基于體系結構的衛星通信系統抗干擾能力研究*

陳新來，閆曉暉

（海軍士官學校三系，安徽 蚌埠 233012）

0 引 言

近年來，衛星通信以其通信覆蓋區域大、通信距離遠，通信頻帶寬、通信容量大，信道質量好、傳輸性能穩定等優點對人類的生產、生活方式產生了巨大的影響，特別是在軍事中發揮了關鍵性的作用。但是由于衛星的運行軌道是固定不變的，因此衛星通信系統會面臨電磁干擾、截獲甚至被摧毀的威脅。面對未來戰場上各式各樣的威脅，衛星通信系統抗干擾能力缺乏頂層設計、重定性需求分析輕定量需求分析，缺少完善的體系結構政策標準；開發過程缺乏科學的、公認的方法論指導，沒有有效的、能滿足衛星通信系統抗干擾特殊需要的輔助設計工具支持；沒有形成一套合理的體系結構開發管理機制等。這種狀況將導致衛星通信系統不能滿足未來的抗干擾需求，開發效率低，不利于在不同軍兵種之間的互聯互通。

據此，本文依據DoDAF V2.0的體系結構開發思想，提出了基于體系結構的通信系統抗干擾能力開發方法，并給出了可用于實施開發的具體流程。加強對衛星通信系統抗干擾能力的體系結構的概念及構建方法的研究，確立滿足信息化戰場需要的衛星通信體系結構，對于推進我軍衛星通信系統建設具有重要意義。

1 衛星通信系統干擾方式和抗干擾措施

1.1 衛星通信系統面臨的主要干擾威脅及分析

按照鏈路的不同，常分為上行干擾、星間干擾和下行干擾三種。由于衛星的運行軌道和高度都是公開的，不易改變，因此上行鏈路易實施干擾；而地面站有的固定、有的移動，而且地面站分布范圍廣，不易實施下行鏈路的干擾。當然，如果已知地面站的位置，并且距離該地面站的距離很近也可以實施下行干擾。

衛星通信系統面臨的干擾威脅主要包括電磁干擾和摧毀兩大類[1］。電磁干擾可以分為壓制式干擾、欺騙式干擾和靈巧干擾三類，如圖1所示。

圖1 電磁干擾分類

除了常見的電磁干擾方式，摧毀也是衛星通信系統的主要威脅。衛星通信系統面臨的摧毀威脅主要包括：核導彈反衛星武器、動能反衛星武器、定向能反衛星武器、反衛星衛星等[1］，如圖2所示。

圖2 摧毀威脅分類

1.2 衛星通信系統抗干擾措施

目前，近年來衛星通信系統抗干擾技術得到了飛速的發展，主要包括擴頻技術、天線抗干擾技術、自適應干擾消除技術、變換域技術、SmartAGC技術、擴展頻段和發展極高頻通信以及基于認知的只能抗干擾技術。其中，通信抗干擾技術的主流是擴展頻譜通信。根據擴頻的方式不同，主要分為直接序列擴頻（DS）、跳頻（FH）和跳擴結合等方式。自適應干擾抵消是自適應濾波的一種形式，它依據某一準則推出簡便、快速的自適應算法，不斷調整自身權值結構，實現準則期望的抵消干擾、跟蹤信號的目的。變換域最新的研究主要集中在如何進一步發展基于濾波器組和子帶變換的技術上面。SmartAGC技術主要是針對透明轉發器，采用自適應變換實現強干擾的抑制，它能夠以較小的代價提供較強的抗干擾能力。極高頻通信能在頻譜上占有技術優勢，實現更小的點波束，獲得更好的抗干擾、低截獲、機動性等特性。基于認知的智能抗干擾技術借鑒認知無線電的思想，可以智能的消除外界電磁干擾環境的影響，適應信道環境并以盡可能高的數據速率實現不間斷通信。

2 通信相關體系結構內涵

美軍最新版本體系結構框架是美國國防部體系結構框架DoDAF V2.0，集中體現了美軍體系結構的最新研究成果。也是其他國家的軍隊開發體系結構框架的重要參考依據。DoDAF V2.0由作戰、技術、能力、服務、項目、系統等7個視角、51個視圖產品構成，更加體現了網絡中心戰的理念和強調“數據中心”的方法[2］。DoDAF V2.0采用通用的、標準化的方式從多個視角描述系統的組成、結構及其演進原則。為分析、設計系統提供了有效的平臺和工具。體系結構視圖通常包含作戰、系統、技術、能力等多個視圖。與通信相關體系結構主要包括全視圖、作戰視圖、系統視圖、能力視圖[3］。

