进行了信道化器升级，所有通过WGS信道化器升级的信道都从125MHz提升到了500MHz，单颗WGS卫星的可用带宽几乎翻倍，容量可达11Gbps,该系统代表了美国宽带军事卫星通信最高技术水平。

波音公司702系列卫星平台

    每颗卫星采用的多波束天线都可以提供19个独立的覆盖区域，包括8个相控阵X波段天线和10个双向万向节天线。卫星的电源系统采用三结砷化镓太阳能电池翼，总长度41米，EOL功率可达11千瓦，采用锂离子电池储存电能。其双组元动力系统采用的R-4D主机以MMH/N2O4为燃料，可提供490牛顿的推力。发动机长0.55米，直径0.28米，未加推进剂状态下质量为3.63千克。发动机提供312s的特定脉冲，推力重量比为13.7，膛室工作压力6.9巴。电推进系统采用XIPS-25氙离子推进器，功率在1.3kW和4.5kW之间变化，推力高达165毫牛顿，特定脉冲为3,500秒。

    支持WGS的卫星通信终端主要是美军的战术及单兵信息网（WIN-T），可提供指挥、控制、通信、计算、情报、监视以及侦察（C4ISR）功能，具有移动性、安全性、无缝性、生存能力强以及能支持多媒体战术信息系统等特点，能确保美国陆军能够在战场上任意位置实现机动通信能力及组网能力。

    WIN-T终端通信网络 ，2004年9月，为进一步加速系统开发，美国陆军整合了“通用动力政府系统”公司和洛马公司的力量，共同开发该系统。经过三个阶段的研发，WIN-T通信终端已于2016年下半年和2017年初装备首批军方用户，可为战区指挥所、固定枢纽和联合网络节点提供通信保障。正在改进的“增量4”会使WIN-T利用转型通信卫星（TAST）系统提高通信能力，提供更大的信息吞吐量。

WIN-T的几种配置

美军窄带卫星通信系统（MUOS）

    美军窄带卫星通信系统（MUOS）主要服务于全球战术通信，包括途中紧急通信、战区内通信、情报广播和战斗网无线电的距离扩展等提供支持。窄带卫星通信电台可跨梯队连接战术作战中心，并为远离主力部队的远程监视部队及陆军特战部队提供支持。

    美军上一代窄带通信系统“UFO”已经处于退役状态，新一代“移动用户目标系统(MUOS)”对网络体系结构和波形进行了优化设计，实现了网络化战术通信，是美军现役窄带军用卫星通信的核心系统。MUOS包含5颗卫星，其中1颗为备份卫星，2012年到2016年每年发射一颗，现已完成组网。

MUOS系统分布与通信示意图

    MUOS系统所用的卫星基于洛马公司的A2100卫星平台，在轨质量为3,812千克，发射质量为6,740千克，尺寸为6.7m×3.66m×1.83m。MUOS拥有澳大利亚，意大利，弗吉尼亚和夏威夷四个地面接收站。每个地面站通过Ka频段馈线链路服务于四个有源卫星中的一个，下行链路为20.2-21.2GHz，上行链路为30.0-31.0GHz。

A2100卫星剖面图

    该卫星采用三轴稳定装置，配备了姿态确定和控制系统，可提供精确的指向能力。卫星推进是通过以IHIBT-4主机为中心的系统完成的。BT-4由日本IHI航空航天公司开发，干质量为4千克，长度为0.65米。该发动机使用单甲基肼燃料和氮氧化四氮氧化物提供450牛顿的推力。除主发动机外，MUOS还配备了反应控制推进器，安装在反应发动机组件上。发动机燃料为肼的混合物，用于BT-4燃烧期间的姿态控制以及GEO中较小的轨道调整操作和漂移操作。

    在用户段，MUOS终端的设计开发由通用动力公司JTRS部门负责。JTRS为MUOS研发了两种类型的终端，JTRS HMS和JTRS AMF。2012年2月，美国通用动力C4系统使用首个嵌入MUOS卫星通信波形的JTRS HMS型双通道网络电台AN/PRC-155，率先完成了语音和数据信息的安全发送，该电台是开发成功的首个为士兵所用的MUOS通信终端。

