美国转型通信卫星系统

“北斗”卫星导航系统面临不可错失的战略机遇期佚名【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2013(000)004【总页数】5页(P10-14)【正文语种】中文卫星导航系统是国家重要的战略性空间资产，同时也是确保国家安全、经济利益和战略独立性的关键空间基础设施。

当前，全球导航卫星系统（GNSS）进入了多星座既竞争又合作的新阶段，美、俄、中、欧“一超三强”的竞争格局正在全球形成。

各主要航天大国在卫星导航领域竞争的重点是：争夺国家优势地位、抢占技术制高点和全球市场份额，而各大国间开展合作的热点是兼容与互操作。

中国“北斗”卫星导航系统（以下简称“北斗”系统）从提供区域服务向全球服务转型的关键时期面临不可错失的战略机遇期，这一机遇期短则2～3年，长则7～8年，可谓稍纵即逝，不可错失。

1 “北斗”系统关键技术获突破性进展，国外高度评价“北斗”卫星性能2012年中国通过4次发射将6颗“北斗”导航卫星送入不同轨位，创造了历年发射之最。

为鼓励国内外相关企业参与“北斗”卫星用户终端研发，推动“北斗”的广泛应用，2012年12月27日，中国卫星导航系统管理办公室公布了“北斗”卫星导航系统空间信号接口控制文件（ICD）正式版，并宣布自即日起“北斗”系统开始向亚太地区提供区域服务。

目前，“北斗”区域系统由5颗地球静止轨道（GEO）卫星、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4颗中圆轨道（MEO）卫星组成，可提供优于10m的定位精度、优于0.2m/s的测速精度和优于50ns的授时精度。

以上事实表明，中国已掌握了建设卫星导航系统所必须的、具有自主知识产权的核心技术，并已突破了下一步发展“北斗”全球系统所需的许多关键技术，包括多轨道多星组网、一箭双星精确入轨、精确测轨和轨道同步技术，尤其是西方国家严密控制的高精度星载原子钟技术和卫星组件抗辐射加固技术。

同时，在“北斗”用户终端研制上还突破了芯片、模块、电子地图等多项关键技术，形成了一系列具有自主知识产权的卫星导航产品。

美军网络中心战总体构想和核心技术作者：王晓汪洋来源：《智富时代》2019年第01期【摘要】全球范围内，正在以“网络”为特征的信息共享形式发展，并且广发应用于战争中，本文主要阐述美军网络中心战中的全球信息栅格，综合敌我识别、数据链、动态组网技术，探讨一下美军网络中心战的发展趋势。

【关键词】信息共享；全球信息栅格；综合敌我识别；动态组网全球信息栅格——网络中心战的基础依托。

为遂行网络中心战，取得信息优势和决策优势，美军提出建设和发展全球信息栅格（GIG）。

从广义上讲，GIG并非单一技术，它是综合技术的系统集成。

甚至GIG也不是一个项目和系统，在本质上，它是一种顶层设计或战略规划。

一、美军网络中心战的总体构想GIG的总体框架分为基础、通信、计算机处理、全球应用和作战部队5个层次（如图1所示）。

它以通信和计算系统为依托，将美国国防部（DOD）范围内具有不同体系结构的各种信息系统集成为具有单一体系结构的系统，成为系统级的系统（system of systems），以解决各类信息系统的集成和互操作问题。

GIG体系结构可以从作战视图（OV）、系统视图（SV）和技术视图（TV）角度进行描述[1]。

GIG发展主要计划：为了适应网络中心战对通信能力日益增长的需求，美国防部提出以转型通信体系结构（TCA）作为全球信息栅格通信设施的主题，构建由地面、空中和空间三部分组成的一体化通信网络。

地面通信主要是依靠按全球信息栅格带宽扩展（GIG-BE）计划建设的光纤网；空中无线通信采用具有频带交叉（变频）和IP路由能力的软件可编程联合战术无线电系统；空间通信则主要依赖于具有多网络集成能力大带宽转型通信卫星体系，并以先进宽带系统（AWS）为重要补充。

