2013年国外卫星军事应用装备发展综述

· 文 |装备学院 方秀花 尹志忠 李芸 周小坤

2013年，全球经济危机继续影响着航天领域的发展，美、欧、日等发达国家的金融危机和美、欧的主权债务危机对航天领域的冲击较大，据欧洲咨询公司2014年初发布的研究报告《政府航天项目概况》显示，全球航天项目的政府预算出现了自1995年以来第一次下降，美国甚至削减了几个军事航天项目的资金，如天基红外系统（SBIRS）导弹预警卫星项目以及“提升天基信息战术应用能力”（SeeMe）项目。尽管如此，全球航天活动依然活跃，具备航天能力的国家数量增多，全球2013年发射卫星的数量也比2012年有所增加。

同时，各个国家对卫星应用新装备的研发、老装备的升级改造、提高卫星应用装备效能相关新技术的研究、卫星应用装备向战斗力的转化等都高度重视,使其得到快速发展。

一、卫星应用相关技术预研持续展开

2013年，美国航天界在信息获取、信息传输、卫星导航领域，研究的重点分别是大数据处理、组织和管理等相关技术；提高天线的轻便性、移动性、灵活性并降低其功耗和成本的相关技术；室内导航定位技术。

（一）大数据环境下的数据处理、组织和管理技术

如何让数据不仅在直接关联的领域发挥自身的价值，而且通过与某些相关数据交叉融合产生远大于简单叠加的巨大价值是各国政府当前十分重视的研究方向。美国是世界上信息化程度最高的国家，其政府针对大数据问题而开展的各项研究工作也都走在世界前列。

1.美国国防部积极开展大数据相关技术研究

针对如何从大数据中自动化、智能化地识别最有价值的信息，并进行分析处理，帮助指战员更好地做出决策，美国国防高级研究计划局（DARPA）在2010年后推出了多个项目，如“洞察”（Insight）等。“洞察”计划旨在解决现有情报、侦察、监视（ISR）系统存在的缺陷，提升数据分析能力，打造美军“下一代ISR系统”。项目针对ISR系统中各类图像和非图像数据，研究自动化的形象推理功能，辅助情报分析人员更快地发现攻击威胁等有价值的情报，其目标是实现综合作战视图、增强时敏战场作战保障。

2013年8月，“洞察”项目获得第二阶段价值7900万美元的合同。该项目第一阶段已研制完成基本型系统；第二阶段一方面是完善第一阶段基本型系统的功能，另一方面是将增加新的功能，如分析、综合、集成多种信息源（天、空、陆、海基成像传感器信息以及军事情报知识库、人工情报等信息）信息，通过行为发现和预测算法帮助作战人员探测并识别威胁。第二阶段将继续推进研制统一的数据管理和处理环境，相关工作将于2016年初完成。

2.DARPA出资进行神经网络图像处理器项目研究

2013年8月，DARPA出资570万美元赞助密歇根大学开展一项为期4年的研究项目，旨在开发一种能够将图像处理速度提升1000倍、功耗却降低10000倍的新型人脑结构的神经网络芯片。这种芯片由普通晶体管和创新性的记忆电阻组成。采用记忆电阻作为神经网络的记忆神经元突触（synapse），因其不工作就没有电流通过，所以极大地降低了功耗。

（二）新型卫星通信天线技术

提高天线的轻便性、移动性、灵活性并降低其功耗和成本是天线研发领域永恒的主题。2013年，工业界和学术界正在以不同的方法寻求未来天线的技术突破，各大公司从材料、外部形状、体系结构、网络拓扑结构等方面进行预先研究，有的已取得了突破性的进展。

1.Kymeta公司研究超材料卫星通信终端天线

2013年初，美国Kymeta公司与Inmarsat英国分公司建立了合作伙伴关系。2013年7月，Kymeta公司宣布，将已投入大约5000万美元研究的超材料（metamaterials）应用于一款新型机载卫星通信终端天线中。Inmarsat将使用这款天线与3颗将于2014年底发射的Xpress卫星一起为用户提供全球Ka频段移动宽带服务。

