美军怎样建设空天地一体化网络

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美国军方如何建立航空航天一体化网络

2017财年,美国军方授予军事和军民共享卫星通信系统和关键技术研究合同约400亿美元,比上一财年增加约17.1%。该合同涵盖了一系列关键技术和实施,如全球综合通信系统的整合,抗干扰,战术数据链和先进的水下通信,展示了美国军方建立全球抗干扰的意图信息系统。天地一体化抗干扰通信网络的建设,有助于美军形成全天候,全覆盖的信息系统,为美军实施准确的信息攻击,抢占战场信息权奠定了坚实的基础。为了充分发挥世界综合网络架构的力量,美军加大了对相关技术的建立和研发的投入,并资助了先进科研人员的研究,建设先进的防御技术。 - 通信网络,提供战场通信和火力。支持。

一,关于美国军用卫星通信系统发展的基本情况

经过50多年的发展,美军建立了一个完整的军用卫星通信系统,基于宽带,窄带,抗干扰和中继四个系列的高轨道卫星,辅以低轨道卫星星座。

(1)宽带卫星通信系统

宽带卫星通信系统主要满足高速固定和移动通信(≥64kbit/s)的需求,提供宽带双向通信,高速信息广播和陆,海,空信息信息的快速返回。部队和武器平台。自20世纪60年代以来,美国军方已经开发了三代“国防卫星通信系统”(DSCS),共发射了57枚,目前已进入轨道8枚。 2001年,发起了“宽带全球卫星通信系统”(WGS),以完全取代DSCS。 WGS共设计了10颗卫星,其中6颗卫星形成全球覆盖,4颗卫星增加了系统容量,目前有8颗卫星在轨道上运行。 WGS-5卫星采用波音702卫星平台。整颗星的质量为5,900千克,设计寿命为14年,单星成本为3.5亿美元。卫星采用X和Ka波段,星上安排14个通信天线。单星通信容量高达3.6 Gbit/s,超过了轨道上8颗DSCS卫星的总和。双向通信速率可达1.4 Gbit/s,广播速率可达到每秒24兆比特,数据回传速率可达每秒274兆比特。这颗星代表了美国宽带军事卫星通信的最高技术水平。

(2)窄带卫星通信系统

窄带卫星通信系统主要解决低速,小型化,大容量用户通信需求,为陆,海,空军和武器平台提供战术移动通信支持。自20世纪70年代以来,美国军方开发了“舰队卫星通信”(FLTSATCOM)系统和“UHF后继”(UFO)系统,共有18次发射,目前有8种在轨。 2002年,推出了“移动用户目标系统”(MUOS)以完全取代UFO。 MUOS设计了总共六颗卫星,其中四颗卫星形成全球覆盖,一颗卫星在轨道备用,一颗卫星地面备用。目前,已发射四颗卫星以形成全球支持能力。 MUOS使用洛克希德马丁公司的A2100M卫星平台,总星级质量为6,740千克,设计寿命为10年,单星成本约为5.5亿美元。卫星采用UHF频段,星上安排两对通信天线。单星通信容量为10.054兆比特/秒,移动用户终端同时接入4189基本信道(2.4kbit/s),是UFO卫星的40倍以上。

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(3)抗干扰卫星通信系统

件下提供最小的通信保障,并且是美国军事核电的指挥和控制。沟通的支柱意味着。自20世纪90年代以来,美国军方已经开发了“Milstar”系统,该系统共推出了六个系统,目前正在进行中。

1999年,推出了“先进的极端高频系统”(AEHF)来取代Milstar。 AEHF设计使用六颗卫星形成全球覆盖,并已推出三颗卫星。 AEHF卫星使用洛克希德马丁公司的A2100M卫星平台,总星量为6,600千克,设计寿命为14年,单星成本为5.5亿美元。卫星使用Ka和EHF频段,星上有15个通信天线。单星容量为430 Mbit/s,是Milstar卫星的10倍。最大通信速率为8.2 Mbit/s。该卫星采用卫星集成高速宽带跳频,相控阵跳频天线,时域随机跳频和归零天线等先进技术,大大提高了抗干扰能力和灵活性。

