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(diǎn)之間利用人造衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)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(zhì)量和成本與通信距離無關(guān)，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(yuǎn)距離戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信[1,2]。透過上世紀(jì)90年代以來由美國主導(dǎo)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(dòng)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(shí)準(zhǔn)確的偵察、預(yù)警、通信、導(dǎo)航、氣象等信息和通信服務(wù)，保護(hù)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(dòng)權(quán)。其中，在由導(dǎo)航定位、氣象、導(dǎo)彈預(yù)警、情報(bào)、監(jiān)視和偵察以及通信等構(gòu)成的天基綜合信息網(wǎng)絡(luò)中，衛(wèi)星通信是連接諸多系統(tǒng)的神經(jīng)和紐帶，是實(shí)施指揮與控制信息傳遞的主通道。

機(jī)動(dòng)測控作為航天信息系統(tǒng)中的“機(jī)動(dòng)”節(jié)點(diǎn)，可迅捷成網(wǎng)、機(jī)動(dòng)成鏈、聞令而動(dòng)、全網(wǎng)覆蓋，是遂行機(jī)動(dòng)測控、測控盲區(qū)補(bǔ)網(wǎng)、應(yīng)急發(fā)射保障、戰(zhàn)時(shí)容災(zāi)備份以及信息支援保障等重大行動(dòng)的戰(zhàn)略機(jī)動(dòng)力量。通過與中心及各應(yīng)用單位之間建立通信鏈路，實(shí)現(xiàn)與他們之間的信息交換、指揮、調(diào)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(yīng)用單位的空對(duì)空、空對(duì)地、地對(duì)空打擊提供及時(shí)有效的預(yù)警信息、態(tài)勢分析、戰(zhàn)后效果評(píng)估等信息支援服務(wù)。因此，明晰衛(wèi)星通信的特點(diǎn)，深研機(jī)動(dòng)測控對(duì)衛(wèi)星通信的需求，探索衛(wèi)星通信在機(jī)動(dòng)測控中的運(yùn)用方式，對(duì)加快機(jī)動(dòng)測控轉(zhuǎn)型，提升其效能發(fā)揮都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

1 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)

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(dòng)中，測控站全球布點(diǎn)，機(jī)動(dòng)測控全球機(jī)動(dòng)，衛(wèi)星通信主要用場區(qū)與中心及各應(yīng)用單位之間的遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)通信，以完成數(shù)據(jù)、調(diào)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(shí)時(shí)性強(qiáng)，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 通信距離遠(yuǎn)，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(dá)到18100km 左右，衛(wèi)星視區(qū)對(duì)全球表面積的占比可達(dá)42.4%，一般只需要適當(dāng)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(nèi)，想要保證通信質(zhì)量，地面站與衛(wèi)星之間的信號(hào)傳輸就必須達(dá)到技術(shù)要求，建設(shè)地面站的經(jīng)費(fèi)卻不受站點(diǎn)之間的距離遠(yuǎn)近、站點(diǎn)之間地面上的自然條件惡劣程度影響。在遠(yuǎn)距離通信范圍內(nèi)，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(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接

衛(wèi)星通信系統(tǒng)與具有多個(gè)發(fā)射臺(tái)的廣播系統(tǒng)相類似。地面站只要有發(fā)射機(jī)，那就是一座廣播發(fā)射臺(tái)。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(nèi)，所有的廣播就都可以被接收，接收機(jī)可以根據(jù)需要選出某一個(gè)或某幾個(gè)發(fā)射臺(tái)的信號(hào)。每個(gè)地面站如果都同時(shí)具備發(fā)射機(jī)和接收機(jī)，他們之間就可以同時(shí)通信，實(shí)現(xiàn)多地點(diǎn)、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(luò)。

