卫星通信在机动测控中的应用

文/朱杰 曹东东 刘帆 周光辉 董秀斌

（西安卫星测控中心 陕西省西安市 710043）

卫星通信是一种现代化的通信手段，是地球上的无线电通信站点之间利用人造卫星作为中继而进行的通信。它具有大面积覆盖的“天然的”广播特性，组织灵活、迅速，且通信质量和成本与通信距离无关，能够有效克服“视距”微波通信所遇到的地球曲率和地物障碍的局限，大大拓展了信息传输的距离，特别适合于远距离战略、战术通信[1,2]。透过上世纪90年代以来由美国主导的几场局部战争：海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争，以及历次“施里弗”太空军演，可以看出，这些军事活动都是通过航天力量支撑的军事信息系统，为己方提供及时准确的侦察、预警、通信、导航、气象等信息和通信服务，保护和发挥己方信息链优势，破坏敌方信息链和武器资源，从而形成信息压制优势，取得战争主动权。其中，在由导航定位、气象、导弹预警、情报、监视和侦察以及通信等构成的天基综合信息网络中，卫星通信是连接诸多系统的神经和纽带，是实施指挥与控制信息传递的主通道。

机动测控作为航天信息系统中的“机动”节点，可迅捷成网、机动成链、闻令而动、全网覆盖，是遂行机动测控、测控盲区补网、应急发射保障、战时容灾备份以及信息支援保障等重大行动的战略机动力量。通过与中心及各应用单位之间建立通信链路，实现与他们之间的信息交换、指挥、调度等通信保障，以及地面与航天员之间的语音和视频通信，可为各应用单位的空对空、空对地、地对空打击提供及时有效的预警信息、态势分析、战后效果评估等信息支援服务。因此，明晰卫星通信的特点，深研机动测控对卫星通信的需求，探索卫星通信在机动测控中的运用方式，对加快机动测控转型，提升其效能发挥都具有一定的现实意义。

1 卫星通信的特点

信息化条件下的指挥已经越来越需要卫星通信的支援和保障，在航天活动中，测控站全球布点，机动测控全球机动，卫星通信主要用场区与中心及各应用单位之间的远程机动通信，以完成数据、调度、语音、图像及视频的传输。与其他通信方式相比，卫星通信优势明显、功能突出、实时性强，主要体现在以下几个方面。

1.1 通信距离远，建站成本不受通信距离影响

静止通信卫星，能够使通信距离最长达到18100km 左右，卫星视区对全球表面积的占比可达42.4%，一般只需要适当配置3 颗卫星，即可建立全球不间断通信（除地球两极近地区以外）。在卫星通信系统中，地面站与地面站之间依靠卫星来联接。在卫星视界内，想要保证通信质量，地面站与卫星之间的信号传输就必须达到技术要求，建设地面站的经费却不受站点之间的距离远近、站点之间地面上的自然条件恶劣程度影响。在远距离通信范围内，与微波接力、电缆、光缆、短波通信相比，卫星通信具有明显优势。

1.2 覆盖面积大，便于实现多址联接

卫星通信系统与具有多个发射台的广播系统相类似。地面站只要有发射机，那就是一座广播发射台。无论在什么位置，只要是在卫星天线波束的覆盖区域范围内，所有的广播就都可以被接收，接收机可以根据需要选出某一个或某几个发射台的信号。每个地面站如果都同时具备发射机和接收机，他们之间就可以同时通信，实现多地点、多方向通信的多址联接，成就更加高效灵活的通信网络。

1.3 通信容量大，传输业务类型广

卫星通信射频采用微波波段，所以可供使用的频带很宽，尤其是随着新技术、新体制的不断发展，星上能源和卫星转发器功率保证越来越充分，卫星通信容量越来越大。一颗卫星的容量很大，上万路电话可被容纳。卫星通信能传输话音、传真、短消息、定位等低速业务，也能传输视频、图像等高分辨率数据，它还可以通过广播传输的方式对卫星覆盖范围内的单兵站、车载站、舰载站、机载站等各种终端进行数据分发，可传输的业务类型也越来越多。