(4)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办公室的“卫星数据系统”(SDS)。 SDS是美国军方高度机密的卫星系统。它主要为美国侦察局的成像侦察卫星和美国军用导弹预警卫星提供数据中继服务。一些卫星携带通信有效载荷,这些有效载荷是美国军方在高纬度地区的部队,特别是用于全球分布。五艘海洋战略核潜艇提供通信支持。自20世纪70年代以来,美国军方已经开发了三代SDS,共计18个,目前其中五个是第三代卫星。

(5)低轨道星座系统

为应对战场通信需求的激增以及各种作战环境中卫星通信系统的灵活性和通信能力,美国军方还购买了“铱星”(系统设计72颗卫星,包括66颗工作卫星,6颗在轨备份)卫星,目前在轨道上有70颗卫星,是卫星系统资源的一部分,补充了军事卫星通信系统的通信能力,安全手段,覆盖范围等不足。目前,已引入“铱星”后续计划,增加电磁频谱感知负载呈现多星级发展趋势。

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(6)组织和应用

美国军方使用100多颗在轨通信卫星建立全球军事卫星通信系统,通过卫星间链路和在本土,夏威夷,欧洲,西南亚和日本建立的海关站相互连接和整合。美国军用卫星通信系统是实施全球战略和保持信息化优势不可或缺的基础设施,是实施以网络为中心的战争的重要物质基础。据统计分析,美军已分配了60多种类型的67,000多套窄带通信终端和4000多套各种宽带和抗干扰卫星通信终端。在此基础上,美国陆军建立了“战术士兵信息网”(WIN-T)系统,将各类卫星通信终端与各级部队统一起来,实现了指挥所,作战部队,个别士兵和武器平台。通过通信卫星。中国联通之间的联系建立了一个扁平的指挥链接。美国海军建立了一个灵活的舰队指挥系统,将“海军多频段终端”(NMT)和各种窄带通信终端集成在岸基站,船只和运载机上。战略核潜艇使用抗干扰卫星可移动梁进行安全保护。机密的命令和控制通信。美国空军已经完成了各种飞机和地面指挥中心的卫星通信终端的组装和修改,如运行,侦察,预警,运输和指挥。 C-135运输机和全球鹰无人机使用宽带卫星通信平台。 F-35战斗机和各种高机动性武器平台如巡航导弹使用窄带,抗干扰卫星终端来实现卫星通信设备的战术应用。

二,美军卫星世界一体化抗干扰能力分析

美国军方在政策,经济和应用方面,在天地一体化网络的建设,应用和应用上投入了大量的人力物力。但是,美国可以如此自信地部署和使用上述网络,这与网络的强大阻力是分不开的。干扰能力。通过对美国军用航空航天一体化网络和航站楼抗干扰关键技术的分析,总结了美军目前服务和正在进行的研究的技术特点。

(1)在扩展和跳频综合抗干扰技术方向

美军的发展趋势有三个主要特点:第一,传统的扩频跳频技术仍在发展,如跳频系统跳频低,可用跳频频率低,跳频带宽窄,能力有限等。抵抗多径干扰。而信息率低的问题,其发展方向是高速跳频,变频跳频等。其次,使用了大量集成的抗干扰系统和技术。其中一个典型的迹象是基本抗干扰系统的综合应用,如跳频,直接序列扩频和跳时,特别是在极高频率范围及以上。例如,美国的JTIDS采用各种反侦察和抗干扰措施,如高速跳频,跳时,直接序列扩频和纠错编码,并具有很强的抗干扰能力。第三,基于智能抗干扰技术,基于对电磁干扰环境的实时认知,智能地对抗干扰通信系统的参数,优化配置,采用最佳抗干扰手段进行通信系统更灵活,更有能力。适应电磁环境的变化,更加强大。

