主頁（http://m.by236.com）：軍事衛星通信對抗體系詳解 1 背景 1.1 概述 衛星通信作為視距通信的補充部分，已成為各國通信結構中不可或缺的通信方式，導致衛星通信成為各國軍事行動中的主要攻擊目標。由于衛星定點位置的公開化，使得衛星通信系統更容易面臨電磁干擾、截獲、入侵甚至被摧毀的威脅。為了提高衛星通信系統在復雜電磁環境下的抗干擾、抗截獲、隱身以及抗入侵等能力，越來越多的對抗性技術措施被提出。在這種背景下，如何客觀、全面、準確地評價衛星通信系統的對抗性性能，已經成為研究的重點和難點。對抗性性能評估不僅在衛星通信系統設計、研發和使用過程中起著重要作用，而且對衛星通信系統在復雜電磁環境下的使用策略起著重要的指導作用。對抗性性能評估的基礎，是建立科學的對抗性指標體系。 近年來，衛星通信系統相關對抗性指標得到越來越多的研究，但目前尚沒有形成一套完備而有效的指標體系來適應信息對抗技術的不斷發展。本文在已有衛星通信系統對抗性指標基礎上，從抗干擾、抗截獲、隱身以及抗入侵等類別出發，歸納總結出一套科學的對抗性指標體系，并深入分析指標含義，提出了指標提升方法，為衛星通信系統對抗性技術研究提供基礎支撐。 針對衛星通信系統面臨的主要干擾和摧毀威脅，分析威脅機理，總結了目前主要采用的抗干擾措施并研究了各種措施的優長。梳理了DoDAF V2.0與通信相關的基本內涵和相關體系結構。依據DoDAF V2.0的體系結構開發思想，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，并給出了可用于實施開發的具體流程，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。
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。
衛星通信系統由地面段和空間段組成，地面段包括主控中心、監測中心及信關站，空間段包括衛星星座、星間鏈路和星地鏈路。空間段通過微波通信進行數據及信令的傳輸、轉發和交換，是整個系統的核心部分，也是安全隱患最大的部分，其安全弱點歸納如下。 (1)物理通信環境惡劣 星座網絡位于據地面高度2000km(低地球軌道)至35800km(同步衛星軌道)的太空近地軌道，通信鏈路容易受到宇宙射線、大氣層電磁信號或惡意電磁信號的干擾。具有信號傳輸誤碼率高(10～～10)、時延大(10300Ills)、通信不穩定等特點。由于無線鏈路具有開放性，缺乏物理保護，容易遭受干擾、截獲、偽造等惡意攻擊。 (2)衛星節點能力受限 相比地面系統．衛星節點的硬件處理能力較低，星上系統的計算能力、存儲空間、電能功率等都受到一定限制，這直接制約了星上運算的復雜度和通信開銷，使得安全性高的復雜協議難以在衛星網絡中實現。 (3)網絡動態性變化 星座網絡拓撲具有無中心、自組織、周期性的特點．而地面部分用戶終端具有移動性，可擴展性。這些因素使得網絡通信實體問的信任關系不斷變化，增大了身份認證、密鑰管理、訪問控制的難度。地面用于靜態網絡的安全措施往往不適合這種拓撲結構。
根據OSI分層通信模型。衛星通信系統的主要通信協議、安全威脅和防護技術如表 1 所示。從低層向高層 ，安全威脅呈現出手段更豐富、技術更復雜、隱蔽性更強、防護難度更高的發展趨勢。具體包括硬件設施損毀、壓制干擾、欺騙干擾、頻段竊聽、數據截獲、數據篡改、重放攻擊、中間人攻擊、身份仿冒和非授權訪問等。衛星系統的安全技術應該在不同通信層級各有側重， 主要保障系統的可用性、數據機密性、完整性、身份認證性 、不可抵賴性和訪問可控性等。 由于空間環境的特殊性，地面網絡中的安全機制不能直接用于衛星通信。介紹了衛星通信系統安全技術的最新進展。首先從空間信道環境、衛星節點能力、星座網絡結構等方面指出了衛星通信系統的安全弱點。然后總結了物理層、數據鏈路層、網絡層和傳輸層所面臨的安全威脅和防護對策。著重介紹了抗損毀技術、抗干擾技術、認證機制和密鑰管理協議，并對有代表性的安全策略進行了分析、對比和討論。最后對衛星通信系統安全技術發展方向做出預測。 1.2 軍事通信衛星應用 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。由于現役軍事通信衛星上均搭載多種頻段載荷，如果僅從頻段的角度來看，頻段在軌通信衛星：