2.美国空军天线优化、改进以及新概念天线研究取得进展

2013年，为了突破作战人员在战场上使用卫星通信系统时所受到的种种限制，美国空军研究实验室（AFRL）利用军民领域的技术进步优化和改进下一代天线：①利用商业领域的建模和仿真软件改良新型天线、优化天线性能。旨在使作战人员能够在日益复杂的电磁环境中进行顺畅通信。②AFRL正在研究一种开放式体系结构，以期建立空军的行业标准，从而能够以即插即用的低成本模式为天线添加新功能。③新型测量型圆顶相控阵（Geodesic Dome Phased Array Antenna）天线的研究。这也是天线领域的另一项突破（见图1），其每个五边形或者六边形的面都是一个二维相控数列天线。④在有限扫描阵列天线（limited scan array antennas）、单片微波集成电路和机载卫星通信相控阵列技术等方面也取得了突破性进展。

>> 图1 工作人员正在检查一个测量型圆顶相控阵天线

3.LGS公司提出几款新概念天线

LGS公司开发了几款模拟实验天线：球面天线（spherical antenna）、改进型贴片天线（patch antennas）、非福斯特匹配天线（non-Foster matching antennas），见图2。

>> 图2 LGS公司的新概念球面天线模拟图

（三）基于卫星的室内导航定位技术

近年来，借助于一些辅助手段，通过卫星导航技术与其他技术相融合，室内定位技术已取得了突破性进展。目前，谷歌、诺基亚、博通、IndoorAtals、Qubulus、杜克大学等推出了各自的解决方案，其室内定位技术的精度一般在10m左右，还不能满足室内定位的要求。卫星导航系统在室内的应用精度还有待提高。

1.法国BlinkSight公司推出首款室内定位GPS芯片

2013年4月，法国BlinkSight公司推出首款室内定位精度达10cm的GPS芯片（见图3），可用于实时定位系统（RTLS）和无线传感器网络（WSN）。该芯片具有精度高、信息传输距离长、体积小、低功耗等优点，可在室内环境实时传送位置信息，也可提供以位置信息为基础的多种服务，在军事和民用领域都有广阔的应用前景。通过与IMEC的合作，该芯片将很快投入使用。

>> 图3 BlinkSight公司的室内定位GPS芯片

2.Trusted Positioning公司发布应用于任何操作系统的室内定位软件

2013年6月，Trusted Positioning公司发布了便携式导航仪（T-PN）室内定位软件，可应用于任何操作系统。这是一款移动嵌入式软件，使用户可以在商场、机场、地铁站等室内环境下实现导航。T-PN软件融合智能手机的动态传感器信息和卫星导航信息（例如WiFi和GNSS）作为完整的独立定位解决方案，不需要借助额外的基础设施就可实现导航，且其功耗明显比单GPS或单WiFi定位功耗要小。无论手机在手上、口袋里或是正在接听电话、发送短信，T-PN软件都能保持精确定位。

二、卫星应用新装备不断涌现

2013年，各领域都推出了卫星应用新装备，这些工作将能够极大地提高作战部队、应急反应机构和人员的信息支援能力。

（一）信息获取领域

1.基于云技术的大数据综合处理与防护系统——Nirvana SRB联合信息管理软件

由通用原子公司研发的Nirvana SRB于2013年1月被海量数据存储技术的领头羊DataDirect Networks公司采用。数据密集型机构需要对海量数据进行有效的分享和管理，但传统的存储系统既无法有效管理海量数据，更无法进行有效的信息数值提取。Nirvana SRB软件能通过自动化的工作流程以及信息管理合作工具，提高数据挖掘的速度，便于诸如生命科学、军事情报及其他研究领域的科学家、情报分析员开展合作。

2.DARPA“基于内容的移动边缘网络”

2013年8月21日，DARPA“基于内容的移动边缘网络”（CBMEN）项目完成了软件的初始战场测试。这是一款为了快速共享前线作战单元的最新影像、地图及其他战场信息而开发的战术云软件。