另外，天基系统和飞机之间的连通将采用宽频激光通信，天基系统和地面之间的通信采用激光通信或可编程无线电，通过远程通信端口提供卫星间、卫星于地面、空中系统之间连接。

二、美军网络中心战的核心技术网络中心战体系是一个规模极其庞大的系统，其核心系统由战场感知、数据链、信息传输、敌我识别、导航定位、电视会议、数字地理、模拟仿真、数据库等九大系统构成。

浅谈天地一体化信息网络发展罗震宇　施　浩 云南电网有限责任公司信息中心摘　要：天地一体化信息网络由陆基、空基、天基进行互联互通，以信息交换和传输为基础的网络基础设施，是目前各国科技产业发展研究的热点，本文阐述了天地一体化综合信息网络概念；分析了目前国内外天地一体化信息网络相关系统发展情况；并给出了目前发展中需要需要解决的几个问题。

关键词：天基信息网络　空间信息网络　天地一体化信息网络一、引言天基信息网络也叫天基信息系统，它是彼此独立或相关的卫星通信系统、卫星遥感系统、卫星导航系统、载人航天系统、空间物理探测系统、空间天文观测系统、月球和行星深空探测系统以及多种功能的临近空间飞行器系统等各种空间信息系统总称。

天地一体化信息网络的天地一体化含义通常有两种：一种是单个天基网（如卫星通信网）与地基网（如地面通信网）通过信息或业务融合、设备综合或网络互联互通方式构成的天地一体化信息网络；另一种是单个天基网（如卫星通信网）自身的空间段（如通信卫星）与地面段（如各种通信地球站组成的应用系统）通过星地链路构成的天地一体化信息网络。

我们可称前者为大天地一体化信息网络；后者为小天地一体化信息网络。

天地一体化信息网络作为国家信息化重要基础设施，对拓展国家利益、维护国家安全、保障国计民生、促进经济发展具有重大意义，是我国信息网络实现信息全球覆盖、宽带传输、军民融合、自由互联的必由之路。

二、国内外研究发展现状1.国内研究发展现状。

我国天地一体化信息网络相关的研究和讨论已经持续了10多年，目前已经取得了一系列成果。

2006年，沈荣骏院士首先提出了我国天地一体化航天互联网的概念及总体构想； 2013~2014年，工业和信息化部电子科学技术委员会组织了“天地一体化信息网络体系架构研究”重点课题，从发展战略、总体方案和关键技术等3个方面对天地一体化信息网络开展研究；2013年和2015年，国内先后两次召开了天地一体化信息网络的高峰论坛，对凝聚国内天地一体化信息网络相关研究力量并形成统一的认识发挥了重要作用；2015年，张乃通院士发表了《对建设我国“天地一体化信息网络”的思考》，对天地一体化信息网络的定位、边界作了清晰的说明，并提出了网络基本架构的设想和对建设工作的建议。

星链技术研究：一种低轨卫星互联网系统摘要：星链（Starlink）是美国太空探索技术公司（SpaceX）开发的一种低轨卫星互联网系统，旨在为全球各地的用户提供高速、低延迟的宽带互联网服务。

星链计划发射数千颗小型卫星，利用相互之间的光学激光通信和地面用户终端，构建一个覆盖全球的卫星网络。

星链的目标是解决传统卫星互联网服务中存在的高成本、高延迟、低可靠性等问题，同时为那些缺乏或无法负担现有服务的偏远和农村地区提供更好的互联网接入。

关键词：星链，卫星，互联网，通信一、星链的技术特点星链的卫星采用了一种紧凑、平板式的设计，重量约为260公斤，搭载了单片太阳能电池板、四个相控阵天线、两个抛物面天线、一套星际导航传感器、一套离子推进系统和一套光学激光通信系统。

这些设备使得星链的卫星能够实现以下几个方面的技术优势：1.低轨运行：星链的卫星运行在距离地球约550公里的低地球轨道（LEO），相比于传统的地球同步轨道（GEO）卫星，距离更近，信号传输更快，延迟更低。