由表2可以看出，Ka頻段在美國應用最為成熟，共計8顆衛星在軌運行，而且Ka頻段已成為主用頻段。此外，歐洲、俄羅斯、以色列、韓國、阿聯酋、澳大利亞等國，也開始使用Ka頻段，但使用量相對較少，屬于在多頻段衛星上搭載少量轉發器，例如澳大利亞的Optus-C1衛星搭載了4路Ka頻段轉發器、阿聯酋的Yahsat-1A衛星搭載了1路Ka頻段轉發器。 Ka頻段是指K頻段以上的部分，即K-above，是指26.5～40GHz的微波頻段。根據國際電聯（ITU）的劃分，供軍事衛星和民用衛星使用的頻譜資源分別為1GHz和2.5GHz，具體見表1。 表1 ITU對Ka頻段頻譜資源的分配 戰場廣播、高清圖像和視頻傳輸、無人機等空基情偵監平臺等新應用的出現，對傳統X頻段提出了更高的要求，同時也為Ka頻段的應用帶來了契機。然而，新頻段的應用總是伴隨著機遇與挑戰，而Ka頻段的優勢和劣勢也相對較為明顯，具體如下所述。 優勢一：可用頻譜更寬，支持跟高吞吐量。Ku頻段的頻譜資源大約為上行鏈路2GHz、下行鏈路1.3GHz，實際單顆衛星可用的連續頻譜不足0.5GHz。反觀Ka頻段，上行鏈路和下行鏈路各有3.5GHz資源可用。在相同的帶寬效率前提下，顯然Ka頻段可以支持更高的傳輸速率，在支持動態視頻方面更加具有優勢。 優勢二：成本效益更高。Ka頻段衛星大多采用點波束（商業衛星3dB波束寬度一般為0.5°～1.5°，軍事衛星波束寬度相對較大），因而可以采用頻率復用技術�？臻g復用使得可用頻率資源更多，使得整星吞吐量提升1～2個數量級，從而使單位帶寬的成本降低。 優勢三：支持更小口徑終端。由基本物理學原理可知，頻率越高、波長越短，因而可以使用更小口徑、更輕質量的終端，進而支持肩負式、移動平臺應用。另一方面，窄波束的EIRP和G/T相對更高，也能夠支持小口經終端高速傳輸。例如，與Ku頻段相比，使用窄點波束的Ka頻段的整體鏈路質量可提升6～10dB。 優勢四：更好的抗干擾性能。由于頻譜范圍更寬，Ka頻段通過跳頻或直接序列擴頻等技術可實現更強的抗干擾特性。例如，Ku頻段轉發器帶寬為54MHz，而Ka頻段則可以達到125MHz，因此，采用相同擴頻技術條件下，干擾余量可至少提升3dB。 劣勢一：必須滿足ITU對于鄰星干擾的限制。隨著在軌通信衛星數量的增多以及Ka頻段日益廣泛的應用，鄰星干擾的問題日益突出。對小口徑終端來說，控制天線旁瓣功率，使其不會對GEO鄰近衛星產生干擾的難度較大，因而只能限制總功率，從影響地對空最高傳輸速率。而且，當地面終端、特別是陸地終端處于移動過程中，受沖擊和振動影響，對機械天線的指向精度要求就會更高。 劣勢二：雨衰更嚴重。微波傳輸的一大障礙就是大氣，雨、霧、云、冰、雪、冰雹等氣象條件都會使微波信號產生損耗。而Ka頻段面臨的雨衰問題要比C、Ku等成熟頻段嚴重得多，特別是熱帶降雨頻繁的地區。例如，根據實測數據，在保證99%鏈路可用性的條件下，新加坡地區下行鏈路雨衰損耗Ku頻段為2.6dB，而Ka頻段高達12dB。傳統上采用提高鏈路余量來保證可用性，近年來自適應編碼調制、主站空間分集、上行鏈路功率自動控制等技術逐漸得到廣泛的研究和關注。 1.3 軍事典型系統與應用 從通信安全的角度來看，軍事通信衛星系統一般可以分為三個層次： 第一層是核心層，即具備抗干擾與抗核加固能力，承擔重要的戰略通信任務，一般采用EHF和X頻段； 第二層是軍事專用層，不具備較強的抗干擾能力，但專為軍事需求設計，一般采用UHF、X和軍用Ka頻段； 第三層是民用專用層，主要針對民商用途設計，一般采用L、C、Ku和民用Ka頻段。而目前大部分Ka頻段應用也主要是在第二層，軍事專用層。 從應用角度來看，Ka頻段既可以用于戰場與后方基地之間的固定連接，也可以支持戰場小口徑移動終端的互聯。典型應用包括大范圍的戰場態勢廣播、寬帶戰場通信、無人機數據回傳等等領域，下面結合不同的衛星系統分別進行介紹。 1.3.1 支持戰場定位和通信 自海灣戰爭以來，美軍發現大量諸如戰場地圖等數字信息難以有效傳遞到前線戰場，甚至較低層級的戰術部隊，當時的衛星通信帶寬不足以支持戰場信息化需求。因此，美軍自1991年開始研究向戰區內提供寬帶單向軍事信息廣播業務，包括情報、圖像、地圖和視頻等數據，主要面向低成本的小型用戶終端。在經過商業搭載試用以后，美軍在UFO-8、9和10三顆衛星上搭載了GBS載荷，開始在全球范圍內提供戰場信息廣播業務。 GBS系統包括3大部分： ①廣播管理段，提供系統與數據提供者之間的接口，建立并管理廣播信息流，使信息傳送到所需的注入點； ②空間段，提供衛星傳輸和覆蓋能力； ③終端段，接收衛星傳送的廣播信息，提供用戶接口。 目前美軍有3個固定的衛星廣播管理/主注入站，分別位于弗吉尼亞州諾�？撕＼娀亍⒁獯罄奈魑骼飴u和夏威夷的瓦西阿瓦。此外，還有5個戰區注入站（陸軍3個、空軍2個），機動部署到戰區，快速傳送戰區專用信息。目前已經部署了超過1000套接收設備，包括地面接收設備、潛艇接收設備和艦載接收設備等。