CBMEN项目将小分队中每个成员的移动设备作为一个服务器，在战术边缘就可以生成、分发和维护信息。只要作战人员位于通信范围（蜂窝网络、WiFi或卫星通信）之内，CBMEN软件都可以对最新的信息自动地进行复制和共享。如果无线通信设备或移动电话与总部断开连接，小分队成员仍然可以通过其设备生成和共享关键信息。在此次测试中，DARPA成功将战场测试用的CBMEN软件加载到安卓智能手机和步兵无线电台，标志着该项目完成了第一阶段的任务。

除了支持前线部队外，CBMEN技术在执行应急救灾任务中，当通信基础设施遭受破坏无法使用时，前方部署的部队、消防人员、警察、医护人员、警卫队员及其他相关人员相互之间能够快速共享影像和关键信息，从而及时应对灾难。

目前，该项目已经启动第二阶段的工作，目标是在海军陆战队与陆军在军用无线通信设备、商用智能手机、WiFi网络共用这样一个复杂的联合信息共享环境中，如何进行信息共享进行论证。

3.“战术多源情报分析存档系统”

2013年8月，通用动力公司与澳大利亚探测器有限公司达成了一项合作，共同集成澳大利亚探测器有限公司的Kestrel地面动目标指示软件和Kestrel海面目标自动探测软件，形成新的“战术多源情报分析存档系统”（TAC-MAAS）及全动态视频开发应用系统，旨在提高军队对小型运动目标的定位和分析能力。作为“多源情报分析存档系统”（MAAS）的升级型，TAC-MAAS能为军队提供实时和近实时的目标分析功能，还具备全运动视频捕捉、存档和开发的性能。Kestrel地面和海面目标探测软件的集成能够对小运动目标进行探测。两公司此前就曾为在阿富汗服役的澳大利亚RQ-7B“阴影200”型无人机合作开发了一个数据处理、开发和分发系统。

（二）信息传输领域

1.阿联酋瑟拉亚公司推出新型移动卫星宽带终端

2013年3月12日，阿联酋瑟拉亚电信公司(Thuraya Telecommunications Company)宣布推出最新型移动卫星宽带终端“瑟拉亚IP+”。“瑟拉亚IP+”终端由美国休斯公司制造，重量仅为1.4kg，体积比常用的笔记本电脑还小。该终端卫星天线内置，支持最高444kbit/s的标准IP传输和最高384kbit/s的“流IP”（streaming IP）传输。它是目前阿联酋重量最轻、数据传输速度最快的移动卫星宽带终端，能够配合瑟拉亚卫星网络提供高速、可靠的宽带数据业务。该终端还可通过软件设置提供非对称传输能力，使得用户能够根据使用需求自行控制上传及下载速率，以优化带宽成本。

高度便携、坚固耐用的“瑟拉亚IP+”终端能够为在传统地面通信网络无法到达的地区居住或工作的用户、海上作业用户提供移动宽带连接，是广播、媒体、国防、远程医疗及灾害响应等领域的理想选择。

2.ViaSat公司Ka频段卫星通信终端通过测试

2013年3月5日，ViaSat公司成功演示了高性能Ka频段卫星通信终端为直升机提供超视距宽带通信的能力。该卫星通信终端基于ViaSat公司移动Ku和Ka技术设计，使用的天线是ViaSat公司最新的VR-12 Ka频段天线，适用于有人机或无人机，可在直升机与地面站或直升机与直升机之间以4Mbit/s或8Mbit/s速率传输数据，通信能力不受振动、冲击和螺旋桨叶片数量、叶片尺寸、转子数量和方向的影响。飞行测试过程中，机上操作人员能够同时建立5个IP话音呼叫链路、进行3个空中与地面视频电话会议，以及从互联网下载视频信息，所有操作没有出现数据包丢失或视频中断现象。

3.美国陆军升级AN/PRC-155无线电台以实现与MUOS卫星通信

2013年1月24日，美陆军委托通用动力C4系统公司升级100部“手持/背负式小型”（HMS）双信道AN/PRC-155电台(见图4)，使之可与“移动用户目标系统”（MUOS）卫星通信。升级工作包括现场更换电源放大器和配套软件，升级后其将可与MUOS进行安全语音和数据通信，实现远程互连。

