軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信能力指標(biāo)體系研究

劉旭光，孔德強(qiáng)，胡璟璟，許光飛

（解放軍63880部隊(duì)，洛陽 471003）

0 引 言

獲取制天權(quán)是打贏信息化戰(zhàn)爭的根本。而要奪取并保持制天權(quán)，必須加強(qiáng)研發(fā)軍事航天武器裝備［1］。

通信衛(wèi)星種類繁多，用途各異，與傳統(tǒng)的軍事通信手段相比，具有覆蓋范圍廣、效費(fèi)比好、組網(wǎng)靈活、便于實(shí)現(xiàn)多址連接、通信容量大、中繼站少、可靠性高等特點(diǎn)。

但是，衛(wèi)星通信系統(tǒng)耗資巨大、研制周期長，難度和風(fēng)險(xiǎn)極高，且隨著人們對通信衛(wèi)星在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中作用的認(rèn)識不斷加深，建設(shè)規(guī)模和技術(shù)含量越來越大，建設(shè)難度也在不斷增加，加之我國武器信息化建設(shè)與外軍還有一定差距，不能完全適應(yīng)未來戰(zhàn)爭的需求，開展頂層通信能力的評估研究越來越重要。

1 指標(biāo)體系建立的原則及方法

由于軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大，技術(shù)復(fù)雜，任務(wù)實(shí)時(shí)性強(qiáng)，評估所涉及的要素?cái)?shù)量和層次都很多，而且評估軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的能力不可能脫離對其自身技術(shù)性能的依賴。在分析、評價(jià)過程中，建立正確的指標(biāo)體系是十分重要的，因?yàn)槿魏魏玫脑u價(jià)方法都難以彌補(bǔ)指標(biāo)體系建立過程中存在的問題，建立效能評估指標(biāo)體系時(shí)應(yīng)遵循以下原則［2-3］：

（1）整體性原則

軍用衛(wèi)星系統(tǒng)是一個(gè)由通信系統(tǒng)聯(lián)結(jié)起來的集無線電測控設(shè)備和計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理等設(shè)備于一體的復(fù)雜大系統(tǒng)，網(wǎng)內(nèi)任一分系統(tǒng)或任一局部性能的變化都將對整個(gè)系統(tǒng)的工作性能產(chǎn)生一定的影響。因此，在建立該系統(tǒng)通信能力評估指標(biāo)體系時(shí)，必須要著眼于系統(tǒng)整體。

（2）層次性原則

系統(tǒng)是有層次性的，評價(jià)系統(tǒng)的通信能力指標(biāo)也應(yīng)具有層次性。合理劃分指標(biāo)的層次性可以為量化指標(biāo)和評價(jià)備選方案提供方便。

（3）適應(yīng)性原則

系統(tǒng)的適應(yīng)性和兼容性是軍用衛(wèi)星系統(tǒng)通信能力發(fā)揮的重要方面，建立和分析軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信能力指標(biāo)體系時(shí)，不僅要重視指標(biāo)體系內(nèi)部各要素之間的關(guān)系，而且要考慮指標(biāo)體系與任務(wù)環(huán)境的關(guān)系。

在實(shí)際應(yīng)用中，并不是指標(biāo)越多越好，關(guān)鍵要考察評價(jià)指標(biāo)所起作用的大小。在選擇評價(jià)指標(biāo)時(shí)不可能把全部指標(biāo)都考慮進(jìn)去，只能選取一些最能反映系統(tǒng)優(yōu)劣的指標(biāo)，而剔除一些次要指標(biāo)因素。指標(biāo)的確定需要在動態(tài)過程中反復(fù)平衡，確定指標(biāo)的基本方法，通常有下面3種：

（1）調(diào)查修改法

這是最一般的方法，這種方法先由專門的專家小組擬定初步指標(biāo)集合草案，然后廣泛地征詢各方面的專家、用戶及上級領(lǐng)導(dǎo)的意見，經(jīng)反復(fù)修改而定。

（2）自頂向下法

在這種方法中，首先對給定的系統(tǒng)進(jìn)行分析并確定系統(tǒng)的功能、系統(tǒng)的指標(biāo)度量，然后對其進(jìn)行可行性評估，最后進(jìn)行反饋。自頂向下的過程是一個(gè)動態(tài)的、不斷完善的過程。

（3）自適應(yīng)漸進(jìn)法

在自適應(yīng)漸進(jìn)法中，先由系統(tǒng)分析和評價(jià)人員擬定指標(biāo)草案，邀請系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和使用單位的專家提出修改意見，修改后建立評價(jià)模型，在評價(jià)的基礎(chǔ)上參照過去的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行修正，經(jīng)過反復(fù)修改，最后確定指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)。

2 軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能

軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一個(gè)綜合性的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，服務(wù)不再限于一種衛(wèi)星和一類用戶，而是面向戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)和作戰(zhàn)各個(gè)層次，將信息的獲取、傳輸、處理和分發(fā)能力綜合納入衛(wèi)星信息網(wǎng)，向多種用戶提供多種類型的信息，實(shí)現(xiàn)信息綜合、網(wǎng)絡(luò)集成、信息融合和提升。通信衛(wèi)星作為軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，擔(dān)負(fù)著海陸空聯(lián)合一體化作戰(zhàn)的信息支援與保障任務(wù)，其能力指標(biāo)必須充分反映對軍用衛(wèi)星系統(tǒng)總體通信需求。基于這些要求，按照信息的層次，系統(tǒng)的功能將系統(tǒng)由上到下分核心管理和處理層、攻防對抗層、信息處理層、信息獲取層和用戶層等幾部分，如圖1所示。