美軍GBS系統體系架構 UFO衛星上搭載的GBS載荷共有4路轉發器，配合2個接收波束和3個發射波束使用。接收波束中，1個為固定波束，指向固定的主注入站；1個為可控波束，指向戰區機動注入站。發射波束中，2個為窄波束，地面覆蓋直徑500海里，提供24Mbit/s下傳速率；1個為寬波束，地面覆蓋直徑3700km，提供1.5Mbit/s下傳速率。目前，隨著WGS系統的部署，GBS服務逐步過渡到WGS衛星上，而WGS衛星對此進行了升級，單路轉發器可以支持高達45Mbit/s的下行單向廣播傳輸速率。 在發展新一代軍事通信衛星方面，法國與意大利選擇了國際合作的方式，并且開始向Ka頻段邁進。Athena-FIDUS，全稱為“歐洲聯軍戰場接入——法意軍民兩用衛星”，是面向網絡中心戰場而發展的軍事通信衛星，支持陸海空各類作戰平臺和應用。
Athena- FIDUS軍事通信網絡 Athena- FIDUS衛星將民用技術應用于Ka和EHF頻段，從而降低帶寬成本，雖然不具備較強的抗干擾能力，但整星吞吐量達到3Gbit/s，接近美軍WGS衛星的性能水平。衛星采用Spacebus-4000B2平臺研制，發射質量3.4噸，功率4.9kW，設計壽命15年。星上有效載荷分為法國和意大利兩部分，其中：法國載荷為11路Ka頻段轉發器，1個固定波束覆蓋法國，另有6個可移動波束；意大利載荷包括11路Ka/EHF轉發器，1個固定波束覆蓋意大利，另有2個可移動波束。作為一顆軍民兩用衛星，Athena-Fidus在意大利方面的應用主要包括五大類：①意大利國土及周邊地區的寬帶接入，星狀網；②意大利國土及周邊地區的寬帶接入，網狀網，通過星上處理載荷實現單跳通信；③境外戰場寬帶接入，高速率廣播、戰場部隊雙向通信等等；④意大利國土與境外戰場間無人數據回傳；⑤從意大利國土向境外戰場廣播遙感圖像或數據。在意大利有效載荷中，固定波束對應6路轉發器，包括2路透明轉發器（Ka/Ka和EHF/Ka，滿足星狀網組網需求）和4路處理型轉發器（Ka/Ka和EHF/Ka，滿足網狀網組網需求）。兩個可移動波束均為Ka/Ka頻段，半功率波束寬度為1.5°，地面覆蓋區域直徑約950km，實現境外戰場與本土的互聯，單鏈路速率要求為2Mbit/s，單波束支持700部終端。 1.3.2 無人機通信 局部戰爭表明無人機在區域監視偵察方面的作用日益突出，而高清圖像和視頻的傳輸也越來越需要大容量衛星通信手段的支持。在WGS衛星開始部署之前，美軍主要依靠商業Ku頻段和部分租用的X頻段衛星容量來為無人機提供數據回傳服務。
美軍WGS衛星支持空基情偵監數據回傳 WGS衛星是美軍新一代寬帶軍事通信衛星，采用X和Ka頻段進行通信。衛星采用先進的數字信道化技術和相控陣天線技術，可形成9個X頻段和10個Ka頻段波束。WGS衛星可利用的頻譜為X頻段500MHz、Ka頻段1GHz，根據頻率規劃分為數個125MHz信道。由于帶寬較大、波束較窄（1.5°）且可以移動，因而在支持無人機數據回傳方面具有獨特的優勢。 WGS-1～3衛星可利用125MHz帶寬支持137Mbps的無人機傳輸速率，但是隨著機載傳感器性能的提升，這一速率已經逐漸難以滿足需求。而WGS-1衛星在軌測試期間表明，在125MHz信道上使用16APSK調制可以實現440Mbit/s的傳輸速率，也為WGS支持無人機數據回傳的能力提升提供了機遇。 在WGS-4～6衛星上，增加了射頻旁路能力，專門滿足無人機傳輸需求，并且對天線配置進行了改進。利用現有的Ka頻段可控碟形天線最多可支持6個獨立接入，另有1個Ka頻段可控碟形天線專門用于星地鏈路。由于WGS在ITU的申請中已經包含了Ka頻段反向極化的資源，因此可以充分利用Ka頻段的反向極化資源支持無人機數據傳輸，同時避免干擾，減輕對其他戰術用戶的影響。升級之后，單鏈路支持無人機數據回傳的最低速率為274Mbit/s，如果采用高階調制，傳輸速率還會更高。 1.3.3 無人艦艇通信 在無人潛艇上安裝了星鏈，艇首兩個圓柱鼓包是引信，艇尾部的平板狀物是“星鏈”衛星天線。