>>图4 使用AN/PRC-155电台进行通信

4.诺格公司改造星载卫星通信终端为机载卫星通信终端

2013年12月，诺格公司在其Firebird演示机上成功验证了一款由星载卫星通信终端改造的高性能、低成本机载卫星通信终端。该终端结构紧凑、体积小、重量轻，其天线低剖面封装，极大地节省了飞机上的空间，使飞机可携带更多的传感器载荷和其他设备。在试验中，该卫星通信终端能够向地面快速传输全动态视频。

5.美军B-2机载AESA天线完成通信测试

2013年5月23日，诺格公司成功进行了其为B-2隐形轰炸机研制的新型有源电子扫描阵列（AESA）天线的通信测试（见图5），验证了该天线可以直接与美国空军在轨运行的AEHF卫星建立持续通信的能力。在此次测试中，诺格公司还同时进行了“扩展数据率”（XDR）在EHF频段的通信测试。XDR充分利用AEHF卫星先进安全的信号传输协议和通信波形，成功完成了演示验证。

6.Ball公司试验车载卫星通信天线

2013年1月，Ball公司试验了由其研制的“移动式多功能低成本阵列”（MMLCA）车载卫星通信天线，向军方展示了该型号天线如何通过军用和商业通信卫星为战场上作战人员提供高数据率通信。此款天线是低剖面天线，没有旋转部件，是Ball公司为美国海军部队网（FORCEnet）开发的。MMLCA可以减少提供作战支持的车载天线数量，获得比当前所使用天线更好的覆盖范围，并降低车辆的整体轮廓。

>> 图5 诺格公司工程师测量新型AESA天线

>> 图6 Trimble BD930模块

（三）导航定位领域

1.国外公司推出多款兼容北斗信号的接收机

自中国于2012年12月27日正式发布了北斗B1I公开服务信号接口控制文件（ICD）之后，2013年已有国外多家公司先后推出了多款能够兼容北斗信号的接收机。

2013年1月，瑞士u-Blox公司宣布其接收机已实现了利用中国北斗卫星导航信号进行定位；加拿大诺瓦泰（NovAtel）公司宣布通过对OEM6系列和OEMstar GNSS接收机进行软硬件升级，实现了基于北斗系统的导航定位；斯普特（Septentrio）宣布，其高精度接收机软件已经成功地实现了对北斗信号的支持；思博伦（Spirent）公司宣布其GNSS测试系统增加了对中国北斗卫星导航系统的支持。

2.美国天宝公司推出支持三频GNSS应用的BD930模块

2013年9月，天宝公司推出了全球导航卫星系统（GNSS）的OEM新产品Trimble BD930模块（见图6）。模块采用三频接收模式，支持GPS、GLONASS三频应用以及“北斗”、Galileo双频应用。“实时动态”（RTK）定位精度可达到厘米级。

3.基于GPS的潜航用设备

2013年初，HCTech公司（总部设在西班牙，在美国、墨西哥、智利、荷兰、意大利、德国都有分部）推出“基于GPS的潜航用设备”（见图7）。该潜航用设备由1个浮标、1条15～25m防水电缆和带防水外壳GPS接收机及其管理控制系统组成，具备GPS接收机所有可用的功能（如测绘，制图等）。浮标中间穿有一根支杆，用于支撑GPS天线，保持天线浮于水面之上。

>> 图7 HCTech公司的潜航用设备

4.罗克韦尔公司GPS M码接收机板GBGRAM-M通过试验

2013年6月，罗克韦尔柯林斯公司的M码接收机板GB-GRAM-M进行了历史性试验，首次利用军码（M码）信号对“大乌鸦”（Raven）无人机进行成功导航。试验中，Raven无人机使用GB-GRAM-M处理M码信号，以产生位置、速度和时间信息。此外，还对GB-GRAM-M接收机板在无线电干扰环境中的稳定性进行了试验。这次试验的成功，使美军向卫星导航应用装备的专用化、增强抗干扰能力方向迈进了一大步。

