文/朱杰 曹東東 劉帆 周光輝 董秀斌

（西安衛(wèi)星測控中心 陜西省西安市 710043）

衛(wèi)星通信是一種現(xiàn)代化的通信手段，是地球上的無線電通信站點之間利用人造衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。它具有大面積覆蓋的“天然的”廣播特性，組織靈活、迅速，且通信質量和成本與通信距離無關，能夠有效克服“視距”微波通信所遇到的地球曲率和地物障礙的局限，大大拓展了信息傳輸?shù)木嚯x，特別適合于遠距離戰(zhàn)略、戰(zhàn)術通信[1,2]。透過上世紀90年代以來由美國主導的幾場局部戰(zhàn)爭：海灣戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭，以及歷次“施里弗”太空軍演，可以看出，這些軍事活動都是通過航天力量支撐的軍事信息系統(tǒng)，為己方提供及時準確的偵察、預警、通信、導航、氣象等信息和通信服務，保護和發(fā)揮己方信息鏈優(yōu)勢，破壞敵方信息鏈和武器資源，從而形成信息壓制優(yōu)勢，取得戰(zhàn)爭主動權。其中，在由導航定位、氣象、導彈預警、情報、監(jiān)視和偵察以及通信等構成的天基綜合信息網(wǎng)絡中，衛(wèi)星通信是連接諸多系統(tǒng)的神經(jīng)和紐帶，是實施指揮與控制信息傳遞的主通道。

機動測控作為航天信息系統(tǒng)中的“機動”節(jié)點，可迅捷成網(wǎng)、機動成鏈、聞令而動、全網(wǎng)覆蓋，是遂行機動測控、測控盲區(qū)補網(wǎng)、應急發(fā)射保障、戰(zhàn)時容災備份以及信息支援保障等重大行動的戰(zhàn)略機動力量。通過與中心及各應用單位之間建立通信鏈路，實現(xiàn)與他們之間的信息交換、指揮、調度等通信保障，以及地面與航天員之間的語音和視頻通信，可為各應用單位的空對空、空對地、地對空打擊提供及時有效的預警信息、態(tài)勢分析、戰(zhàn)后效果評估等信息支援服務。因此，明晰衛(wèi)星通信的特點，深研機動測控對衛(wèi)星通信的需求，探索衛(wèi)星通信在機動測控中的運用方式，對加快機動測控轉型，提升其效能發(fā)揮都具有一定的現(xiàn)實意義。

1 衛(wèi)星通信的特點

信息化條件下的指揮已經(jīng)越來越需要衛(wèi)星通信的支援和保障，在航天活動中，測控站全球布點，機動測控全球機動，衛(wèi)星通信主要用場區(qū)與中心及各應用單位之間的遠程機動通信，以完成數(shù)據(jù)、調度、語音、圖像及視頻的傳輸。與其他通信方式相比，衛(wèi)星通信優(yōu)勢明顯、功能突出、實時性強，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1.1 通信距離遠，建站成本不受通信距離影響

靜止通信衛(wèi)星，能夠使通信距離最長達到18100km 左右，衛(wèi)星視區(qū)對全球表面積的占比可達42.4%，一般只需要適當配置3 顆衛(wèi)星，即可建立全球不間斷通信（除地球兩極近地區(qū)以外）。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，地面站與地面站之間依靠衛(wèi)星來聯(lián)接。在衛(wèi)星視界內，想要保證通信質量，地面站與衛(wèi)星之間的信號傳輸就必須達到技術要求，建設地面站的經(jīng)費卻不受站點之間的距離遠近、站點之間地面上的自然條件惡劣程度影響。在遠距離通信范圍內，與微波接力、電纜、光纜、短波通信相比，衛(wèi)星通信具有明顯優(yōu)勢。

1.2 覆蓋面積大，便于實現(xiàn)多址聯(lián)接

衛(wèi)星通信系統(tǒng)與具有多個發(fā)射臺的廣播系統(tǒng)相類似。地面站只要有發(fā)射機，那就是一座廣播發(fā)射臺。無論在什么位置，只要是在衛(wèi)星天線波束的覆蓋區(qū)域范圍內，所有的廣播就都可以被接收，接收機可以根據(jù)需要選出某一個或某幾個發(fā)射臺的信號。每個地面站如果都同時具備發(fā)射機和接收機，他們之間就可以同時通信，實現(xiàn)多地點、多方向通信的多址聯(lián)接，成就更加高效靈活的通信網(wǎng)絡。