1.3 通信容量大，傳輸業(yè)務(wù)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(shù)、新體制的不斷發(fā)展，星上能源和衛(wèi)星轉(zhuǎn)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(wù)，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?duì)衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的單兵站、車載站、艦載站、機(jī)載站等各種終端進(jìn)行數(shù)據(jù)分發(fā)，可傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型也越來越多。

1.4 傳輸質(zhì)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(zhì)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(hào)傳輸質(zhì)量高，傳播特性穩(wěn)定可靠。

1.5 機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)，滿足遠(yuǎn)距離動(dòng)中通信

衛(wèi)星通信不僅能在大型地面站之間遠(yuǎn)距離通信，而且能適應(yīng)各種移動(dòng)載體，能夠?yàn)閱伪?、車載站、艦載站、機(jī)載站等小型機(jī)動(dòng)終端提供通信業(yè)務(wù)，具有優(yōu)越的機(jī)動(dòng)能力，可根據(jù)實(shí)際需要機(jī)動(dòng)靈活地建立同各個(gè)方向的通信鏈路，形成衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)，并在短時(shí)間內(nèi)迅速將通信網(wǎng)絡(luò)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(fù)正常通信，滿足遠(yuǎn)距離動(dòng)中通信業(yè)務(wù)需求。

2 機(jī)動(dòng)測控對(duì)衛(wèi)星通信的需求及運(yùn)用

機(jī)動(dòng)測控是我國航天力量的重要組成部分，它綜合能力強(qiáng)且機(jī)動(dòng)性能好，有效地克服了國土范圍內(nèi)固定站點(diǎn)的局限性，為航天器的關(guān)鍵飛行弧段、實(shí)時(shí)軌道機(jī)動(dòng)及重要數(shù)據(jù)接收等提供了有力的測控和運(yùn)控支持，在以往衛(wèi)星機(jī)動(dòng)、載人航天、遠(yuǎn)程火箭等任務(wù)中發(fā)揮了重要作用。隨著信息化手段的持續(xù)深化，機(jī)動(dòng)測控的任務(wù)也發(fā)生了根本性變化，是一支新型戰(zhàn)略力量，不僅承擔(dān)著常規(guī)航天測控、運(yùn)控等試驗(yàn)任務(wù)，同時(shí)還將肩負(fù)起機(jī)動(dòng)測控、應(yīng)急發(fā)射、戰(zhàn)時(shí)容災(zāi)備份、信息支援保障等任務(wù)，測控、運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)都將直接提供給各個(gè)應(yīng)用單位。因此，在戰(zhàn)時(shí)復(fù)雜電磁環(huán)境條件下運(yùn)用衛(wèi)星通信裝備，與中心、各應(yīng)用單位之間建立實(shí)時(shí)可靠的無縫隙通信鏈路是機(jī)動(dòng)測控效能發(fā)揮的迫切需求[3,4,5]。

2.1 信息遠(yuǎn)距離傳輸

機(jī)動(dòng)測控的戰(zhàn)略地位使其在國土范圍內(nèi)任何點(diǎn)位以及全球范圍執(zhí)行任務(wù)的幾率不斷加大，跨區(qū)域遠(yuǎn)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(yuǎn)程測控過程中的通信保障需求。目前，機(jī)動(dòng)測控外出執(zhí)行任務(wù)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(shí)保障的方式來進(jìn)行。光纖通信方式就近接入當(dāng)?shù)毓歉晒饫w傳輸網(wǎng)，依托光網(wǎng)絡(luò)與中心之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其傳輸距離短，沿途節(jié)點(diǎn)多，接入條件苛刻，容易受到阻隔和破壞，難以滿足未來遠(yuǎn)程測控中的通信保障。衛(wèi)通通信作為光纖通信的補(bǔ)充和延伸，具有作用距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大、接入簡單等特點(diǎn)，利用衛(wèi)星通信線路代替或補(bǔ)充光纖通信線路不易到達(dá)的區(qū)域，可有效解決遠(yuǎn)程測控過程中通信保障難的問題。

