美国卫星通信终端的发展与应用

美国卫星通信终端的发展与应用

美国历来高度重视卫星通信应用设备的开发，并认为，通过改善地面卫星通信设备，可以在战场上开发卫星通信系统。2012年,美国把战术级卫星通信应用装备、保密卫星通信应用装备作为研发重点,同时加强部队“动中通”通信能力建设,以全面提升部队机动作战能力。一、抗振能力要求卫星通信支援战术级作战是美军一直追寻的目标。要实现战术级无缝通信,从卫星通信应用装备这个角度来说,终端必须具备以下特点:体积相对较小,重量轻,展开、撤收灵活,使用方便,抗振能力强等。2012年,旨在提高部队战术通信能力的“分布式战术通信系统”(DTCS)、“战术级作战人员信息网”(WIN-T)项目阶段性产品都通过了测试,性能达到甚至超过预期,另外,还启动了一个重点研发战术级卫星通信应用装备的项目。1.实际应用测试DTCS是基于铱星星座和商业现有按键式手持通话设备设计的战术通信设备,能够全天候在恶劣作战环境下工作。DTCS的研发分三个阶段。2012年2月,DTCS第二阶段的产品由美国海军陆战队在“大胆美洲鳄”演习中首次进行实际应用测试。海军陆战队指挥人员通过卫星向岸上队员发送文字、数据、视频和语音信息,在开阔水域的传输距离可达402km(第一阶段产品通信距离160km)。2012年11月,在阿拉斯加州的北极区域,美国海军工程人员利用第三阶段手持式DTCS产品(图1)成功与美国本土的同事进行了通信,这是DTCS在极端恶劣天气条件下首次成功完成如此远距离的通信。测试过程中,工程人员在阿拉斯加的3处测试地点(巴罗、扣赞伯和安克雷奇)和美国本土的2处测试地点(美国北方司令部总部和海军水面作战中心达尔格伦分部)之间进行长时间持续通信,通信内容包括语音通信、网络聊天以及在各站点之间互传位置信息等。2.战术移动通信能力WIN-T是美国开发多年的一个项目,采用按通信能力递增的“增量”研发模式,主要目标是为战场作战士兵编织一张无缝信息网。在“增量1”阶段,实现了“快速停中通”(at-the-quick-halt)通信能力。2012年“增量2”设备通过两项评估,标志着该项目已实现战术移动通信能力。2012年5月,陆军对WIN-T“增量2”设备进行了为期2个星期的“初始作战测试与评估”(IOT&E)和“网络集成评估”(NIE)(NIE12.2),并准备于2013年首次在战场上部署使用。测试表明,“增量2”设备能够与“增量1”设备很好地兼容和互通,使用、维护简单方便,并在极具挑战的环境下(-37℃),各项性能都达到预期目标。WIN-T的几种配置见图2。3.基本单位的规定2012年11月,美国陆军启动了“全球战术高级通信系统”(GTACS)(图3)及其服务项目,总体合同授予了通用动力公司,总价值100亿美元,为期5年,有20家承包商参与。该项目旨在为美国国防部和联邦机构快速研发和生产所需的各类通信装置和战术支援系统,以战术级卫星通信应用设备的研发、生产、部署、维护等为重点。二、卫星通信系统美军卫星通信系统主要有窄带卫星通信系统、宽带卫星通信系统、保密(protected)卫星通信系统、中继卫星通信系统。保密卫星通信系统工作于EHF频段,通常具有抗阻塞、抗核辐射能力,能够保证所传输信息的安全性。美军此类卫星主要是“军事星”(Milstar)及“先进极高频”卫星(AEHF)。2012年,有多款AEHF终端取得良好进展。1.提供更高带宽和更高带宽NMT是雷声公司研制的3种AEHF终端中的一种,目前已经在生产并成功与AEHF卫星实现交互。NMT系统使用扩展数据速率(XDR)波形,可为用户提供更大的带宽和更高的传输速率。2012年6月,雷声公司从美国海军获得两份合同,一份价值7900万美元,为其提供数十部NMT终端;另一份价值1900万美元,将把NMT与空军增强型极轨卫星(EPS)链接,这种链接将使得美国海军和空军作战人员在遥远的极地地区的通信缝隙得到填补。依据合同,雷声公司已经开始对安装配备在舰船、潜艇上以及岸上的NMT终端进行软件和工程修正工作,以使其与EPS系统实现通信链接。2.aehf卫星SMART-T(图4)是雷声公司研制的第二款AEHF终端,首部终端于2011年底交付美国陆军,成为第一个能与在轨AEHF卫星以高数据率成功通信的终端。2012年10月,美国陆军与雷声公司签订了一份为期3年,价值1.64亿美元的合同,采购364套SMART-T终端。3.sdr+nmtMMPUAEHF是雷声公司研制的第三款AEHF终端。2012年2月,其以XDR波形成功完成了与在轨AEHF卫星的通信测试,成为继SMART-T、NMT之后第三种可以与在轨AEHF卫星互通的终端,其数据传输速率是原来EHF终端的5倍以上。MMPUAEHF采用了一种复杂的新型加密算法,是保密通信技术的一项突破性创新。XDR和加密算法的使用,不仅提高了带宽和速度,还显著改善了国家指挥控制通信体系结构的安全性。此外,继NMT和SMART-T之后诞生的MMPU,使部队的核心指挥控制能力得到了进一步的提升。4.fab-t项目重大进展FAB-T也是AEHF终端,由波音公司研发(图5)。