据SpaceX 称，星链的平均延迟为25毫秒，而 GEO 卫星的延迟通常在600毫秒以上。

2.大规模部署：星链计划发射数千颗卫星，形成一个密集的卫星网络，能够覆盖全球大部分地区。

目前，SpaceX 已经发射了超过1800颗星链卫星，并获得了美国联邦通信委员会（FCC）批准，在未来几年内发射近1.2万颗卫星。

SpaceX 还申请了在更高轨道发射3万颗卫星的许可。

3.自主避碰：由于低轨道空间拥挤度高，碰撞风险也高，因此，星链的卫星具备自主避碰能力，能够根据美国空军提供的轨道碎片数据和自身的导航传感器数据，自动调整姿态和轨道，避免与其他空间物体发生碰撞。

4．光学激光通信：除了与地面用户终端和地面网关站进行无线电波通信外，星链的卫星还能够通过光学激光通信系统，在空间中实现高速数据传输。

这样可以减少对地面基础设施的依赖，提高网络效率和安全性。

5．离子推进系统：为了节省重量和成本，星链的卫星使用了氪气作为了节省重量和成本，星链的卫星使用了氪气作为推进剂，实现了卫星的首次使用氪气推进系统。

美国军事卫星通信系统美国的军事卫星通信系统是世界上最先进、最有持续性的通信系统，不但技术先进，而且整体规划合理。

美国军事卫星通信系统可以由时间上划分为两部分，一部分是现有运行的系统：另一部分是计划中的系统，这部分属于美军卫星通信转型。

现有系统之间互有分工，各负其职；计划中的系统技术更为先进，将进一步提高战场连通能力；现有系统和计划中的系统之间更替有序。

了解美军卫星通信系统对我军通信系统的规划和设计有很大的借鉴意一、现有系统1.军事星军事星(Milstar)是美国军事战略战术中继卫星系统的简称，是一种极高频军用卫星通信系统，具有抗核加固能力和自主控制能力。