1.3.4 星鏈防御彈道導彈 星鏈衛星上可以搭載光學觀測載荷，結合其重訪率高的優勢，對于全球主要地區，讓每個時間段天頂方向都有幾顆衛星飛過，可實現24小時不間斷光學監控分析，通過大數據系統自動識別、分類跟蹤和圖像識別系統，使其對真假目標識別率高，抗干擾能力強，這必將大大提升美國對地面移動物體和太空目標的監控能力。 星鏈衛星可以對導彈和航天器進行遙測、跟蹤和控制，進而提高對敵方運載火箭/導彈軌道的高精度預測和預警能力，為后續的攔截提供信息支撐，并提供了防御彈道導彈的一種最佳方法，即在它們發射之前將其擊毀。
2 衛星通信系統干擾方式和抗干擾措施 2.1 衛星通信干擾分析 按照鏈路的不同，常分為上行干擾、空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。 空間干擾主要包括在衛星通信中相鄰衛星之間的干擾、同一衛星相鄰信道之間的干擾以及人為操作不規范造成的干擾等。鄰星干擾,鄰星干擾主要有上行干擾和下行干擾，其中，上行干擾主要是因為鄰星系統中有些用戶使用的天線功率譜密度超出協調指標或者天線偏向鄰星造成臨星干擾；下行干擾主要是相鄰衛星之間的重疊覆蓋區使得用戶在接收到正常信號的同時，也接收到鄰星的旁瓣信號。為了減少臨星干擾，需要從兩方面進行入手。對于上行干擾的降低，需要采取精確調整天線的指向，并改善通信天線的方向圖性能以及降低上行功率等措施。對于下行干擾的降低，一般需要衛星公司之間調整鄰星之間的技術參數予以解決。相鄰信道干擾,相鄰信道的干擾主要涉及到用戶載波的頻率分配可能與相鄰信號的頻帶出現重疊，或用戶在使用載波時，其載波的頻譜特性未滿足要求，從而造成干擾。要降低這類干擾，衛星公司在進行入網測試時，必須保證用戶的上行載波頻譜在分配頻帶的范圍之內。另外，采取降低平衡出站信號功率的方法也是有效的辦法之一。 人為操作不規范造成的干擾,人為操作不規范主要包括操作和設置有誤、違反上星程序和私自上載波偷發信號等，這些方面都會對衛星通信造成影響和干擾。對于人為操作不規范造成的干擾，主要的方法就是采取人員培訓和嚴格自律，減少和防止不規范的操作。 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。 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，如圖所示。
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.如圖所示。
2.2 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�；谡J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。 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，如圖所示。
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。
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。
衛星通信系統抗干擾指標體系層次結構圖 本指標體系主要由 3 個一級指標構成，即天線抗干擾指標、波形抗干擾指標和綜合抗干擾指標。 3.3 天線抗干擾指標的含義 （1）天線增益：天線增益越高，接收信號信干比越高，接收信號抗干擾能力越強。 （2）天線波束寬度：波束寬度越小，受干擾概率越小。 （3）旁瓣抑制能力：旁瓣抑制能力越強，抗旁瓣干擾能力越強。 （4）零陷寬度和深度：天線零陷寬度描述天線波束形成的空間濾波器寬度；天線零陷深度描述天線波束形成的陷波深度。 波形抗干擾指標 波形抗干擾指標的含義如下。 （1）解調門限：解調門限越低，允許進入接收機的干擾越大，接收機抗干擾能力越強。 （2）干擾抑制能力：波形干擾抑制能力越強，系統抗干擾能力越強。 （3）干擾容限：干擾容限越高，抗干擾能力越強。 抗截獲指標體系 衛星通信系統抗截獲指標體系可進一步分解為戰術指標和技術指標。其中，戰術指標用于衡量特定作戰環境下衛星通信系統相對于敵方截獲機的抗截獲性能；技術指標用于評價衛星通信系統自身抗截獲水平的高低，屬于衛星通信系統特有的特征參量，與敵方的截獲裝備無關。 抗截獲指標體系如圖 所示。