通用动力公司AN/PRC-155单兵背负式MUOS通信终端

    通用动力AN/PRC-155单兵背负式电台的上端面板，设有3个天线接口、2个手持接口、简易操作键盘、液晶显示屏、电源开关及2个音量调节旋钮。操作简单，可增强士兵的态势感知能力，提高作战效率。AN/PRC-155单兵背负式电台已经完成小批量试生产阶段，并成为美国陆军列装的第一种双信道无线电台。

美军现役受保护卫星通信系统（Milstar/AEHF）

    “军事星”（Milstar）是“军事战略战术中继卫星系统”的简称，它由洛马公司和波音公司联合研制，是一种极高频对地静止轨道军用卫星通信系统。“军事星”目前已研制并发射了两代6颗星，第二代“军事星”仍在使用中。

    第一代“军事星”分别于1994年2月和1995年11月发射升空，入轨后定位于120°W和4°E的相对静止轨道上。第一代“军事星”重约4.67吨，太阳帆板输出功率为8kW，设计寿命为7年，现已退役。第二代“军事星”以战术通信为主，与第一代“军事星”不同，第二代“军事星”在轨寿命达10年以上，且具有很好的超期服役潜力。由于需要良好的抗干扰通信能力，所以它同时配置了LDR和MDR（中速率通信载荷）有效载荷，并采用调零天线，具有较强的战术通信能力。

     “先进极高频”(AEHF)卫星也称为第三代军事星，用来替换第二代“军事星”(MilstarⅡ)，属于受保护抗干扰通信卫星，其信息传输能力是现役第2代“军事星”的10倍，每颗AEHF卫星价格只有“军事星”的一半，大约5.8亿美元，设计寿命15年，搭载在宇宙神-5号火箭上发射。卫星同样采用洛马公司的A2100平台，其有效载荷总功率6kW，上行链路工作频段44GHz，下行链路工作频段20GHz。AEHF采用现有的Milstar低速数据速率和中速数据速率信号，速度分别为75-2400bit/s和4.8kbit-1.544Mbit/s。它还集成了一个新信号，允许的数据速率高达8.192Mbit/s，通信可覆盖极地地区。

    “先进极高频”(AEHF)通信系统于2010年8月12日发射了第1颗星，随后2012年，2013年和2018年分别发射了一颗，第五颗星由于其运载火箭“宇宙神-5”技术故障推迟到2019年8月后发射，目前尚未完成组网，已发射部分与“军事星”组合运行。

AEHF-4搭载宇宙神-5升空

    同MUOS系统类似，AEHF使用的卫星平台同样采用了电推进系统，包括4台用于轨道转移和位置保持的BPT-4000氖离子霍尔效应推力器——这与以往A2100平台系列采用电弧推进器不同。每个霍尔效应推力器质量7.5kg，尺寸约16cmx22cmx27cm，标称功率4.5kW，标称电压350V，推力约270mN，比冲1950s。

BPT-4000霍尔效应推进器

    与AEHF兼容的通信终端主要是美国“先进超视距终端系列（FAB-T）”，该系统旨在研制一系列适用于各种平台的宽带保密卫星通信终端。FAB-T能够兼容未来波形，软件和硬件也都采用了通用性标准。对软件而言，FAB-T是软件定义的，采用联合战术无线电系统的软件通信体系结构。

波音公司FAB-T终端

    2012 年6 月，FAB-T 首次完成了与在轨AEHF卫星的XDR、低数据率（LDR）通信试验。其后还将开发抗核加固能力，并完善功能，使其能够使用多种波形与AEHF、Milstar 星座通信。按照计划，FAB-T 未来将安装在固定或陆基（空基）移动平台上。2014年，由于波音公司的延迟和研发成本上升，美国军方开始资助雷声公司进行相应的竞争性研发工作。

美军未来受保护卫星通信系统（PATS/XDR）

    美军的下一代受保护卫星通信系统分为战略和战术两个部分。新一代战略卫星通信系统是AEHF系统的后继方案，包括战略XDR通信卫星星座和相关任务控制段。它具有弹性特征，支持扩展数据率(XDR)波形。XDR波形是美军目前最复杂的低探测率、低拦截率、抗干扰波形的一种，可扩展数据速率波形使得数据传输率比传统卫星系统的传输率提高5倍以上。该系统将为北极地区提供战略卫星通信支持能力并增强战略卫星通信的弹性。

美军战略与战术卫星通信系统规划

    目前美军没有独立的受保护战术通信卫星载荷，受保护战术通信由Milstar和AEHF系统提供，远不能满足美军需求，未来美军将建立单独的PATS系统提供受保护战术卫星通信服务。PATS将向良好及对抗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，并使用新的抗干扰战术通信波形（PTW）。

