衛星通信在機動測控中的應用

文/朱杰 曹東東 劉帆 周光輝 董秀斌

（西安衛星測控中心 陜西省西安市 710043）

衛星通信是一種現代化的通信手段，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的距離，特別適合于遠距離戰略、戰術通信[1,2]。透過上世紀90年代以來由美國主導的幾場局部戰爭：海灣戰爭、科索沃戰爭、阿富汗戰爭、伊拉克戰爭，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，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，保護和發揮己方信息鏈優勢，破壞敵方信息鏈和武器資源，從而形成信息壓制優勢，取得戰爭主動權。其中，在由導航定位、氣象、導彈預警、情報、監視和偵察以及通信等構成的天基綜合信息網絡中，衛星通信是連接諸多系統的神經和紐帶，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中的“機動”節點，可迅捷成網、機動成鏈、聞令而動、全網覆蓋，是遂行機動測控、測控盲區補網、應急發射保障、戰時容災備份以及信息支援保障等重大行動的戰略機動力量。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、態勢分析、戰后效果評估等信息支援服務。因此，明晰衛星通信的特點，深研機動測控對衛星通信的需求，探索衛星通信在機動測控中的運用方式，對加快機動測控轉型，提升其效能發揮都具有一定的現實意義。

1 衛星通信的特點

信息化條件下的指揮已經越來越需要衛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，衛星通信主要用場區與中心及各應用單位之間的遠程機動通信，以完成數據、調度、語音、圖像及視頻的傳輸。與其他通信方式相比，衛星通信優勢明顯、功能突出、實時性強，主要體現在以下幾個方面。

1.1 通信距離遠，建站成本不受通信距離影響

靜止通信衛星，能夠使通信距離最長達到18100km 左右，衛星視區對全球表面積的占比可達42.4%，一般只需要適當配置3 顆衛星，即可建立全球不間斷通信（除地球兩極近地區以外）。在衛星通信系統中，地面站與地面站之間依靠衛星來聯接。在衛星視界內，想要保證通信質量，地面站與衛星之間的信號傳輸就必須達到技術要求，建設地面站的經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，衛星通信具有明顯優勢。

1.2 覆蓋面積大，便于實現多址聯接

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

1.3 通信容量大，傳輸業務類型廣

衛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、新體制的不斷發展，星上能源和衛星轉發器功率保證越來越充分，衛星通信容量越來越大。一顆衛星的容量很大，上萬路電話可被容納。衛星通信能傳輸話音、傳真、短消息、定位等低速業務，也能傳輸視頻、圖像等高分辨率數據，它還可以通過廣播傳輸的方式對衛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據分發，可傳輸的業務類型也越來越多。

1.4 傳輸質量高，通信線路穩定可靠

由于衛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，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，傳播特性穩定可靠。

1.5 機動能力強，滿足遠距離動中通信

衛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務，具有優越的機動能力，可根據實際需要機動靈活地建立同各個方向的通信鏈路，形成衛星通信網絡，并在短時間內迅速將通信網絡延伸到新的區域，使鏈路中斷或者遭受破壞的區域迅速恢復正常通信，滿足遠距離動中通信業務需求。

2 機動測控對衛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據接收等提供了有力的測控和運控支持，在以往衛星機動、載人航天、遠程火箭等任務中發揮了重要作用。隨著信息化手段的持續深化，機動測控的任務也發生了根本性變化，是一支新型戰略力量，不僅承擔著常規航天測控、運控等試驗任務，同時還將肩負起機動測控、應急發射、戰時容災備份、信息支援保障等任務，測控、運控數據都將直接提供給各個應用單位。因此，在戰時復雜電磁環境條件下運用衛星通信裝備，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揮的迫切需求[3,4,5]。

2.1 信息遠距離傳輸

機動測控的戰略地位使其在國土范圍內任何點位以及全球范圍執行任務的幾率不斷加大，跨區域遠程測控將成為常態，柵格化光纖骨干網已經難以滿足遠程測控過程中的通信保障需求。目前，機動測控外出執行任務期間與中心之間的通信指揮及數據傳輸采用光纖通信和衛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地骨干光纖傳輸網，依托光網絡與中心之間進行數據交互，其傳輸距離短，沿途節點多，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，利用衛星通信線路代替或補充光纖通信線路不易到達的區域，可有效解決遠程測控過程中通信保障難的問題。