三、卫星应用装备向作战能力快速转化

世界各国进行的许多新技术、新装备的研发都是紧紧围绕军方需求而展开的，因此，这些新设备研发完成或老设备升级完毕后（甚至是阶段性成果）会在第一时间、以最快的速度配备部队。

（一）提升情报支持能力方面

1.美国陆军配发“陆军地图”等两款移动应用软件

2013年8月，美陆军配发“陆军地图”（Army Range Mapper）、“士兵战场卡”（Soldier Field Card）两款移动终端应用软件，这两款软件是在“美国陆军欧洲可持续发展项目”（U.S.Army Europe Sustainable Range Program）的支持下研发的，旨在帮助驻防部队、野外任务官兵能够方便地访问并获取到训练区域信息。目前这些软件拥有苹果和安卓两个系统的版本。“陆军地图”是一款能实现路线规划/导航的应用软件，与谷歌地图类似，可为美陆军提供欧洲80个训练基地之间的路线导航。通过该应用程序，用户只需1台具备GPS功能的移动设备，便可获得美陆军所有欧洲训练区域和驻防区入口的GPS坐标以及路线提示、陆军授权的加油站位置信息以及美陆军所有欧洲训练保障中心的联系方式。“士兵战场卡”移动应用软件主要提供欧洲20多个训练区域的重要信息和行动指南。

2.美国海军进行手机数据共享应用演习

2013年12月，美国海军陆战队在夏威夷进行了一次名为“敏捷猎犬”（Agile Bloodhound）的演习。演习中，海军陆战队将ISR数据与指挥控制系统集成，演示了利用手机实现ISR数据共享的情况。该演习主要验证了3项技术：一是利用无服务器聊天系统（serverless chat system）进行人与人、人与组织间的通信，使用户无需连接网络就能参与其中；二是利用知识挖掘程序在智能手机和平板电脑等终端进行快速的ISR数据获取与分析；三是利用维基（Wiki）软件，通过协作进行图片和地图的实时更新。

3.美国“宙斯盾”反导系统首次利用卫星数据摧毁目标

2013年2月13日，一枚中程弹道导弹靶标从位于夏威夷考艾岛的太平洋导弹靶场发射升空，沿西北方向飞往太平洋海域。随后美军动用“天基跟踪与监视系统演示”（STSS-D）卫星跟踪监控这枚目标导弹，将监控数据汇总并传送至配备第二代“宙斯盾”反导系统的“伊利湖”号巡洋舰。收到监控数据后，“伊利湖”号启动火控系统，在目标导弹升空约5分钟后发射“标准”-3型Block IA导弹，捕捉到目标导弹并转入其飞行弹道，在空中某一点释放动能杀伤弹头，最后以直接碰撞的方式摧毁了目标导弹。

4.美国DCGS-I测试平台成功处理、分发无人机数据

2013年初，美国利用Block 40型“全球鹰”无人机对“分布式通用地面系统—图像”（DCGS-I）测试平台处理、分发无人机数据的能力进行了试验。试验中，DCGS-I测试平台上的“通用图像处理器”（CIP）首次成功接收、处理和分发了由 “全球鹰”获取的数据。在“全球鹰”将最新的并行模态数据传输给DCGS-I测试平台后，CIP对这些元数据进行了处理，并分发给了DCGS体系中的下游站点，供其浏览和使用。

5. 美国海军开始安装其下一代海上战术网络

2013年11月，美海军下一代海上战术网络——“一体化舰载网络与体系服务”（CANES）系统已在“阿利伯克”级驱逐舰“麦坎贝尔”（DDG 85）上安装完成。在系统正式安装之前，已于10月完成了海上测试，测试了CANES在作战环境中的表现及其是否能满足海军需求。目前，美海军正在为8艘驱逐舰、2艘航母和1艘两栖攻击舰安装CANES。到2021年，海军计划为190多艘水面舰艇、潜艇以及海上作战中心安装CANES系统。

CANES是美海军现代化计划的一个重要里程碑，系统旨在为海军的自动化指挥系统C4ISR提供通用硬件和网络平台，使舰载网络系统互操作性好，运行成本低。海军计划未来每4年进行一次CANES硬件更新，每2年进行一次CANES软件更新，以确保海军技术的先进性。