二、美军未来战术卫星通信系统

    美军计划通过三个阶段实现PATS。第一阶段通过改造现役WGS卫星系统的通信终端，建设初步的地面运行管理系统，在X和Ka频段运行PTW波形，实现未来10余颗WGS卫星的抗干扰通信能力；第二阶段将通过改造其他现役商业卫星系统通信终端，拓展地面运管系统，在C、Ku、Ka、等多个商业频段运行PTW波形，实现租用的商业卫星系统抗干扰通信能力；第三阶段将利用研制的专用型战术战术通信卫星，配合PTW波形、地面终端与建成完善的运行管理系统，提供更高级别的抗干扰战术通信。

    经过数十年的努力，美军已经拥有了世界上最完备的宽带、窄带、受保护卫星通信系统，为美军的战场通信和态势感知提供了极大的便利。但美国国防部依然认为这三大系统无法满足美军未来10年对卫星通信的需求，因此启动了一项改造现有军用卫星通信体系的长远计划，以加强美军现有通信卫星的抗干扰性和载荷容量，并积极论证了商业卫星的军用途径。其最终目标是提高美军通信卫星的弹性抗毁性和高可用性。 

    美军经过50余年的发展，建成了以宽带、窄带、抗干扰和中继四大系列高轨卫星为主，以低轨卫星星座等为补充的完备的军事卫星通信体系。

（一）宽带卫星通信系统

    宽带卫星通信系统主要解决高速率固定和机动通信（≥64千比特／秒）需求，为陆、海、空部队和武器平台提供宽带双向通信、信息高速广播和情报信息快速回传保障。自20世纪60年代起，美军先后发展了三代 “国防卫星通信系统”（DSCS），共发射57颗，目前在轨8颗。2001年启动“宽带全球卫星通信系统”（WGS）研制建设，用于全面接替DSCS。WGS共设计10颗卫星，由6颗卫星形成全球覆盖，4颗卫星增加系统容量，目前8星在轨。WGS－5卫星采用波音－702卫星平台，整星质量5900千克，设计寿命14年，单星造价3.5亿美元。卫星采用X和Ka波段，星上配置14副通信天线，单星通信容量高达3.6吉比特／秒，超过在轨8颗DSCS卫星总和，双向通信速率可达1.4吉比特／秒，广播速率可达24兆比特／秒，数据回传速率可达274兆比特／秒。该星代表了美国宽带军事卫星通信最高技术水平。

（二）窄带卫星通信系统

    窄带卫星通信系统主要解决低速率、小型化、大容量用户通信需求，为陆、海、空部队和武器平台提供战术移动通信保障。自20世纪70年代起，美军先后发展了“舰队卫星通信”（FLTSATCOM）系统和 “特高频后继星”（UFO）系统，共发射18颗，目前在轨8颗。2002年启动“移动用户目标系统”（MUOS）研制建设，用于全面接替UFO。MUOS共设计6颗卫星，由4颗卫星形成全球覆盖，1颗卫星在轨备份，1颗卫星地面备份，目前已完成 ４颗卫星发射，形成全球保障能力。MUOS采用洛克希德·马丁公司的A2100M卫星平台，整星质量6740千克，设计寿命10年，单星造价约5.5亿美元。卫星采用UHF频段，星上配置2副通信天线，单星通信容量达10.054兆比特／秒，支持4189个基本信道（2.4千比特／秒）移动用户终端同时接入，超过UFO卫星40余倍。

（三）抗干扰卫星通信系统

        抗干扰卫星通信系统主要解决抗干扰、防侦听、防截获、高保密和高生存能力用户通信需求，为战略和战术部队提供强对抗条件下的最低通信保障，是美军核力量指挥控制和通信的骨干通信手段。自20世纪90年代起，美军发展了“军事星”（Milstar）系统，共发射6颗，目前在轨5颗。1999年启动“先进极高频系统”（AEHF）建设，用于接替Milstar。AEHF设计使用6颗卫星形成全球覆盖，已发射3颗。AEHF卫星采用洛克希德·马丁公司的A2100M卫星平台，整星质量6600千克，设计寿命14年，单星造价5.5亿美元。卫星采用Ka和EHF频段，星上配置15副通信天线，单星容量430兆比特／秒，超过Milstar卫星10倍，最高通信速率可达8.2兆比特／秒。卫星采用星地一体化高速宽带跳频、相控阵跳波束天线、时域随机跳变、调零天线等先进技术，大大提升了抗干扰能力和灵活性。

