美军卫星通信的抗干扰技术演进

                

导读：虽然美军十分重视卫星通信在战场上的作用，但长期以来，美军的通信卫星其实都缺乏抗干扰设计。海湾战争和伊拉克战争期间，美军租用过许多商业卫星，这些卫星都没有抗干扰能力。目前，积极建设的WGS卫星抗干扰能力也不佳。为了解决该问题，美军已经计划将AEHF卫星的抗干扰波形逐渐移植到其它卫星上(商业卫星、WGS卫星等)，为它们提供抗干扰保护。
一、XDR波形
扩展数据速率(Extended Data Rate，XDR)波形是美国军方最复杂的抗干扰、低截获通信波形之一，期初用于AEHF卫星，为美国高层领导提供复杂战场环境下的抗干扰通信。XDR支持的最大通信速率可达8.192Mbps，是MDR波形的五倍以上，使得卫星通信不再局限于语音和低速数据。
XDR波形采用了跳频扩频(FHSS)技术和低截获/低检测(LPI/LPD)设计，通过频率快速变化和波束窄化，使通信信号在敌方强电磁压制下依然具备生存能力。更重要的是，XDR波形内嵌先进的加密机制和用户认证协议，所有通信内容均通过信息安全模块进行实时加密和身份认证，从技术上确保了指挥数据的机密性、完整性与合法性。
二、PTW波形
受保护战术波形(Protected Tactical Waveform，PTW)在XDR的基础上设计，可用于美军其它通信卫星和商业卫星，它是提升战术卫星通信抗干扰能力的核心所在。PTW主要是通过耦合AEHF卫星系统上采用的XDR波形标准与广泛采用的数字视频广播-卫星标准2(DVB-S2)商业通信标准，得到一种新型通信波形。
PTW模块的内部结构
该波形吸纳了XDR波形中的跳频扩频(FHSS)抗干扰技术特点，同时采用DVB-S2的高频谱利用率设计，取两者的优化折中，可在大幅提升战术卫星通信的抗干扰能力的同时，提供较高的通信速率，满足大容量的通信需求，并且可工作在多重频段下(C-X-Ku-Ka等)。
PTW不依赖于通信卫星体系架构，这就意味着，使用该波形，即使是不具备防护能力的WGS卫星以及普通商业卫星，只要在终端更换调制解调设备(变为PTW调制解调器)，并加装加密模块，就能够实现良好的抗干扰水平。
麻省理工学院的Brian J. Wolf等人曾在文献《Implementation and Testing of the Protected Tactical Waveform (PTW)》中提到了PTW波形具有以下技术特点：
采用频率跳变和时间交织(Time Interleaving)，提高抵抗频带干扰和定向干扰的能力;
使用DVB-S2模块编码，提供高效的前向纠错(FEC);
支持灵活的链路自适应策略，在不同信噪比条件下动态改变调制与编码策略;
通过Suite B加密标准实现数据覆盖保护，不同用户群使用不同密钥流区分。
采用频率跳变和时间交织(Time Interleaving)，提高抵抗频带干扰和定向干扰的能力;
使用DVB-S2模块编码，提供高效的前向纠错(FEC);
支持灵活的链路自适应策略，在不同信噪比条件下动态改变调制与编码策略;
通过Suite B加密标准实现数据覆盖保护，不同用户群使用不同密钥流区分。
三、PTS-P有效载荷
2022年，波音公司绍了其抗干扰有效载荷的最新设计，该载荷称为受保护的战术卫星通信原型(PTS-P)有效载荷，它可提供干扰机地理定位、实时自适应调零、跳频和其它技术，以自动对抗干扰，使作战人员在有争议的战场上保持联系。PTS-P将搭载在太空军的宽带全球通信卫星(WGS)-11上。波音公司将WGS上集成的抗干扰能力称为“受保护的宽带卫星设计”。
波音公司的工程师还展示了其基于卫星的智能天线技术,该技术可检测敌方干扰机并自主调整卫星波束以抑制敌方干扰机,同时保持与友军PTS终端的通信。下图展示了该技术如何在干扰环境中提供安全通信。俄乌冲突期间，星链可能也采用了这种抗干扰方式。

智能天线抗干扰
PTS-P基于PTW波形设计，将成为美国军方受保护战术波形(PTW)的第一个天基枢纽。PTS-P的机载测试计划于2025年进行，随后即可过渡到实际使用。波音表示：“PTS与所有现有的WGS用户终端无缝协作，同时允许在战区逐步部署PTW的调制解调器。
总结：PTS-P载荷是美军抗干扰卫星的第一个重要成果，未来它将逐步应用于WGS和其它商业卫星，彻底结束美军卫星通信缺乏抗干扰设计的局限性。同时，美军在建的PWSA星座将支持Link16数据链传输，Link16也具备极佳的抗干扰能力。未来，美军的卫星通信将普遍采用抗干扰设计，以应对越来越复杂的战场电磁环境。 （北京蓝德信息科技有限公司）
本文来源：蓝德智库