其抗干扰能力强，安全性和顽存性好，代表了当前军事通信的世界最高水平，能够满足战略和战术通信的需要。

军事星于20世纪80年代启动，共有两代，即军事星1(第一代军事星)和军事星2(第二代军事星)。

军事星星座由5颗卫星组成，其中有2颗军事星1和3颗军事星2，2003年该星座全部部署完毕。

两代军事星都服务于战略和战术通信，但军事星1有抗核加固能力，以战略通信为主；军事星2没有抗核加固能力，以战术通信为主。

其后续计划是先进极高频(AEHF)卫星系统。

军事星的有效载荷主要有低数据率(LDR)有效载荷、中数据率(MDR)有效载荷和星间交叉链路有效载荷。

其中，军事星1携带了低数据率和交叉链路有效载荷，而军事星2携带了低数据率、中数据率和交叉链路有效载荷(见表1和表2)。

军事星1和军事星2在低数据率通信和交叉链路上能够充分实现互操作。

军事星携带了交叉链路有效载荷，卫星无需经过地面站中转就可直接互连。

这样，地面终端发送和接收的信息可以由系统中其它卫星中继，并且有可能重选路由。

在发生核战争，地面控制系统无法工作的情况下，军事星仍可工作长达6个月。

2.国防卫星通信系统国防卫星通信系统(DSCS)是一个提供超高频(SHF)宽带和抗干扰通信的通信系统。

国防卫星通信系统共发展了3代，现在在轨运行的是国防卫星通信系统3。

天线增益antenna gain等向天线isotropic antenna天线极化antenna polarization双极化缝隙耦合微带天线dual-polarized slot-coupled microstrip antenna线极化linear polarization交叉极化cross polarization交叉极化抑制cross-polarization suppression隔离度isolation极化隔离度polarization isolation口径aperture面天线aperture antenna阵列天线array antenna跟踪精度tracking accuracy侧馈偏置卡塞格伦(SFOC)天线Side-Fed Offset Cassegrain (SFOC) antenna偏馈抛物面天线offset fed paraboloidal antenna副瓣side lobe前轴向区forward axis天线座antenna pedestal俯仰elevation方位azimuth轮轨式俯仰-方位型天线座roller raceway type elevation-azimuth antenna pedestal便携移动卫星站portable mobile satellite station无线图传系统wireless image transmission system频谱分析仪spectrum analyzer光端机optical transceiver功分器power analyzer光波导功分器optical waveguide power analyzer异构卫星通信系统heterogeneous satellite communication system（网络）互联interconnect（业务）互通interworking公用电信网间互联管理规定Administration of the Interconnection of Public Telecommunications Networks Provisions数据格式data format通信协议communication protocol网络融合network convergence应用层application layer无缝连接seamless connection通信接口communication interface用户网络接口user to network interface （UNI）网络节点接口network to network interface（NNI）光纤技术optical fiber technology固网和移动网的融合fixed and mobile network convergence （FMC）车载无线接入网络vehicle-mounted/car-borne wireless network专用接入网关private access gateway互联网关internet gateway多模用户终端multi-module user terminal工作频段working band组网方式network formation星状star网状net点对点point-to-point多址multi-address模拟用户线接口simulated/analogue user interface模拟中继线接口simulated/analogue trunk interface数字中继接口data truck interface地面站ground station地面信关站ground gateway station远端站remote station地球站terrestrial station公共交换电话网public switched telephone network（PSTN）公共交换数据网public switched data network（PSDN）协议数据单元protocol data unit（PDU）无线收发系统wireless transceiver system专用集成电路application-specific integrated circuit（ASIC）协议转换器protocol switcher协议封装与转换protocol encapsulating and switching多协议封装multi-protocol encapsulating（MPE）系统同步system synchronization移动分组数据服务mobile paneled data service（MPDS）前向链路forward link反向链路reverse link备份信道backup channelIP封装机IP encapsulator协议加速器protocol accelerator波段天线band antenna船载天线ship-borne antenna广播链路broadcasting上行站uplink station射频单元frequency unit射频前端RF front end调制器modulator复用器multiplexer频谱资源frequency resource广域覆盖wide area coverage海事终端maritime terminal航空终端aeronautic terminal卫星基站satellite base station（SBS）本土地面站HLES用户鉴权user authentification组播multicasting内部路由表internal routing table子网subnet天线切换器antenna switcher电视解码器TV decoder集线器concentrator数据交换机data switching exchange无线接入点wireless access point主控计算机host computer美军转型卫星通信系统TSAT美军单向广播系统GBS全球信息栅格（美国）Global Information Grid（GIG）移动用户目标系统mobile user objective system（MUOS）宽带全球卫星通信WGS网络战net-centric warfare出向信号outcoming signal入向信号incoming signal输入流input stream封包检测null-packet detection循环校验码CRC微调电容器padder导引插入pilot insertion比特交织bit interleaver正交调制quadrature modulationIP路由IP routing服务接入点SAP卫星链路控制层SLC卫星媒体访问控制层MAC卫星物理层SPHY透明转发器transparent transmitter再生式转发器regenerated transmitter卫星回传信道satellite return channel混合回传信道hybrid return channel拓扑topology点波束spot beam馈电链路feeder link协议栈protocol stack应用场景application scenario地面中继器terrestrial repeater卫星中枢satellite hub单点回传信道unicast return channel卷积码convolutional code基带成型滤波器baseband shaping filter卫星信道适配器satellite channel adapter分组协议packet