作戰視圖包括作戰節點、執行的任務或行動以及完成作戰任務所必須交換的信息。它描述了信息交換的類別、交換的頻率、信息交換所支持的任務行動以及信息交換的本質。系統和服務視圖與作戰視圖中的體系結構產品聯系起來，用以支持作戰行動，并可進一步促進作戰節點間的信息交換。技術標準視圖以工程規范為基礎，提供技術系統實施指南，其中包含技術標準集、實施規定、標準選項、規則和標準，并可以綜合成一份綜合文檔，為制定的提攜結構管理其系統和系統服務要素提供服務。全視圖是與所有視圖都有關聯的體系結構頂層視圖。該視圖可為整個體系結構提供相關信息，并設置了體系結構的范圍和內容。

3 衛星通信抗干擾體系結構

3.1 衛星通信抗干擾作戰體系結構

根據美軍《防務采辦術語—98》和《防務采辦電子手冊—96》中對作戰效能的定義，是指系統完成規定作戰任務的能力[4］。也就是綜合考慮部隊編制、作戰原則、采用的戰術、生存性以及各種威脅等因素，標準化部隊在自然、電子以及威脅的環境中使用作戰系統完成任務的總體水平。根據以上作戰效能的定義和內涵，參考文獻[5］給出衛星通信抗干擾體系結構，如圖3所示。

圖3 衛星通信抗干擾作戰體系結構

衛星通信抗干擾體系結構是描述復雜電磁環境下，根據作戰任務和行動指揮要求，使用衛星通信抗干擾的技術、方法、手段和人員，將與衛星通信抗干擾作戰有關的作戰力量、作戰單元、作戰要素融合集成為整體的衛星通信抗干擾體系，是分析和研究衛星通信抗干擾能力的方法，其中包括：衛星通信抗干擾作戰的聯合作戰條令、條例、規定和法規等；適應戰場需要的編制體制、指揮體制、協調機制和程序；實現衛星通信抗干擾能力的技術、方法、手段；發現、甄別地方衛星通信抗干擾的情報、網管、頻管等支援體系；實現衛星通信抗干擾能力的衛星通信資源利用和組織運用方法；具有客觀評估和優化衛星通信抗干擾能力的方法和手段；確保衛星通信抗干擾能力正常運行的裝備技術和人才隊伍。

3.2 衛星通信抗干擾系統體系結構

體系的功能是由體系的結構決定的。只有將體系中的各系統、各要素進行優化組合，體系結構才能達到最佳狀態，體系效能才能最大限度地釋放出來。這就需要優化衛星通信抗干擾力量配置、規范網絡電磁空間戰場秩序、采取有針對性的抗干擾措施。根據衛星通信抗干擾作戰體系結構和信息作戰的要求，提出如圖4所示的衛星通信抗干擾系統體系結構，也就是衛星通信抗干擾系統體系結構的構成要素。

圖4 衛星通信抗干擾系統體系結構

衛星通信抗干擾的指揮主要包括確定聯合部隊實施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾的指揮關系、指揮程序、指揮信息流程和指揮聯絡文件等，其中，衛星通信抗干擾的指揮包含衛星通信抗干擾的組織和衛星通信抗干擾的規劃兩個主要功能。衛星通信抗干擾的組織主要包括確定作戰部隊實施通信、頻譜管理、電子偵察、通信對抗等指揮機構和人員的職責和權力。衛星通信抗干擾的規劃主要包括聯合部隊實施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾的人力資源、頻譜資源、裝備資源、保障物資等方面的管理和使用。

衛星通信抗干擾的執行主要包括各部隊根據作戰任務的組織和規劃，在戰時的指揮要求下，實施通信、頻譜管理、電子偵察和抗干擾等。

衛星通信抗干擾的協調主要包括各類衛星通信系統的電子頻譜協調，以及通信、電子偵察和抗干擾等行動的協調。

衛星通信抗干擾的評估主要包括各類衛星通信系統的抗干擾能力，以及抗干擾措施的有效性等。

3.3 衛星通信抗干擾能力體系結構

衛星通信抗干擾能力體系結構是以作戰體系結構為牽引，由系統體系結構決定的。根據作戰任務的需求，將系統體系結構中的各個要素進行有機的結合，最大限度發揮衛星通信抗干擾系統體系結構的效能，實現衛星通信抗干擾能力。衛星通信抗干擾能力體系結構主要包括通信能力、頻譜管理能力、電子偵察能力、抗干擾能力和保障能力等[5］。衛星通信抗干擾能力體系結構如圖5所示。

圖5 衛星通信抗干擾能力體系

4 結 語

長期以來，體系結構在通信領域的應用取得了許多研究成果和實用成果，但是目前沒有將體系結構具體應用到衛星通信抗干擾能力方面。本文主要從DoDAFV2.0作戰視圖、系統視圖以及能力視圖出發，提出了適用于衛星通信抗干擾能力研究的作戰體系結構、系統體系結構以及能力體系結構，希望能加強我軍衛星通信系統的頂層設計，切實提高我軍在未來戰爭中的衛星抗干擾能力，確保衛星通信信道的互聯互通。