截獲距離 為了減少信號的截獲概率，應盡量減少多維窗口同時重合的概率及時間。在衛星通信中，截獲機可通過接收衛星終端上行信號來完成上行衛星信號的截獲；截獲機可通過接收衛星發射的信號來完成衛星終端下行信號的截獲。截獲機的截獲距離通常被用來定量評價衛星通信信號的低截獲性能。截獲距離可定義為有用衛星通信信號在截獲接收機處達到截獲機靈敏度時有用衛星通信信號發射機與截獲接收機間的距離。 截獲概率 截獲概率定義為有用衛星通信發射信號在時 域、空域、頻域以及能量域上同時被截獲機截獲的 概率 （1）時域截獲：截獲機在有用衛星通信信號發射的時間內工作； （2）空域截獲條件：截獲機的接收天線位于有用衛星通信信號發射機天線主瓣或副瓣內； （3）頻域截獲：截獲機的工作頻段覆蓋了有用衛星通信信號頻段； （4）能量域截獲：在截獲機處的有用衛星通信信號的信號強度高于截獲機的接收靈敏度。 技術指標 抗截獲技術指標的含義 （1）天線旁瓣電平：敵方截獲接收機往往只能截獲有用衛星通信信號的副瓣，為了實現低截獲概率的衛星通信，需要衛星通信系統具有低的發射天線旁瓣電平，故可將天線旁瓣電平作為評估技術指標之一。 （2）信號功率譜密度：信號功率譜密度越低，敵方截獲接收機發現有用信號的概率越低。 （3）頻率捷變能力：頻率捷變能力越強，敵方截獲接收機捕獲有用信號的概率越低。 （4）信號輻射時間：信號輻射時間越短，敵方截獲接收機檢測到有用信號的概率越低。 （5）功率管理能力：根據不同的工作環境，衛星通信系統應能自適應調整有用信號的發射功率，從而在保證既定通信任務的基礎上實現系統功率資源的高效利用，同時降低敵方截收機截獲信號的概率。 3.4 隱身指標體系 隱身技術是指為了規避敵方聲、光、電、熱等探測設備對我方武器裝備探測而發展起來的一種綜合技術。根據對探測信號控制的不同，隱身技術可以分為無源隱身技術和有源隱身技術 。無源隱身技術的出發點是盡量減少武器裝備對電波、紅外波、聲波以及可見光等能量的反射或輻射，降低敵方發現上述反射或輻射能量的概率，從而實現武器裝備的隱身。實現無源隱身的措施主要包括巧妙設計外形和結構以及采用吸波、透波材料等。有源隱身技術的出發點是利用有源手段規避敵方聲、光、電、熱等探測設備對我方武器裝備探測。其中，射頻隱身技術是一種重要的有源隱身技術，其通過武器裝備上的電子設備或系統來抵御敵方射頻無源探測、跟蹤和識別，從而減少敵方射頻無源探測系統的作用距離和跟蹤制導精度。 3.4.1 無源隱身技術指標 衛星通信系統終端分機往往安裝在平臺內部，所以影響系統無源隱身性能的瓶頸因素是衛通天線。衡量衛通系統無源隱身性能的重要技術指標為天線 RCS（Radar Cross Section）。 3.4.2 有源隱身技術指標 實現有源隱身的方法通常稱為低截獲概率技術[8]，故前文的抗截獲指標可作為有源隱身技術指標。 3.5 抗入侵指標體系 衛星通信信道的開放性使得衛星通信系統容易受到敵方的非法入侵。入侵是指非法用戶獲得系統訪問權限或相關授權的行為。系統入侵可能導致合法用戶接收到虛假或錯誤信息，從而使整個系統變得不可靠和不可用。因此，系統入侵造成的危害比一般的干擾更嚴重�？谷肭值闹饕康氖欠乐瓜到y受非法用戶的控制。 針對無線通信系統，根據入侵形式的不同可分為兩種：一種是通過有線形式入侵無線通信系統的地面網絡，對地面網絡信息進行篡改、注入病毒或虛假的信息，然后利用無線通信系統合法的無線信道進行傳輸，以達到破壞系統的目的；另一種是直接利用無線通信系統的無線信道，向系統注入病毒或虛假信息。 第一種形式的入侵是“信息入侵”，屬于“信息安全”范疇，一般可基于信息特征分析進行入侵檢測及處理。例如，通過對無線通信系統運行情況進行統計、分析，檢測此種形式的入侵行為，并采取清除入侵信息或關閉可疑通信節點等相應的措施。第二種形式的入侵是“信號入侵”，屬于“傳輸安全”范疇，一般可基于信號特征分析進行入侵檢測及處理。例如，告警以避免可疑信號進入解調器、消除入侵信號，以保證正常信號的解調、調整通信信號的參數以躲避同模式干擾等。