1.3 通信容量大，傳輸業(yè)務類型廣

衛(wèi)星通信射頻采用微波波段，所以可供使用的頻帶很寬，尤其是隨著新技術、新體制的不斷發(fā)展，星上能源和衛(wèi)星轉發(fā)器功率保證越來越充分，衛(wèi)星通信容量越來越大。一顆衛(wèi)星的容量很大，上萬路電話可被容納。衛(wèi)星通信能傳輸話音、傳真、短消息、定位等低速業(yè)務，也能傳輸視頻、圖像等高分辨率數(shù)據(jù)，它還可以通過廣播傳輸?shù)姆绞綄πl(wèi)星覆蓋范圍內的單兵站、車載站、艦載站、機載站等各種終端進行數(shù)據(jù)分發(fā)，可傳輸?shù)臉I(yè)務類型也越來越多。

1.4 傳輸質量高，通信線路穩(wěn)定可靠

由于衛(wèi)星通信的無線電波主要是在大氣層以外的宇宙空間傳播，由于宇宙空間接近真空狀態(tài)，介質分布均勻，電波傳播不受地形、天氣等自然條件的影響和干擾，因此信號傳輸質量高，傳播特性穩(wěn)定可靠。

1.5 機動能力強，滿足遠距離動中通信

衛(wèi)星通信不僅能在大型地面站之間遠距離通信，而且能適應各種移動載體，能夠為單兵站、車載站、艦載站、機載站等小型機動終端提供通信業(yè)務，具有優(yōu)越的機動能力，可根據(jù)實際需要機動靈活地建立同各個方向的通信鏈路，形成衛(wèi)星通信網(wǎng)絡，并在短時間內迅速將通信網(wǎng)絡延伸到新的區(qū)域，使鏈路中斷或者遭受破壞的區(qū)域迅速恢復正常通信，滿足遠距離動中通信業(yè)務需求。

2 機動測控對衛(wèi)星通信的需求及運用

機動測控是我國航天力量的重要組成部分，它綜合能力強且機動性能好，有效地克服了國土范圍內固定站點的局限性，為航天器的關鍵飛行弧段、實時軌道機動及重要數(shù)據(jù)接收等提供了有力的測控和運控支持，在以往衛(wèi)星機動、載人航天、遠程火箭等任務中發(fā)揮了重要作用。隨著信息化手段的持續(xù)深化，機動測控的任務也發(fā)生了根本性變化，是一支新型戰(zhàn)略力量，不僅承擔著常規(guī)航天測控、運控等試驗任務，同時還將肩負起機動測控、應急發(fā)射、戰(zhàn)時容災備份、信息支援保障等任務，測控、運控數(shù)據(jù)都將直接提供給各個應用單位。因此，在戰(zhàn)時復雜電磁環(huán)境條件下運用衛(wèi)星通信裝備，與中心、各應用單位之間建立實時可靠的無縫隙通信鏈路是機動測控效能發(fā)揮的迫切需求[3,4,5]。

2.1 信息遠距離傳輸

機動測控的戰(zhàn)略地位使其在國土范圍內任何點位以及全球范圍執(zhí)行任務的幾率不斷加大，跨區(qū)域遠程測控將成為常態(tài)，柵格化光纖骨干網(wǎng)已經(jīng)難以滿足遠程測控過程中的通信保障需求。目前，機動測控外出執(zhí)行任務期間與中心之間的通信指揮及數(shù)據(jù)傳輸采用光纖通信和衛(wèi)通通信雙平面路由同時保障的方式來進行。光纖通信方式就近接入當?shù)毓歉晒饫w傳輸網(wǎng)，依托光網(wǎng)絡與中心之間進行數(shù)據(jù)交互，其傳輸距離短，沿途節(jié)點多，接入條件苛刻，容易受到阻隔和破壞，難以滿足未來遠程測控中的通信保障。衛(wèi)通通信作為光纖通信的補充和延伸，具有作用距離遠、覆蓋面積大、接入簡單等特點，利用衛(wèi)星通信線路代替或補充光纖通信線路不易到達的區(qū)域，可有效解決遠程測控過程中通信保障難的問題。