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(2)在时频空间码方向上的多域联合自适应抗干扰技术

美军的发展趋势呈现出三个主要特征:第一,空时频码可以具有多域联合自适应通信能力,该技术由基于时域,频域,空域的联合处理协调。和代码域。该域区分通信和干扰信号,以达到提高抗干扰能力的目的。目前,在美国的有源设备中通常采用频域和功率域的适配。空时频码多域联合自适应通信抗干扰技术的研究才刚刚开始。其次,美国提出了一些创新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。该技术为通信抗干扰技术的发展提供了新思路。第三,美国开始开发空域自适应抗干扰技术。由于其抗干扰和抗拦截特性,美国越来越受到美国军方的关注。

(三)战术通信网络中的抗干扰技术方向

基于认知无线电和认知网络,美国军队正在转向认知无线ad hoc网络和智能网络政策管理。首先,由于自组织网络技术不需要任何通信基础设施,它可以实现移动通信网络的快速部署,其多跳,自组织和自我修复能力使网络健壮,可扩展和抗拒。破坏性。因此,自组织网络技术非常适合野战战场军事通信网络的特定需求,并已成为数字战场移动通信的首选技术。如美国开发的战术级运营信息网络(WIN-T),战术目标定位网络(TTNT),灵活接入和安全传输(FAST),联合战术无线互联网(JTRS),自动数字网络系统(ADNS)系统采用自组织网络协议,抗干扰物理波形和跨层QoS设计等多种技术措施,提高了传输系统的抗拦截,抗干扰和服务保障能力。其次,分布式智能策略管理可以根据网络状况的变化自适应地调整网络行为,大大减少了人工干预,提高了网络的适应性和可靠性,有效地增强了美军等网络管理功能。 DRAMA项目主要致力于为具有分布式,智能和支持性策略管理的移动无线ad hoc网络设计和开发有效的管理技术。

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(4)获得低水平的抗干扰安全通信方向

美军的发展趋势呈现出两个主要特征:第一,随着电子信息对抗技术的发展,军事信息传输技术呈现出“发现可被破坏”的新威胁。因此,抗干扰通信信号首先应具有较高的隐蔽性和较低的拦截率,使敌人难以从周围的电磁信号,干扰和噪声中识别出来。其次,即使敌人检测到通信信号,也应充分保证信息安全。传统的信息加密技术是确保通信应用层的信息安全,但通信物理层是第一个面对敌人的威胁。最新趋势是研究相应通信物理层的波形设计和实现电路,以增加对信息安全的保护。

(五)军民融合中无线通信抗干扰的新技术方向

美军的发展趋势呈现出两个主要特征:一是民用移动通信的快速发展,已开始应用于市场的第四代移动通信,以及正在标准化的第五代移动通信系统,采用了大量新的无线技术。包括载波聚合,干扰消除,协作中继,大规模多天线系统(LSAS),新的多载波调制波形和非正交多址等,以提高无线通信的性能(包括超 - 高速传输数据速率)(大于1千兆位/秒),高频谱效率(10到100(每秒位数)/Hz),支持更多连接,更安全的服务质量和更低的延迟)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,并期望在指挥,通信,侦察,对抗,遥感和控制以及整合等各个领域和方向上发挥更加重要的作用。天地之间,支持建设新一代军事多领域协同智能信息网络。同时,合理使用先进的民用无线通信技术可以有效降低开发成本和周期。

三,总结

随着信息技术的发展,未来的信息化战场面临着更多的挑战。美军积极投入空地一体化网络,研究抗干扰关键技术,充分展示了美军争夺战场信息权的决心。空天一体化网络可以显着提高战场通信网络的生存性和传输效率。在此基础上,抗干扰能力的发展将进一步提高战场通信的有效性和可靠性,为美军占据战略制高点奠定基础。

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