2.2 信息多業務傳輸

信息化條件下的數據傳輸量將空前增大。中心需要及時掌握各個機動測控單元的設備工況、陣地環境等狀態信息，實時接收測控、運控數據，精確進行遠程監控、故障維修、參數下發等動作。機動單元除了向中心實時發送相關數據外，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。僅依靠傳統的電話溝通、報文收發及存數據傳輸等手段是遠遠不夠的，必須把機動單元的各項數據、話音、圖像、視頻等測控信息、運控信息進行綜合，通過多業務信息傳輸與共享，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，通信網必須由傳統、單一功能向具有綜合業務功能轉變，建立適應信息化條件下聯合對抗的數據傳輸通道，使其具備高速率、大容量的綜合業務傳輸能力，完善多業務信息支援保障功能。衛星通信頻帶寬、容量大、傳輸質量高，可以在傳輸數據、話音、圖像、視頻等多種業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互通的信息傳輸通道，實現整個體系內部信息流程的最優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。只有通信網絡暢通，才能確保控制指令的有效接收和測控、運控數據的及時分發，機動測控的戰略機動地位才得以體現。從90年代以來的幾場局部戰爭來分析，衛星通信能夠做到大范圍無縫隙點覆蓋、區域覆蓋及全球覆蓋，通信功能機動靈活，所以它能迅速建立通信網絡，并快速開通，使通信傳輸穩定可靠。因此，衛星通信手段可以使機動測控實現準確接收控制指令，及時分發測控、運控數據，及大地提高了機動測控在聯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場生存能力，多個機動測控單元之間可互聯互通、獨立成網、共享數據、自主測控，擺脫對中心的依賴，當中心和現有測控網受到打擊或不能正常發揮作用時，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射、攻防對抗等功能，最大限度發揮效能。但機動測控若離開通信系統的支持將孤掌難鳴，控制指令無法接受，測控、運控數據不能及時分發，很難形成戰斗力。在機動測控過程中，機動單元靈活組網、動態測控，對通信系統的抗毀性能、反應速度、通信距離、信息傳輸容量等都提出更高要求，傳統柵格化光網絡不能滿足信息動中傳輸的通信需求，地面無線通信也難以可靠完成機動測控過程中的數據交互與分發。衛星通信作用距離遠、覆蓋范圍廣、開通聯網塊、生存能力強，不受天氣、地形、區域等因素的限制，在遠程機動測控過程中可靈活組網、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 衛星通信發展趨勢

當前，我國衛星通信力量發展迅速，作用發揮明顯，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等關鍵技術方面取得了巨大突破，技術儲備和研發條件已經成熟[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合對抗，衛星通信可考慮以下幾個發展方向。

3.1 多功能融合

隨著戰場環境的不斷變化，傳統衛星通信系統向機動測控提供的單純的語音和短信業務已經不能滿足機動測控多業務通信需求，未來的衛星通信系統需融合越來越多的其他功能。

3.2 天地一體化

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

3.3 多頻段共存

衛星通信業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，高頻段的使用已經成為衛星通信系統未來的發展趨勢，各種頻段的衛星通信系統會相繼出現，它們將共同存在，共同運營。在銥星二代系統中，L 頻段提供語音和窄帶數據通信業務，Ka 頻段提供寬帶通信業務，這就實現了多頻段共存。

3.4 寬、窄帶協同

高速率寬帶交互通信業務的迅猛發展，空間信息高速公路的快速構筑，窄帶數字話音、傳真、低速數據業務持續存在，這些都帶動了衛星通信寬、窄帶業務的持續發展。衛星通信系統寬、窄帶除了平行應用外，其鏈路還將協同工作。仍以銥星系統為例，L 頻段窄帶鏈路傳輸語音和窄帶業務的同時，還傳遞信令以調用Ka 頻段寬帶鏈路資源，進而傳輸寬帶數據業務，這就實現了寬、窄帶協同。

4 結束語

衛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。本文以衛星通信的優勢為出發點進行展開，對衛星通信距離遠、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、多業務、實時、動中傳輸的現實需求，闡述了衛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合對抗為根本，從多功能融合、天地一體化、寬窄帶協同及多頻段共存等四個方向對衛星通信未來的發展進行了梳理和暢想。

隨著我國航天事業的進一步發展，未來信息化條件下一體化聯合對抗必將對機動測控和衛星通信都提出更高的要求。要不斷適應新需求，將衛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合對抗奠定堅實基礎。