随着CANES系统的安装和完善，海军一些因CANES而进程受阻的项目，如“海军分布式通用地面系统”（DCGS-N）将快速推进。

（二）提升通信保障能力方面

1.美国陆军首次在阿富汗部署动中通通信网络

2013年3月，美陆军首次在阿富汗部署动中通通信网络。首先在美军驻阿富汗第10山地师的第3、第4两个作战旅部署，随后还将对官兵进行为期数月的理论学习和实际操作训练。该动中通通信网络是美陆军“能力集13”（CS13）项目的主要成果（见图8），可传输语音或数据信息，多个用户可同时使用同一个宽带无线电信道，从而更好地利用带宽，并降低自身和环境无线干扰，同时也减少了所需携带的设备。该动中通网络使用先进的卫星通信系统，因而极大地提高了态势感知数据传输的实时性，改善了语音通信质量，官兵可随时接入该网络。

在阿富汗作战的部队往往非常分散，CS13项目的动中通通信网络可以将灵活机动的作战指挥能力延伸至连级，甚至更低级别的部队。美陆军希望通过部署CS13，使在车上或下车执行作战任务以及执行辅助性安全任务的官兵能够共享态势感知信息，以此填补通信网络基础设施的不足。

>> 图8 配备所有CS13综合设备和软件的M-ATV车

2.美国空军部署“攻击识别探测快速报告系统”组件

2013年初，美国空军部署了秘密研发的“攻击识别探测快速报告系统”（Raidrs)，这是一个通过对C频段、Ku频段、X频段和UHF频段的信号异常进行提醒，从而保护主要卫星通信信号免受敌对干扰的系统。

3.俄罗斯阿布哈兹军事基地驻军配备新一代卫星通信装备

2013年8月，俄阿布哈兹军事基地装备了新型便携式卫星通信设备“别洛泽尔”，主要用于传输数字和文本信息，以及脱离主力部队人员间的通话。基地驻军由通信专家组织在察巴尔山区试验场举行了专项集训。在野外训练过程中，通信兵演练了在山地丛林复杂地形条件下建立通信联系以及选取通信设备放置最佳位置的方法，提高了作战人员在山区操作特种设备的技能。期间还完成了野外移动指挥所和通信枢纽的部署与使用科目的演练，并利用现代化通用型指挥车BTR-80（轮式装甲人员输送车）、卡玛兹车载无线电台等装备进行了10余个综合科目的演练。

4.印度采购40套先进卫星通信终端部署中印边境沿线

2013年10月，印度陆军采购40套轻型手提式Ku频段卫星通信终端的项目进入最后谈判阶段。该项目的主要目的是改善部署在中印实际控制线沿线部队的通信能力，这是印度为反制中国而采取的总体战略的一部分。印度将比以往更快的速度采购首批40套卫星通信终端，而且此次采购完成后，印度会启动规模更大的国产卫星通信终端项目。

（三）提升导航定位能力方面

1.诺格等公司为美国海军升级“联合精确进场与着舰系统”

2013年10月，美国海军航空系统司令部授予诺格公司和霍尼韦尔公司一份为期5年的合同，以升级和改进海军“联合精确进场与着舰”（JPALS）系统。JPALS是一种基于GPS信号实时差分修正的全天候着舰系统，舰上的接收机对GPS定位信息进行修正，然后通过加密数据链把数据传输到舰载飞机，在舰载机进场时为航管人员和飞行员提供精确着舰信息。

2.雷声公司（英国）为秘密用户生产新型GPS抗干扰原型机

2013年9月，雷声公司（英国）获得第一笔试生产新型GPS抗干扰MiniGAS接收机订单，订单来自不公开用户。MiniGAS采用了最新的GPS抗干扰技术，由雷声的英国分公司研制设计，是该公司GPS抗干扰系列产品的最新成员，体积小、重量轻，适合于陆基、空基以及导弹等不同武器平台使用。公司还为其MiniGAS等高性能抗干扰产品生产配套的试验评估单元，用于用户测试评估。