（四）中继卫星通信系统

        中继卫星通信系统主要是美国国家侦察局的 “卫星数据系统”（SDS）。SDS是美军高度保密的卫星系统，主要为国家侦察局的成像侦察卫星、美军导弹预警卫星等提供数据中继服务；部分卫星搭载通信载荷，为美军高纬度地区的部队，特别是为分布于全球五大洋的战略核潜艇提供通信支持。自20世纪70年代起，美军先后发展了三代SDS，共发射18颗，目前在轨5颗均为第三代卫星。

（五）低轨星座系统

        为应对战场通信需求剧增，提升各种作战环境下卫星通信系统保障的灵活性和通信容量，美军还通过买断“铱星”（Iridium）（系统设计72颗卫星，含66颗工作卫星、6颗在轨备份卫星，目前70颗卫星在轨）卫星系统部分资源，补充军事卫星通信系统通信容量、保障手段、覆盖范围等不足。目前“铱星”后续规划已经出台，增加了电磁频谱感知等载荷，呈现出一星多能发展趋势。

（六）组织运用情况

        美军使用在轨通信卫星数量超过100颗，通过星间链路以及在本土、夏威夷、欧洲、西南亚和日本建设的信关站，构建了全球互联互通、天地一体的军事卫星通信系统。美军事卫星通信系统是其实施全球战略，保持信息化优势不可或缺的基础设施，是实施网络中心战的重要物质基础。据统计分析，美军已编配50多型6.7万余套窄带通信终端，4000余套各类宽带和抗干扰卫星通信终端。在此基础上，美国陆军构建了“战术士兵信息网”（WIN－T）系统，将各类卫星通信终端统一编配各级部队，通过通信卫星实现指挥所、作战部队、单兵以及武器平台之间的联通，构建了扁平化的指挥链路。美国海军构建了灵活的舰队指挥系统，在岸基站、舰艇、舰载机上，集成了 “海军多频段终端”（NMT）、各类窄带通信终端，其中战略核潜艇利用抗干扰卫星可移动波束进行安全保密的指挥控制通信。美国空军完成了作战、侦察、预警、运输、指挥等各类飞机和地面指挥中心装配和改装卫星通信终端的工作，其中C－135运输机和“全球鹰”无人机等平台使用宽带卫星通信终端，F－35战斗机和各种巡航导弹等高机动武器平台使用窄带、抗干扰卫星终端，实现了卫星通信装备战术应用。

三、美军卫星天地一体化抗干扰能力分析

    美军从政策上、经济上以及应用上对天地一体化网络的建设和应用投入了巨大的人力和物力，然而，能让美国如此自信的部署和使用上述网络，离不来该网络具有的强大抗干扰能力。通过对美军空天地一体化网络以及终端的抗干扰关键技术的分析，对美军当前服役和正在研发的技术特点总结如下。

（一）在扩、跳频综合智能抗干扰技术方向

    美军的发展趋势呈现了三个主要特点：

    第一，传统的扩跳频技术还在不断发展，如针对跳频系统跳速低、可用跳频频点数少、跳频带宽窄、抗多径干扰能力有限和信息速率低等问题，其发展方向是高速跳频、变速跳频等。

    第二，大量采用综合抗干扰体制及技术，其典型标志之一是跳频、直接序列扩频和跳时等基本抗干扰体制的综合应用，特别是在极高频及其以上频段更是如此。例如美国的JTIDS综合采用了高速跳频、跳时、直接序列扩频和纠错编码等多种反侦察和抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力。

    第三，采用智能抗干扰技术，在对电磁干扰环境进行实时认知的基础上，智能地对抗干扰通信系统参数、进行优化配置，采取最佳的抗干扰手段，使得通信系统更加灵活、更能适应电磁环境的变化、鲁棒性更强。

（二）在时频空码多域联合自适应抗干扰技术方向

    美军的发展趋势呈现了三个主要特点：

第一，空时频码能具备多域联合自适应通信能力，该技术通过对基于时域、频域、空域、码域的联合协同处理，从多个域区分通信与干扰信号，达到提高抗干扰能力的目的。目前美国现役装备中通常采用频率域和功率域的自适应，对于空时频码能多域联合自适应通信抗干扰技术的研究才刚刚开始。