2.2 信息多業(yè)務傳輸

信息化條件下的數(shù)據(jù)傳輸量將空前增大。中心需要及時掌握各個機動測控單元的設備工況、陣地環(huán)境等狀態(tài)信息，實時接收測控、運控數(shù)據(jù)，精確進行遠程監(jiān)控、故障維修、參數(shù)下發(fā)等動作。機動單元除了向中心實時發(fā)送相關數(shù)據(jù)外，還要具備緊急情況下直接與各應用單位共享測控、運控信息的功能。僅依靠傳統(tǒng)的電話溝通、報文收發(fā)及存數(shù)據(jù)傳輸?shù)仁侄问沁h遠不夠的，必須把機動單元的各項數(shù)據(jù)、話音、圖像、視頻等測控信息、運控信息進行綜合，通過多業(yè)務信息傳輸與共享，在機動單元、中心及應用單位之間建立互聯(lián)互通的信息傳輸通道，保證緊急情況下信息支援效能。由此可見，通信網(wǎng)必須由傳統(tǒng)、單一功能向具有綜合業(yè)務功能轉變，建立適應信息化條件下聯(lián)合對抗的數(shù)據(jù)傳輸通道，使其具備高速率、大容量的綜合業(yè)務傳輸能力，完善多業(yè)務信息支援保障功能。衛(wèi)星通信頻帶寬、容量大、傳輸質量高，可以在傳輸數(shù)據(jù)、話音、圖像、視頻等多種業(yè)務信息時不受距離與地形的限制，完全滿足機動測控的多業(yè)務信息傳輸需求。

2.3 信息實時傳輸

機動測控的職能使命決定了其必須與中心及應用單位之間建立互聯(lián)互通的信息傳輸通道，實現(xiàn)整個體系內部信息流程的最優(yōu)化和信息流動的實時性，保證機動測控對各應用單位的信息支援效能。只有通信網(wǎng)絡暢通，才能確?？刂浦噶畹挠行Ы邮蘸蜏y控、運控數(shù)據(jù)的及時分發(fā)，機動測控的戰(zhàn)略機動地位才得以體現(xiàn)。從90年代以來的幾場局部戰(zhàn)爭來分析，衛(wèi)星通信能夠做到大范圍無縫隙點覆蓋、區(qū)域覆蓋及全球覆蓋，通信功能機動靈活，所以它能迅速建立通信網(wǎng)絡，并快速開通，使通信傳輸穩(wěn)定可靠。因此，衛(wèi)星通信手段可以使機動測控實現(xiàn)準確接收控制指令，及時分發(fā)測控、運控數(shù)據(jù)，及大地提高了機動測控在聯(lián)合對抗中的信息支援效能。

2.4 信息動中傳輸

機動測控能有效提高測控效能和戰(zhàn)場生存能力，多個機動測控單元之間可互聯(lián)互通、獨立成網(wǎng)、共享數(shù)據(jù)、自主測控，擺脫對中心的依賴，當中心和現(xiàn)有測控網(wǎng)受到打擊或不能正常發(fā)揮作用時，機動測控可擔負起備份中心職責，還可以考慮為機動測控配置臨時應急發(fā)射、攻防對抗等功能，最大限度發(fā)揮效能。但機動測控若離開通信系統(tǒng)的支持將孤掌難鳴，控制指令無法接受，測控、運控數(shù)據(jù)不能及時分發(fā)，很難形成戰(zhàn)斗力。在機動測控過程中，機動單元靈活組網(wǎng)、動態(tài)測控，對通信系統(tǒng)的抗毀性能、反應速度、通信距離、信息傳輸容量等都提出更高要求，傳統(tǒng)柵格化光網(wǎng)絡不能滿足信息動中傳輸?shù)耐ㄐ判枨螅孛鏌o線通信也難以可靠完成機動測控過程中的數(shù)據(jù)交互與分發(fā)。衛(wèi)星通信作用距離遠、覆蓋范圍廣、開通聯(lián)網(wǎng)塊、生存能力強，不受天氣、地形、區(qū)域等因素的限制，在遠程機動測控過程中可靈活組網(wǎng)、動中通信，可為機動測控單元與中心及各應用單位之間提供應急通道，滿足機動測控單元信息動中傳輸需求。