針對衛星通信系統，系統的地面網絡可借鑒其他無線通信系統地面網絡在信息入侵檢測和處理上采取的抗入侵技術，故敵方通過第一種形式入侵系統較為困難�？紤]到衛星通信通信信道的開放性，衛星波束覆蓋范圍內的地球站都可以向衛星轉發器發射信號，故敵方通過第二種形式入侵系統是比較容易實現的。第二種形式入侵的信號物理層參數、上層協議與合法用戶正常通信信號往往具有很大的一致性，是合法用戶正常通信信號的同模式信號。 在衛星通信系統中，針對同模式入侵信號干擾時，系統可能存在兩種情況： （1）一般出現在非擴頻系統中，入侵信號功率遠遠大于合法通信信號功率，合法接收機自動捕獲并解調強功率的入侵信號； （2）一般出現在擴頻系統中，入侵信號與合法通信信號擴頻碼型一致，相位相互滑動，功率沒有明顯差異，合法接收機不可能長時間鎖定在其中一個信號上。合法接收機既可以對入侵信號解調，又可以對合法通信信號解調，且有可能在通信過程中以一定的概率在二者之間切換。 從傳輸安全的角度考慮，衛星通信系統的抗入侵可從以下幾個方面進行設計。 （1）降低系統被入侵的概率：通過合理的系統設計和信號設計，加大敵方對合法通信信號進行模式識別、參數提取及跟蹤的難度（如快速跳頻、自適應擴頻等）。 （2）監測入侵信號并及時告警：當在信道中監測到可疑信號時，向系統發出警示，并切斷入侵信號與信號連接器的連接，以避免入侵信號虛假信息的輸入。 （3）消除或躲避入侵信號。當受到入侵時，首先應盡可能消除入侵信號，并將抵消后的合法信號送解調器進行解調；對于無法消除的入侵信號，可通過更換通信參數的方式來躲避，從而維持系統的正常通信。 抗入侵性能的好壞可通過入侵檢測的虛警概率和漏警概率來評價。入侵檢測虛警將可能導致系統進行不必要的處理，從而影響衛星通信系統整體性能。入侵檢測漏警將可能使用戶接收到虛假信息，從而導致衛星通信系統不可靠甚至不可用。 4 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。 衛星通信抗干擾能力體系結構如圖所示。
衛星通信抗干擾能力體系 衛星通信網受干擾被偵收的主要形式 衛星通信具有通信距離遠、通信質量高、便于 實現多址通信等特點，成為現代軍事通信中非常重要 的通信手段之一，但也存在許多缺點。衛星通信鏈路 的開放性，使衛星通信信道容易受到惡意干擾；鏈路 的廣播特性，使衛星通信信號容易被偵收截獲；偵收 解析、功能定位、靈巧干擾等現代綜合對抗手段的出 現，大大降低了單一技術體制衛星通信網的抗干擾能 力。現代軍事活動中，衛星通信網受干擾被偵收主要 有以下形式。 4.1.1 信道受到攻擊 信道層面的安全威脅主要來自傳統電子干擾手 段，敵方通過發射同頻或者相干的電磁信號，對我方 通信接收設備進行擾亂、破壞甚至欺騙，從而有效干 擾衛星通信系統的星地和星間鏈路。目前常用的電磁 干擾手段主要包括壓制式干擾和靈巧式干擾。通信衛 星受到電磁干擾的具體分類如圖1所示。
在實際作戰運用中，敵方通常是利用地基、�；� 或天基平臺，通過對選定的某顆衛星發射已調制的大 功率射頻信號阻塞衛星轉發器，使衛星轉發器的放大 器處于飽和狀態，無法對有用信號進行放大。或者利 用強大的干擾功率對目標信號實施完全壓制，使得目 標信號嚴重失真、無法被接收機正常接收，實現對某個 作戰區域的電磁壓制。在伊拉克自由行動過程中，美 軍使用的衛星通信系統就受到過電磁干擾，通過長達 16個月的監測分析，發現有大約50次受干擾事件，其 中5次可以確定為敵惡意干擾，干擾者均是使用連續載 波信號對用戶上行鏈路實施干擾，造成通信中斷。另 一種干擾形式是利用特殊技術手段截獲目標信號，分析識別目標信號樣式，通過發送與目標信號樣式相同 或相關的信號，造成接收方的信息差錯或判斷錯誤。 4.1.2 信息受到攻擊 信息層面的安全威脅主要來自鏈路層、網絡層 乃至應用層的攻擊，通常以信號截獲、偵收為前提， 通過對信號進行探測、監視、分析，提供先驗信息支 持，然后采取數據竊取、欺騙攻擊、程序攻擊和數據 篡改等多種攻擊手段，實現對衛星通信、指揮、管理 等系統的信息竊取、破壞、入侵、控制等。 第一種是利用衛星、地面 站、用戶之間傳輸的無線信號容易被截獲的特點，通 過對信號進行分析或破譯，獲取傳輸的數據、內容及 流量信息，從而得到相應情報。