第二，美国提出了一些具有创新性的自适应干扰抑制技术，如盲源分离干扰抑制技术和自干扰抑制技术。这些技术的提出为通信抗干扰技术的发展提供了新的思路。

第三，美国开始发展空域自适应抗干扰技术，由于该技术同时具有抗干扰、抗截获的特点，越来越得到美军的重视。

（三）在战术通信网抗干扰技术方向

美军正以认知无线电和认知网络为基础，朝着认知无线自组织网络、智能网络策略管理等技术的方向发展。

第一，由于自组织网络技术无需任何通信基础设施，能够实现机动通信网络的快速部署，且其具备的多跳、自组织、自治愈能力使网络具有很强的鲁棒性、扩展性和抗毁性。

因此，自组织网络技术非常适用于野外战场军事通信网的特定需求，已成为数字化战场机动通信的首选技术。如美军研制的战术级作战信息网络（WIN－T）、战术目标瞄准网络（TTNT）、灵活访问与安全传输（FAST）、联合战术无线互联网（JTRS）、自动化数字网络系统（ADNS）等作战通信系统都采用自组织网络协议、抗干扰物理波形和跨层QoS设计等多项技术措施，提高了传输系统的抗截获、抗干扰和服务保障能力。

第二，分布式智能策略管理可以根据网络条件的变化自适应调整网络行为，在很大程度上减少了人工干预，提高了网络适应性和可靠性，有效地加强了网络管理的功能，如美军的DRAMA项目，主要致力于设计开发一种具有分布式、智能化、支持策略管理等特点的移动无线自组网有效管理技术。

（四）在低截获抗干扰安全通信方向

美军的发展趋势呈现了两个主要特点：

第一，随着电子信息对抗技术的发展，对军用信息传输技术已呈现 “发现即可摧毁”的新威胁。因此抗干扰通信信号首先应该具有高隐蔽、低截获率，使得敌方难以从周围众多电磁信号、干扰和噪声的环境中识别出来。

第二，即使通信信号被敌方检测到，也应该充分保证信息的安全，传统的信息加密技术是在通信的应用层来保证信息安全，但通信物理层作为面临敌方威胁攻击的第一道防线，最新趋势是研究相应的通信物理层的波形设计和实现电路，从而增加对信息安全的防护。

（五）在军民融合的无线通信抗干扰新技术方向

美军的发展趋势呈现了两个主要特点：

第一，民用移动通信飞速发展，已经开始市场应用的第四代移动通信，以及正在标准化的第五代移动通信系统中，采用了大量的无线新技术，包括载波聚合、干扰对消、协同中继、大规模多天线系统（LSAS）、新型多载波调制波形与非正交多址接入等，为提高无线通信的性能（包括超高速传输数据速率（大于1吉比特／秒）、高频谱效率（10～100（比特／秒）／赫）、支持更多连接、更安全的服务质量及更低时延）提供了大量的技术手段。

第二，美国密切关注这些新技术在军事通信中的应用，期望在指挥、通信、侦察、对抗、遥感与控制、天地一体化等多个领域和方向扮演更重要的角色，支撑构建新一代军用多域协同智能信息网络。同时，合理利用先进的民用无线通信技术，可以有效地降低开发成本和周期。

（六）受保护战术卫星通信原型（PTS-P）有效载荷

2022年11月15日，美国波音公司宣布，该公司的工程师已经成功测试了受保护战术卫星通信原型(Protected Tactical SATCOM Prototype，PTS-P)有效载荷，展示了抗干扰的能力。

2020年3月27日，美国太空部队太空与导弹系统中心(SMC)分别授予L3哈里斯技术公司和雷神技术公司5亿美元的无限期交付、无限期数量(IDIQ)合同，用于开发并生产新型调制解调器。该型调制解调器能够处理为作战人员提供抗干扰通信能力的新型受保护战术波形(PTW)。根据该合同，L3哈里斯技术公司和雷神技术公司将进行卫星通信终端调制解调器Block 1的设计、开发、制造、集成、认证和测试工作，以满足美国空军和陆军安全、宽频带、抗干扰的要求。根据SMC最初的计划，初始Block 1系统的硬件开发工作将持续到2022年中，不过截至2023年2月尚无相关的最新消息公布。