3 衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢

當前，我國衛(wèi)星通信力量發(fā)展迅速，作用發(fā)揮明顯，在抗震救災、維和撤僑、航天測控等各個領域做出了巨大貢獻，在星間鏈路、星載智能天線、星上處理與交換和天地一體化組網(wǎng)等關鍵技術方面取得了巨大突破，技術儲備和研發(fā)條件已經(jīng)成熟[6]。為適應未來信息化條件下機動單元更好地支援保障一體化聯(lián)合對抗，衛(wèi)星通信可考慮以下幾個發(fā)展方向。

3.1 多功能融合

隨著戰(zhàn)場環(huán)境的不斷變化，傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)向機動測控提供的單純的語音和短信業(yè)務已經(jīng)不能滿足機動測控多業(yè)務通信需求，未來的衛(wèi)星通信系統(tǒng)需融合越來越多的其他功能。

3.2 天地一體化

天地一體化，即空間網(wǎng)絡與地面網(wǎng)絡互聯(lián)互通、互為補充、高效協(xié)同，構建全新的一體化通信網(wǎng)絡，這也將是未來的發(fā)展趨勢。目前地面5G通信技術正發(fā)展迅速，其研究思路是值得衛(wèi)星通信借鑒的，構建全新的融合衛(wèi)星通信系統(tǒng)和地面通信系統(tǒng)的體系構架，以實現(xiàn)地面空中無線通信的無縫切換和業(yè)務融合。

3.3 多頻段共存

衛(wèi)星通信業(yè)務正與日益增加的帶寬需求和高速率大容量處理需求相適應，不斷寬帶化、IP 化，高頻段的使用已經(jīng)成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)未來的發(fā)展趨勢，各種頻段的衛(wèi)星通信系統(tǒng)會相繼出現(xiàn)，它們將共同存在，共同運營。在銥星二代系統(tǒng)中，L 頻段提供語音和窄帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務，Ka 頻段提供寬帶通信業(yè)務，這就實現(xiàn)了多頻段共存。

3.4 寬、窄帶協(xié)同

高速率寬帶交互通信業(yè)務的迅猛發(fā)展，空間信息高速公路的快速構筑，窄帶數(shù)字話音、傳真、低速數(shù)據(jù)業(yè)務持續(xù)存在，這些都帶動了衛(wèi)星通信寬、窄帶業(yè)務的持續(xù)發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)寬、窄帶除了平行應用外，其鏈路還將協(xié)同工作。仍以銥星系統(tǒng)為例，L 頻段窄帶鏈路傳輸語音和窄帶業(yè)務的同時，還傳遞信令以調用Ka 頻段寬帶鏈路資源，進而傳輸寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，這就實現(xiàn)了寬、窄帶協(xié)同。

4 結束語

衛(wèi)星通信在我國航天工程中的作用和地位是毋庸置疑的，在機動測控中的作用更至關重要。本文以衛(wèi)星通信的優(yōu)勢為出發(fā)點進行展開，對衛(wèi)星通信距離遠、覆蓋大、容量高、傳輸質量好以及機動能力強等的特點進行了簡要介紹，結合機動測控對信息遠距離、多業(yè)務、實時、動中傳輸?shù)默F(xiàn)實需求，闡述了衛(wèi)星通信在機動測控中的實際運用，最后以適應未來信息化條件下機動單元更好地支援保障一體化聯(lián)合對抗為根本，從多功能融合、天地一體化、寬窄帶協(xié)同及多頻段共存等四個方向對衛(wèi)星通信未來的發(fā)展進行了梳理和暢想。

隨著我國航天事業(yè)的進一步發(fā)展，未來信息化條件下一體化聯(lián)合對抗必將對機動測控和衛(wèi)星通信都提出更高的要求。要不斷適應新需求，將衛(wèi)星通信更好地應用到機動測控中去，加快機動測控轉型，提升對抗效能，為打贏未來信息化條件下一體化聯(lián)合對抗奠定堅實基礎。