2009年，美軍發現 有攻擊者在伊拉克和阿富汗成功攔截“捕食者”無人 機的圖像，后來這些圖像在攻擊者的電腦中被發現， 因為這些圖像在通過衛星傳輸過程中沒有加密，攻擊 者可以通過衛星接收天線利用商用軟件輕易接收攔截 圖像信息。 第二種是利用衛星網絡節點動態接入的特 點，通過冒充合法節點接入到衛星網絡，竊取衛星網絡中敏感信息，獲取系統部分乃至全部控制權。 第三 種是利用衛星網絡存在的不當配置和系統漏洞，通過 植入病毒、木馬等程序，竊取衛星網絡中敏感信息， 獲取系統的部分乃至全部控制權。第四種是通過對信 息傳輸中的部分或全部數據內容的更改，破壞系統功 能，使系統難以正常工作或完全癱瘓。 4.2 衛星通信網抗干擾反偵收的主要手段 衛星通信網抗干擾手段主要包括基于自適應天線 的空域技術、頻譜擴展技術、星上處理技術以及限幅 技術等。國外的抗干擾衛星通信系統普遍采用了上述 技術。 4.2.1 主要抗干擾技術手段 1）天線自適應波束成型技術。 該技術是衛星通信 網最常用的抗干擾和反偵收措施，具體包括點波束天 線、自適應調零天線和智能天線技術等。以點波束天 線為例，實際作戰運用中可根據戰場形勢的變化控制 星上發射天線指向，使其波束覆蓋范圍隨用戶運動作 相應變化，將信號覆蓋限制在一定范圍內，從而避免 敵方利用衛星可視范圍內的平臺對衛星轉發器實施干 擾和偵收。 2）頻譜擴展技術。 擴頻是衛星通信網最基本的抗 干擾技術，同時也是反偵收的主要手段，包括直接序 列擴頻、跳頻和混合擴頻三種方式。直接序列擴頻使 用具有高碼率的擴頻碼序列，在發送端擴展信號的頻 譜，在接收端使用相同的擴頻碼序列解擴，把展寬的 擴頻信號還原成原始的信息。跳頻采用多個載波頻率 并在這些頻率間隨機跳變，具有很強的抗干擾和反偵 收能力。混合擴頻技術在直接序列擴頻的基礎上增加 了載波頻率跳變的功能，綜合了上述兩種擴頻方式的 優點，采用兩維甚至三維的混合擴頻技術體制是國外 抗干擾通信發展的一個趨勢，美軍的軍事衛星通信系 統Milstar就采用了跳頻/直擴混合體制。 3）星上處理技術。 星上處理可以使上、下行鏈 路之間去耦合，使上行干擾不能再對下行鏈路產生作 用，同時設法避免轉發器被推向飽和。星上處理技 術包括：星上信號解調后再調制、解跳后再跳頻、 解擴/再擴、譯碼/編碼、速率變換、多波束交換，以 及多址/復用方式轉換（如上行CDMA或FDMA變換 或TDMA）等。隨著電子對抗的不斷升級，星上處理 不僅已成為衛星通信抗干擾的主要技術，也是通信 衛星未來生存和發展的要求。美軍Milstar及AEHF和 “銥”衛星都采用了星上處理技術。 4）限幅技術。 限幅技術是目前星上廣泛采用的一 種抗干擾措施，硬限幅和軟限幅是透明式轉發器最常 用的抗干擾措施之一。新發展的Smart AGC是一種新 型的自適應衛星通信抗干擾技術，當上行鏈路無干擾 時，轉發器工作在線性區。當轉發器上行鏈路受到強干擾時，使放大器的線性工作區右移，干擾信號工作在零區而被消除，而疊加在強干擾信號上的小信號被放大，從而使信噪比與采用硬、軟限幅時得到進一步改善。 4.2.2 主要反偵收技術手段 衛星通信網反偵收手段主要包括時域、頻域、空 域以及編碼調制域等防御技術。美軍目前正在研究的 戰術防護波形（PTW）就是從上述幾個方面對通信協 議進行重新設計。PTW主要通過耦合AEHF系統上采 用的軍用擴展數據率（XDR）波形標準與廣泛采用的 數字視頻廣播-衛星標準2（DVB-S2）商業標準得到的 一種新型通信波形，它吸納了XDR波形中的跳頻擴頻 抗干擾技術特點，同時采用DVB-S2商業波形的高頻譜 利用率設計，取兩者的優化折中，可在大幅減輕戰術 衛星通信的干擾效應同時，提供較高的通信速率，滿 足大容量通信需求。 1）時域安全防御技術。主要指時隙置亂技術，時 隙置亂將一幀內的時隙按照置亂圖案進行重新排列， 每一幀內的時隙排列順序不同，即某一時隙在不同幀 內的位置隨機變化。采用時隙置亂技術，不僅能夠有 效對抗敵方的針對性干擾（如干擾信令通道等）或靈 巧干擾等干擾威脅，而且能夠提高用戶信息分離的難 度，具備一定的抗截獲能力。 2）頻域安全防御技術。主要指寬帶高速跳頻技 術，信號載波頻率按照跳頻圖案在大帶寬內進行偽隨 機跳變，能夠通過躲避惡意干擾達到信號傳輸抗干擾 的目的，同時多用戶信號共存以及載波時變特性使信 號傳輸具備一定的抗截獲能力。 3）空域安全防御技術。主要指波束置亂技術， 可利用相控陣天線波束覆蓋捷變特點來實現。