2.2 信息多業(yè)務(wù)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(shí)掌握各個(gè)機(jī)動(dòng)測控單元的設(shè)備工況、陣地環(huán)境等狀態(tài)信息，實(shí)時(shí)接收測控、運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)，精確進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障維修、參數(shù)下發(fā)等動(dòng)作。機(jī)動(dòng)單元除了向中心實(shí)時(shí)發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)外，還要具備緊急情況下直接與各應(yīng)用單位共享測控、運(yùn)控信息的功能。僅依靠傳統(tǒng)的電話溝通、報(bào)文收發(fā)及存數(shù)據(jù)傳輸?shù)仁侄问沁h(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，必須把機(jī)動(dòng)單元的各項(xiàng)數(shù)據(jù)、話音、圖像、視頻等測控信息、運(yùn)控信息進(jìn)行綜合，通過多業(yè)務(wù)信息傳輸與共享，在機(jī)動(dòng)單元、中心及應(yīng)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(wù)功能轉(zhuǎn)變，建立適應(yīng)信息化條件下聯(lián)合對(duì)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(wù)傳輸能力，完善多業(yè)務(wù)信息支援保障功能。衛(wèi)星通信頻帶寬、容量大、傳輸質(zhì)量高，可以在傳輸數(shù)據(jù)、話音、圖像、視頻等多種業(yè)務(wù)信息時(shí)不受距離與地形的限制，完全滿足機(jī)動(dòng)測控的多業(yè)務(wù)信息傳輸需求。

2.3 信息實(shí)時(shí)傳輸

機(jī)動(dòng)測控的職能使命決定了其必須與中心及應(yīng)用單位之間建立互聯(lián)互通的信息傳輸通道，實(shí)現(xiàn)整個(gè)體系內(nèi)部信息流程的最優(yōu)化和信息流動(dòng)的實(shí)時(shí)性，保證機(jī)動(dòng)測控對(duì)各應(yīng)用單位的信息支援效能。只有通信網(wǎng)絡(luò)暢通，才能確?？刂浦噶畹挠行Ы邮蘸蜏y控、運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)的及時(shí)分發(fā)，機(jī)動(dòng)測控的戰(zhàn)略機(jī)動(dòng)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(diǎn)覆蓋、區(qū)域覆蓋及全球覆蓋，通信功能機(jī)動(dòng)靈活，所以它能迅速建立通信網(wǎng)絡(luò)，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(jī)動(dòng)測控實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確接收控制指令，及時(shí)分發(fā)測控、運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)，及大地提高了機(jī)動(dòng)測控在聯(lián)合對(duì)抗中的信息支援效能。

2.4 信息動(dòng)中傳輸

機(jī)動(dòng)測控能有效提高測控效能和戰(zhàn)場生存能力，多個(gè)機(jī)動(dòng)測控單元之間可互聯(lián)互通、獨(dú)立成網(wǎng)、共享數(shù)據(jù)、自主測控，擺脫對(duì)中心的依賴，當(dāng)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(shí)，機(jī)動(dòng)測控可擔(dān)負(fù)起備份中心職責(zé)，還可以考慮為機(jī)動(dòng)測控配置臨時(shí)應(yīng)急發(fā)射、攻防對(duì)抗等功能，最大限度發(fā)揮效能。但機(jī)動(dòng)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(yùn)控?cái)?shù)據(jù)不能及時(shí)分發(fā)，很難形成戰(zhàn)斗力。在機(jī)動(dòng)測控過程中，機(jī)動(dòng)單元靈活組網(wǎng)、動(dòng)態(tài)測控，對(duì)通信系統(tǒng)的抗毀性能、反應(yīng)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(luò)不能滿足信息動(dòng)中傳輸?shù)耐ㄐ判枨?，地面無線通信也難以可靠完成機(jī)動(dòng)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(yuǎn)、覆蓋范圍廣、開通聯(lián)網(wǎng)塊、生存能力強(qiáng)，不受天氣、地形、區(qū)域等因素的限制，在遠(yuǎn)程機(jī)動(dòng)測控過程中可靈活組網(wǎng)、動(dòng)中通信，可為機(jī)動(dòng)測控單元與中心及各應(yīng)用單位之間提供應(yīng)急通道，滿足機(jī)動(dòng)測控單元信息動(dòng)中傳輸需求。