protocol核心网core network宽带IP卫星技术broadband IP satellite technology天基网络space-based network定长fixed length非定长unfixed lengthTS（时间戳）数据包报头TS packet headerIP datagram IP数据包选路协议routing protocol数据流分类data stream classification通路routing数据时延限制data throughput limit拥塞控制算法congestion control algorithm互联网骨干网连接internet backbone interconnection报文丢失packet loss美国航空航天局NASA欧洲空间局ESA空间数据系统咨询委员会CCSDS潜伏/等待时间latency上链uplink前链forward link下链downlink回链return link多址分配协议multi-address allocation protocol双跳double hop卫星载荷satellite payload转型通信卫星transformational communications satellite (TSAT)比特流bit stream链路层帧link layer frame多点广播路由multicast routing机载路由器space-born/onboard router锚站anchor station多波束天线multi-beam antenna (MBA)室内单元indoor unit (IDU)室外单元outdoor unit（ODU）太比特terabyte流量控制traffic shaping公平接入政策fair access policy（FAP）流媒体视频streaming video对等互联网peer to peer (P2P)信道容量channel capacity低轨道星座通信卫星low-earth orbit （LEO）constellation communication satellite 轨道控制orbit control同步轨道通信卫星geosynchronous communication satellite星上处理onboard processing星间链路inter-satellite link关口站gateway station动态分配信道dynamic channel allocation（DCA）地面蜂窝移动通信系统ground cellular mobile communication system 静止轨道卫星geostationary （GEO）satellite全球波束global beam宽点波束wide spot beam窄点波束narrow spot beam转发器transmitter单向太阳能帆板翼展用户链路user link馈线链路feeder link数字波束成形digital beam forming（DGF）宽带码分多址WCDMA有效载荷分析payload analysis多波束馈源multi-beam feed超短波语音通信ultra-short wave audio communication相控阵天线phased array antenna交叉振子crossed dipole微带贴片microstrip patch介质螺旋medium spiral赋形forming低剖面天线low profile antenna通量密度intensity可编程逻辑器件programmable logic device（PLD）射频单元RF unit中频单元IF unit电源模块power module射频大规模集成电路large scale RF integrated circuit调制解调modulation and demodulation信道编码channel coding信噪比signal to noise 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fading电平余量（level）margin算法algorithm拓扑快照静态路由TSSR定长包格式fixed length packet format离散化discretization静态拓扑stationary topology动态拓扑dynamic topology链路代价link cost路由表routing table卫星路由算法satellite routing algorithm卫星交换节点satellite switching node卫星接入节点satellite access node空中接口技术air interface technology频分多址frequency division multiple access（FDMA）码分多址code division multiple access（CDMA）频分复用frequency division multiplexing非相干测量non-coherent measuring时间同步精度time synchronization accuracy短稳short term stability蜂窝小区cellular波束小区beam cell导频强度pilot frequency intensity时间基准time reference单星定位single satellite positioning伪距测量pseudo range measurement多普勒测量Doppler measurement伪距方程pseudo range equation多普勒方程Doppler equation高程方程vertical equation三维坐标tri-dimensional coordinate钟差clock bias频差frequency bias老化率aging rate迭代加权最小二乘法iterative weighted least-square equation卡尔曼滤波法Kalman filter equation高斯分布Gaussian distribution自适应编码和调制self-adaptive coding and modulating (ACM)远端站remote station上行功率控制UPC向前纠错偏码率FECmesh路由器mesh router动中通communication on the move （CoTM）静中通stationary satellite communication system海事卫星通信maritime satellite communication低抖动low jitter移动回传mobile backhaul蜂窝回传cellular backhaul多路接入专网private network with multiple access多协议标签交换MPLS天地一体网络integrated space-ground network卫星应用系统集成satellite application system integration机动遥感卫星mobile remote sensing satellite遥感卫星通用变频器universal converter for remote sensing satellite 合成孔径雷达synthetic aperture radar环境减灾卫星satellite for environmental and disaster monitoring卫星导航终端satellite navigation terminal星载时差测量仪onboard time difference measurer高可靠星载接收机onboard receiver of high reliability三模接收机tri-modulation receiver抗干扰通信技术anti-jamming communication technology高动态抗干扰数字图像传输系统high mobility anti-jamming digital image transmission system 数字式末制导图像传输设备digital terminal guidance image transmission device基于巡航导弹的卫星cruise-missile-based satellite捕控指挥链catching and control chain of command超视距信息链beyond-visual-range information chain近程无人机near-distance pilotless 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