圖1 軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的功能分層

3 效能評估指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

軍用衛(wèi)星系統(tǒng)中通信主要是指利用通信衛(wèi)星、跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星或戰(zhàn)場廣播衛(wèi)星等進(jìn)行信息傳輸功能。而各種信息或數(shù)據(jù)的產(chǎn)生、傳輸、處理是建立在衛(wèi)星通信鏈路基礎(chǔ)上的。因此，軍用衛(wèi)星系統(tǒng)的通信能力主要可劃分為通信覆蓋能力、通信傳輸能力、信息的處理能力和信息的安全防護(hù)能力。依據(jù)上述指標(biāo)體系建立的原則，全面考慮各種因素，確定體系功能和指標(biāo)度量，采用自頂向下與自適應(yīng)漸進(jìn)相結(jié)合的方法，廣泛征求各方面專家和用戶的意見，在參考大量現(xiàn)有資料的基礎(chǔ)上建立了指標(biāo)體系的層次化模型結(jié)構(gòu)，如表1所示。

4 能力評估指標(biāo)的獲取

要保證分析結(jié)果的可信，準(zhǔn)確獲取底層指標(biāo)是關(guān)鍵。獲取系統(tǒng)通信能力指標(biāo)值的方法主要有解析法、仿真法、系統(tǒng)性能分析法等。各個(gè)指標(biāo)的具體獲取方法需依據(jù)其具體的物理含義和特性確定，概括起來主要分為以下幾種情況：大部分性能指標(biāo)可通過分析具體的通信衛(wèi)星網(wǎng)的性能直接獲得；一些與覆蓋能力相關(guān)的指標(biāo)可通過軌道仿真或相關(guān)仿真軟件獲得；一些定量的性能指標(biāo)可通過分析具體的衛(wèi)星系統(tǒng)的性能，利用該指標(biāo)的具體解析計(jì)算模型直接獲得。

（1）解析法

解析法是通過建立影響性能指標(biāo)的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出實(shí)際系統(tǒng)的性能指標(biāo)值。解析法的特點(diǎn)是用一組數(shù)學(xué)關(guān)系（公式、方程式等）描述最重要的變量和相互關(guān)系。對于通信衛(wèi)星而言，涉及到用解析法獲取實(shí)際指標(biāo)值的指標(biāo)包括單個(gè)衛(wèi)星的覆蓋范圍和覆蓋重復(fù)周期。例如，對于“覆蓋范圍”有關(guān)指標(biāo)，可通過建立觀測幾何關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對經(jīng)緯度覆蓋值的解析計(jì)算。

表1 效能評估指標(biāo)體系

（2）軌道仿真法

對一些與通信時(shí)間相關(guān)的指標(biāo)，盡管可以對單個(gè)指標(biāo)建立相應(yīng)的解析近似公式，但對于復(fù)雜的多星組網(wǎng)通信問題，用軌道仿真方法是更好的選擇。軌道仿真方法一般是通過編制衛(wèi)星軌道計(jì)算軟件或利用專用的衛(wèi)星系統(tǒng)分析軟件來實(shí)現(xiàn)。本文涉及到用此方法獲取量化指標(biāo)值的指標(biāo)主要有最大通信時(shí)間、平均覆蓋間隙、覆蓋范圍和覆蓋百分比等。這些值是通過在仿真周期內(nèi)得出數(shù)據(jù)后，統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出。

（3）體系性能分析法

系統(tǒng)性能分析法強(qiáng)調(diào)裝備系統(tǒng)的某些典型性能指標(biāo)，并進(jìn)行適當(dāng)綜合來描述系統(tǒng)的效能，主要包括性能對比法、專家評分法、指數(shù)法等。系統(tǒng)性能分析法簡單易行，可以作為分析的補(bǔ)充，比較適合于方案論證階段的武器系統(tǒng)效能評估。本文中可對指標(biāo)建立評價(jià)函數(shù)模型，通過確定指標(biāo)權(quán)重，模糊處理，進(jìn)行效能評估。此外涉及到不易計(jì)算量化的指標(biāo)利用此方法獲取實(shí)際指標(biāo)值的指標(biāo)主要有頻段范圍、最大機(jī)動通信速度、服務(wù)時(shí)間、互操作能力、防護(hù)能力和處理能力方面的指標(biāo)值等。

5 結(jié)束語

本文是對軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)評估指標(biāo)體系的初步探討和研究，討論了軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)的功能組成和需求，初步歸納提出其通信能力的指標(biāo)體系，并闡述了其中的關(guān)鍵性能指標(biāo)獲取的方法，為軍用衛(wèi)星系統(tǒng)通信能力評估研究打下一定基礎(chǔ)，也為建立能力指標(biāo)體系提供了有效的方法。

［1］ 許建南，陳康，王來和.加速我軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中航天武器裝備發(fā)展思考［A］.航天裝備十年發(fā)展暨第四屆軍事航天 學(xué) 術(shù) 研 討 會 論 文 集 （中 ）［C］.北 京，2008：121-125.

［2］ 許志明，盧昱，鄒利鵬，等.空間信息網(wǎng)絡(luò)對抗效能評估指標(biāo)體系研究［J］.技測技術(shù)，2005，25（2）：11-13.

［3］ 陳浩光，秦大國，李云芝.軍用衛(wèi)星系統(tǒng)效能評估的基本原則與方法研究［J］.指揮技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，12（2）：27-30.