3 衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢

當(dāng)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(zāi)、維和撤僑、航天測控等各個(gè)領(lǐng)域做出了巨大貢獻(xiàn)，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(guān)鍵技術(shù)方面取得了巨大突破，技術(shù)儲(chǔ)備和研發(fā)條件已經(jīng)成熟[6]。為適應(yīng)未來信息化條件下機(jī)動(dòng)單元更好地支援保障一體化聯(lián)合對(duì)抗，衛(wèi)星通信可考慮以下幾個(gè)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(jī)動(dòng)測控提供的單純的語音和短信業(yè)務(wù)已經(jīng)不能滿足機(jī)動(dòng)測控多業(yè)務(wù)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(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)互通、互為補(bǔ)充、高效協(xié)同，構(gòu)建全新的一體化通信網(wǎng)絡(luò)，這也將是未來的發(fā)展趨勢。目前地面5G通信技術(shù)正發(fā)展迅速，其研究思路是值得衛(wèi)星通信借鑒的，構(gòu)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(gòu)架，以實(shí)現(xiàn)地面空中無線通信的無縫切換和業(yè)務(wù)融合。

3.3 多頻段共存

衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)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(yīng)，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(huì)相繼出現(xiàn)，它們將共同存在，共同運(yùn)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(wù)，Ka 頻段提供寬帶通信業(yè)務(wù)，這就實(shí)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(wù)的迅猛發(fā)展，空間信息高速公路的快速構(gòu)筑，窄帶數(shù)字話音、傳真、低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)持續(xù)存在，這些都帶動(dòng)了衛(wèi)星通信寬、窄帶業(yè)務(wù)的持續(xù)發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)寬、窄帶除了平行應(yīng)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(wù)的同時(shí)，還傳遞信令以調(diào)用Ka 頻段寬帶鏈路資源，進(jìn)而傳輸寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，這就實(shí)現(xiàn)了寬、窄帶協(xié)同。

4 結(jié)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(jī)動(dòng)測控中的作用更至關(guān)重要。本文以衛(wèi)星通信的優(yōu)勢為出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行展開，對(duì)衛(wèi)星通信距離遠(yuǎn)、覆蓋大、容量高、傳輸質(zhì)量好以及機(jī)動(dòng)能力強(qiáng)等的特點(diǎn)進(jìn)行了簡要介紹，結(jié)合機(jī)動(dòng)測控對(duì)信息遠(yuǎn)距離、多業(yè)務(wù)、實(shí)時(shí)、動(dòng)中傳輸?shù)默F(xiàn)實(shí)需求，闡述了衛(wèi)星通信在機(jī)動(dòng)測控中的實(shí)際運(yùn)用，最后以適應(yīng)未來信息化條件下機(jī)動(dòng)單元更好地支援保障一體化聯(lián)合對(duì)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(gè)方向?qū)πl(wèi)星通信未來的發(fā)展進(jìn)行了梳理和暢想。

隨著我國航天事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，未來信息化條件下一體化聯(lián)合對(duì)抗必將對(duì)機(jī)動(dòng)測控和衛(wèi)星通信都提出更高的要求。要不斷適應(yīng)新需求，將衛(wèi)星通信更好地應(yīng)用到機(jī)動(dòng)測控中去，加快機(jī)動(dòng)測控轉(zhuǎn)型，提升對(duì)抗效能，為打贏未來信息化條件下一體化聯(lián)合對(duì)抗奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。