SMC计划在Block 1完成开发后采购1500台Block 1调制解调器;之后可能还会再次订购2500台Block 2调制解调器。美国太空部队现计划在2024年发射PTS-P，随后进行在轨演示，原型有效载荷将展示PTS-P改进的远距离性能、减少的延迟以及其他执行现代战场任务的能力。PTS-P有效载荷集成和测试计划在2023年开始。波音公司的PTS-P具有美国军方抗干扰保护战术波形(PTW)的机载处理器,旨在为用户提供战区内的抗干扰能力和网络路由。波音公司正在利用其在基于模型的系统工程和数字工程方面的专业知识来设计敏捷、可扩展和灵活的解决方案,以满足不断增长的需求。迄今为止,波音团队已完成多项能力演示和设计审查,包括验证与政府提供的受保护抗干扰战术卫星通信(PATS)硬件和软件组件的互操作性。波音公司团队目前致力于2024年的发射和之后的在轨演示。

 

1）战略通信卫星研发项目：即美军于2017 年启动的“未来防护战略卫星通信系统”（FPSS）项目，旨在探索“先进极高频”（AEHF ）项目之后，专用型的防护战略通信卫星系统的平滑演进发展方案，目前正处于论证过程中。美军计划于2019 年售出合同，2029 年一季度具备首颗卫星的发射条件。

 

▲ 测试中的AEHF 卫星

2）抗干扰战术通信波形技术研发项目：即美军于2012 年启动的“军用卫星通信防护系统经济可承受性设计风险减低”（DFARR）项目，主要目的是开发一种新的抗干扰、大容量通信波形，称之为“防护战术波形”（PTW）。美军组织了16家企业研发和测试PTW，已在WGS－6（2013 年）和银河－18（Galaxy－8，2014 年）卫星上进行演示验证，该项目于2014 年底结束，波形技术已宣告研发成功。

 

3）抗干扰战术卫星通信用户终端改造项目：即美军于2014 年启动的“防护战术服务现场演示”（PTSFD）项目，主要目的是改造用户终端，使之能传输PTW 波形，具体涉及终端调制解调器和加密模块的研发，以及现役列装的终端改造升级工作。美军已于2016 年5 月向三家企业售出合同，开发量产型的PTW 调制解调器和加密模块，于2018 年开始对美陆海空三军现役的典型终端进行改造升级以及传输测试，将于2020 年提供完整的现役终端改造迁移方案。

 

4）抗干扰战术卫星通信地面段升级项目：即美军于2017 年启动的“防护战术企业级服务”（PTES）项目，旨在建立一套支持PTW 波形、终端和卫星的地面运行管理系统，具体包括密钥管理系统（KMS）、任务管理系统（MMS）和主站设备（Hub）三大部分。美军计划于2019年发布正式的采购合同，于2023年完成对应1 个战区和1颗WGS 卫星的地面系统建设，形成初始运行能力；2026年则将建立完整的全球地面系统，可服务最多10颗WGS 卫星，形成全运行能力。

 

5）抗干扰战术通信卫星研发项目：即美军于2017年启动的“专用防护战术卫星/ 服务”（PTS）项目，旨在论证、研制一型支持PTW 波形、具备星上处理能力的专用防护战术通信卫星。美军计划2019年售出研制合同，2023－2025年进行首颗试验卫星的在轨演示验证，2030年建成完整的系统，具备全面的作战支持能力。

四、体系构想分析

根据论证情况来看，无论战略还是战术通信，美军基本都以2030 年投入全运行为目标，将打造一个具备完善防护能力的大体系。

 

▲ 美军通信卫星体系转型框架

防护战略通信

 

战略通信方面，美军计划发展的专用型防护战略通信卫星系统，将由4颗GEO轨道卫星和2颗大椭圆轨道（HEO）卫星组成，设计寿命14年。在部署初期，将通过星间链路与AEHF系统互联组成混合星座。

 

（1）在防护性能方面

1）美军计划先发展一种专用于战略通信卫星和导弹预警卫星的高生存能力卫星平台，具备最高级别的防护能力，该平台将采用抗核加固手段，在远距离发生核爆炸情况下能坚持工作，在近距离发生核爆炸情况下能够瞬时关机、屏蔽关键器件，之后可加电重启，快速恢复之前的运行状态；提升轨道机动能力，寿命期内至少能够改变6次轨位，30天内可完成90°的轨位调整，而且能实现机动中仍保持通信；在地面无法控制时，具备一定周期内的自主运行能力。