2012年4月,波音公司与美国空军共同完成了FAB-T项目初步设计评审和关键设计评审,标志着FAB-T项目取得重大进展。这两项设计评审主要验证了为美国总统与国家、军队高层领导之间安全通信而设计的“总统级和国家级语音会议”(PNVC)方案的可行性。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。5.车台系统终端LCT是更加经济的“保密卫星通信”(P-SATCOM)终端。2012年9月26日,美国电信系统公司联合诺·格以及洛·马公司共同对外宣布,三家公司组成团队合作研制该型终端。LCT系列终端不仅要满足军队对设备低成本的要求,而且能为作战人员提供安全、可靠、保密的战术通信能力。LCT终端包括两种型号:“保密动中通”(P-COTM)终端(图6)和“保密SIPR/NIPR接入点”(P-SNAP)“可搬迁固定使用”(atthehalt)通信终端(图7)。目前P-COTM终端原型能与在轨的Milstar和AEHF卫星进行通信。该终端数据发送速率为256Kbit/s,接收速率为1.544Mbit/s,在雨中或干扰环境中的上行发送速率为256Kbit/s。通过对软、硬件的修改和调整,P-COTM图7“保密SIPRNIPR接入点”终端可演变成多种形式,如用于陆地车辆上的小型终端、用于海上的舰载终端以及用于无人机或有人驾驶飞机的机载终端。车载终端的低剖面天线历经3年已研制成功。P-SNAP比现有保密卫星通信终端的体积更小、重量更轻、安装更简便,三个车载运输箱可装下,两人用30min便可安装完成。由于P-SNAP终端采用模块化体系结构,因此可通过快速变换模块和升级组件,即可实现与传统的Ku、Ka频段SNAP终端兼容。三、立即在卫星上集成设备，并快速生成作战能力2012年,世界各国(尤其是美国)陆军、空军、海军以及驻海外部队的卫星应用设备都得到了重新配备或改进。1.高速处理系统2012年9月,美国空军授予诺格公司一份总金额达1.08亿美元的EHF卫星通信终端高速处理子系统初始小批量生产合同。2012年7月底,高速处理子系统涉及的硬件和软件已由美国空军成功完成了一系列作战试验。合同签订后,诺格公司开始为美国空军B-2装配高速处理子系统,以升级机载UHF卫星通信终端。该高速处理子系统包括新的硬件和软件,硬件部分由1台综合处理单元、1个高容量磁盘驱动器和1套光纤网络组成。综合处理单元将取代目前B-2上12台独立的航电计算机;磁盘驱动器能支持B-2向外部传送和接收EHF数据;光纤网络将支持B-2之间和内部设备之间的高速数据传输。该高速处理子系统能够使B-2的计算处理能力和数据处理容量得到极大增长,使其能够以目前所配终端传输速度的100倍发送和接收战场信息,从而具备了更强的通信能力和执行武器投放任务的能力。2.卫星通信组件2012年7月,洛马公司授权丹麦Thrane公司为美国空军的C-130J超级大力神运输机配备新型Block8.1卫星通信组件。需要更新的飞机有200多架,合同截止期限为2018年,预计费用将超过2477万美元(1.5亿丹麦克朗)。Thrane公司将采用经DO178B认证的、符合目前国际移动卫星公司关于安全驾驶标准规定的航空700D(AVIATOR700D)产品进行改装,产品支持SwiftBroadbandIP数据和语音功能(图8)。3.卫星移动通信2012年5月,“全球通信卫星”(GTC)公司获得授权,为美国海军提供卫星移动通信设备,以解决海军语音、数据通信以及部队跟踪等问题。这些设备使海军能够接入互联网或虚拟专用网络(VPN)、在无通信设施的偏远地区举行视频会议或向偏远地区直播信息,使海军在地球上任何地方都能通过卫星获得高速数据通信能力。4.基于fpga的“鹰眼”iiiat2012年7月,美国特种作战部队与美国L-3通信公司签署了价值高达5亿美元、为期5年的合同,通过名为“特种部作战队可部署节点系列终端”(SpecialOperationsForcesDeployableNode-FamilyofTerminals,SDN-LiteFOT)的项目采购公司的VSAT卫星终端。在SDN-LiteFOT项目中,美国特种作战司令部计划采购L-3公司的直径为1.2m的三频段“鹰眼”(Hawkeye™)IIILite终端(图9)和直径为2.0m的四频段“鹰眼”IIIVSAT终端。“鹰眼”IIILite1.2m终端具有轻质、模块化设计等特点,装备有iConnexe800调制解调器,能够自动获取Ku、X和Ka频段的信号,其通用交互式的设计可以使其在三个频段间任意切换。同时它拥有4个LAN接口,并兼容DVB-S2/ACM设备。与“鹰眼”III1.2M终端相比,“鹰眼”III2.0M终端不仅能够自动获取Ku、X和Ka频段信号,还能够在C频段进行信号的自动获取。首批“鹰眼”IIILite1.2m和“鹰眼”III2.0mVSAT终端已于2012年底交付给美国特种作战部队。5.“务指挥”系统2012年7月,ITTExelis公司与美国陆军签订了一项装备快速配备(RapidEquippingForce)合同,向驻韩第二步兵师配备用于“移动任务指挥”(M