在上行 控制鏈路使用跳變掃描方式進行覆蓋，在防止干擾的 同時，增加偵收復雜度。在業務鏈路使用按需調用覆 蓋方式，只允許授權用戶進行調度使用，提升系統安 全性。 4）編碼調制域安全防御技術。主要指載波捷變技 術，包括載波中編碼方式、調制方式、載波速率等參 數的快速捷變。載波捷變技術能夠根據信道情況提高 信號傳輸的可靠性，同時增加了敵方進行信號識別的 難度，因此具備一定的抗截獲防御能力。 4.3 衛星通信網抗干擾反偵收能力建設思考 隨著我軍信息化建設的深入推進，衛星通信網信 息對抗風險不斷增加，提升其抗干擾反偵收能力的任 務需求日益迫切，下面重點從體系建設發展、組織運 用完善和裝備技術升級等方面進行探討。 4.3.1 體系建設發展層面 1）加強混合技術模式的應用。我國衛星通信事業 起步晚，可用的同步軌道資源非常有限，當前面臨的 最大挑戰是突破同步軌道資源不足的瓶頸，充分發揮 不同平臺、不同技術體制的優勢，通過采用高中低軌 混合組網，通用與專用衛星平臺結合，時分、頻分和 碼分共用等模式，建立多軌道、多平臺、多體制的彈 性分散衛星通信體系，全面提升我軍衛星通信網抗干 擾反偵收能力。 2）深入推進軍民融合發展。當前我國商業衛星通 信蓬勃發展，高通量通信衛星已成功發射應用，低軌 寬帶通信衛星系統工程正在實施，我們應深度推進軍 民融合發展，通過在民用衛星搭載軍用轉發器、購買 民用衛星通信服務等形式，有效解決軍用衛星通信資 源緊缺問題，同時，“藏軍于民”方式可一定程度減 少我軍衛星通信受干擾被偵收風險。 3）優化軍事衛星通信體系結構。軍事衛星通信 體系結構在設計中應考慮區分不同類型用戶，實施差 異化的防護策略，提升系統的整體抗干擾能力。按照 戰略用戶、普通戰術用戶以及常規用戶等三個層次， 設計構建不同防護等級的軍事衛星通信系統。戰略用 戶重點是突出高可靠、抗強干擾和保底通信能力，戰 術用戶則側重于機動靈活、窄帶應用和中等強度的抗 干擾能力，而常規用戶主要用于非重要涉密信息的傳 輸，如保障官兵日常生活類的信息等。 4.3.2 系統組織運用層面 1）不斷拓展可用通信手段。當前我國的天通一號 移動通信衛星目前已建成并投入使用；北斗衛星導航 系統除了導航定位功能外，還具備短報文通信能力；天鏈系列中繼衛星已具備全球范圍內寬帶數據傳輸能 力。這些通信手段所采用的技術體制、工作頻段各不 相同，且具有終端小型化、使用靈活方便等特點，在 現有條件下多種不同體制衛星通信手段的綜合運用， 可有效提升衛星通信網抗干擾反偵收能力，滿足戰時 指揮通信的需要。 2）優化完善信息安全防護體系。一方面要加強對 衛星通信系統安全防護體系的研究，將網絡防護與信 道加密相結合，拓寬防御縱深，從頂層設計上提升衛 星通信網整體安全性；另一方面要通過使用專用密碼 機、優化保密算法、提升密碼強度、提高密鑰更換頻 率等措施，提高衛星通信網密碼被敵方破解的難度， 更好地確保我方信息安全。 3）強化訓練演練，持續提升人員能力素質。應加 強對外軍武器裝備性能、技戰術水平的研究，加強在電 子對抗、復雜電磁環境下的通信保障、天基信息對抗 等領域的學習研究和技術積累，有針對性開展相關研 究工作。同時持續加強人員訓練，不斷提升人員技術水 平，通過有針對性的開展紅藍對抗演練和模擬攻擊等 方式，強化人員訓練，查找系統安全漏洞，完善安全 防護策略，促進業務水平提高和系統防護能力提升。 4.3.3 裝備技術發展層面 1）推進衛星通信裝備轉換升級。一方面要推進 現有裝備國產自主可控程度，通過升級替換、專項工 程建設帶動等方式，逐漸提高部分關鍵裝備中核心芯 片、操作系統的自主可控程度，降低系統運行風險， 同時加快老舊裝備的淘汰升級和新研裝備的部署應 用，從裝備能力和技術體制上提高系統抗干擾能力。 2）推進抗干擾反偵收新技術研究。美軍正在開展 防護戰術波形（PTW）技術研究，工作頻段也已擴展 至Q、V頻段，我們要密切跟蹤國外技術發展，推動星 間激光通信、星載智能天線、時隙置亂、載波捷變等 多種技術手段研究應用，全面提升我軍衛星通信網抗 干擾反偵收能力，同時后續要繼續加大對新技術研究 的支持力度，為衛星通信網技術體制革新、體系論證 建設、裝備系統升級等提供根本支撐。 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。 (中國集群通信網 | 責任編輯：李俊勇) |