 

2）在载荷方面，新卫星将配备防护态势感知载荷，可实现对空间目标的抵近感知和预警，增强了追溯和抵御反卫攻击的能力，据悉，这一载荷也将配置在美军未来GEO轨道部署的所有高价值卫星上；沿用AEHF卫星的高数据速率（XDR）通信波形，具备低探测率、低拦截率、抗干扰通信能力；采用符合国家安全局Suite A标准的加密机，具备保密通信能力。此外，预计也将继续采用AEHF卫星的自适应调零天线、窄点波束等其他核心技术。

 

（2）在通信性能方面

GEO卫星可为65°（S）～65°（N）的用户提供服务，预计单星总容量为正常环境26Mbit/s和核环境0.4Mbit/s，单链路数据传输速率则分别为8.192Mbit/s 和19.2kbit/s；HEO卫星主要服务65°（N）以上区域的用户，总容量为正常环境1Mbit/s和核环境0.1Mbit/s，单链路速率则为75bit/s。

  

五、卫星通信防护战术通信

 

战术通信方面，核心在于抗干扰。美军将依赖所开发的PTW波形，配合地面段和用户终端的升级美军通信卫星体系转型框架改造，分阶段完成防护战术卫星通信能力的建设。

 

（1）核心波形技术

美军历时3年研发的PTW波形，是提升战术卫星通信抗干扰能力的核心所在。PTW主要是通过耦合AEHF系统上采用的军用XDR波形标准与广泛采用的数字视频广播-卫星标准2（DVB-S2）商业通信标准，得到的一种新型通信波形。

 

它吸纳了XDR波形中的跳频扩频（FHSS）抗干扰技术特点，同时采用DVB-S2商业波形的高频谱利用率设计，取两者的优化折中，可在大幅减轻战术卫星通信的干扰效应的同时，提供较高的通信速率，满足大容量的通信需求。

 

PTW一大特点是其不依赖于通信卫星体系架构，这就意味着，使用该波形，即使是不具备防护能力的WGS 卫星以及普通商业卫星，只要在终端更换调制解调设备（变为PTW调制解调器），并加装加密模块，就能够实现良好的抗干扰水平。

 

（2）宽带与商业卫星系统

宽带系统方面，美军计划2018－2019年利用WGS卫星和海军NMT、空军GMT和陆军WIN-T终端进行PTW波形传输验证；2023年在单一战区部署基于PTW的WGS 服务；2026年将在全球范围内完成WGS系统的抗干扰通信服务部署。

 

商业系统方面，虽然完全部署和运行PTW的时间尚未公布，但可明确将在WGS系统改造完成、防护战术卫星发射之前，完成相应的地面段和终端升级。而且随着高通量卫星（HTS）的发展，未来，具备灵活载荷能力的商业卫星将提供更优的抗干扰通信服务。

 

（3）防护战术卫星系统

美军目前论证的有2种实现形式。一种是独立的卫星星座：预计由4颗GEO卫星[覆盖65°（S）～65°（N）] 和3颗HEO轨道卫星（主要覆盖北极地区）组成，平均设计寿命10年，但无星间链路，通过地面关口站实现互联互通。

 

另一种则通过有效载荷搭载方式或小卫星来实现：其中，有效载荷可搭载在商业卫星、美国的军用/其他政府卫星以及盟国的卫星上，运行轨道包括GEO和HEO 轨道。搭载的载荷具体包括5种备选方案，分别实现区域性EHF频段覆盖、区域性Ka频段覆盖、点波束EHF 频段覆盖、点波束Ka频段覆盖，以及自跟踪型Ka频段覆盖等。

 

在防护性能方面，上述卫星均将具备星上信号处理能力，同时采用最新的PTW波形和符合国家安全局Suite B标准的加密机，配合未来升级改造后的地面段与终端，可实现比增加了防护功能的WGS和商业卫星更强的抗干扰保密通信能力。

 

在通信性能方面，独立星座单星容量均达到1.6Gbit/s，而搭载载荷与小卫星的容量则不低于400Mbit/s。需要指出的是，目前掌握的上述体系构想，均为综合美军官方招标、论证合同所发布信息所分析得出，但后续仍然有可能发生调整。

原文始发于微信公众号（太空安全）：美军通信卫星系统概述