1.4 传输质量高，通信线路稳定可靠

由于卫星通信的无线电波主要是在大气层以外的宇宙空间传播，由于宇宙空间接近真空状态，介质分布均匀，电波传播不受地形、天气等自然条件的影响和干扰，因此信号传输质量高，传播特性稳定可靠。

1.5 机动能力强，满足远距离动中通信

卫星通信不仅能在大型地面站之间远距离通信，而且能适应各种移动载体，能够为单兵站、车载站、舰载站、机载站等小型机动终端提供通信业务，具有优越的机动能力，可根据实际需要机动灵活地建立同各个方向的通信链路，形成卫星通信网络，并在短时间内迅速将通信网络延伸到新的区域，使链路中断或者遭受破坏的区域迅速恢复正常通信，满足远距离动中通信业务需求。

2 机动测控对卫星通信的需求及运用

机动测控是我国航天力量的重要组成部分，它综合能力强且机动性能好，有效地克服了国土范围内固定站点的局限性，为航天器的关键飞行弧段、实时轨道机动及重要数据接收等提供了有力的测控和运控支持，在以往卫星机动、载人航天、远程火箭等任务中发挥了重要作用。随着信息化手段的持续深化，机动测控的任务也发生了根本性变化，是一支新型战略力量，不仅承担着常规航天测控、运控等试验任务，同时还将肩负起机动测控、应急发射、战时容灾备份、信息支援保障等任务，测控、运控数据都将直接提供给各个应用单位。因此，在战时复杂电磁环境条件下运用卫星通信装备，与中心、各应用单位之间建立实时可靠的无缝隙通信链路是机动测控效能发挥的迫切需求[3,4,5]。

2.1 信息远距离传输

机动测控的战略地位使其在国土范围内任何点位以及全球范围执行任务的几率不断加大，跨区域远程测控将成为常态，栅格化光纤骨干网已经难以满足远程测控过程中的通信保障需求。目前，机动测控外出执行任务期间与中心之间的通信指挥及数据传输采用光纤通信和卫通通信双平面路由同时保障的方式来进行。光纤通信方式就近接入当地骨干光纤传输网，依托光网络与中心之间进行数据交互，其传输距离短，沿途节点多，接入条件苛刻，容易受到阻隔和破坏，难以满足未来远程测控中的通信保障。卫通通信作为光纤通信的补充和延伸，具有作用距离远、覆盖面积大、接入简单等特点，利用卫星通信线路代替或补充光纤通信线路不易到达的区域，可有效解决远程测控过程中通信保障难的问题。

2.2 信息多业务传输

信息化条件下的数据传输量将空前增大。中心需要及时掌握各个机动测控单元的设备工况、阵地环境等状态信息，实时接收测控、运控数据，精确进行远程监控、故障维修、参数下发等动作。机动单元除了向中心实时发送相关数据外，还要具备紧急情况下直接与各应用单位共享测控、运控信息的功能。仅依靠传统的电话沟通、报文收发及存数据传输等手段是远远不够的，必须把机动单元的各项数据、话音、图像、视频等测控信息、运控信息进行综合，通过多业务信息传输与共享，在机动单元、中心及应用单位之间建立互联互通的信息传输通道，保证紧急情况下信息支援效能。由此可见，通信网必须由传统、单一功能向具有综合业务功能转变，建立适应信息化条件下联合对抗的数据传输通道，使其具备高速率、大容量的综合业务传输能力，完善多业务信息支援保障功能。卫星通信频带宽、容量大、传输质量高，可以在传输数据、话音、图像、视频等多种业务信息时不受距离与地形的限制，完全满足机动测控的多业务信息传输需求。

2.3 信息实时传输

机动测控的职能使命决定了其必须与中心及应用单位之间建立互联互通的信息传输通道，实现整个体系内部信息流程的最优化和信息流动的实时性，保证机动测控对各应用单位的信息支援效能。只有通信网络畅通，才能确保控制指令的有效接收和测控、运控数据的及时分发，机动测控的战略机动地位才得以体现。从90年代以来的几场局部战争来分析，卫星通信能够做到大范围无缝隙点覆盖、区域覆盖及全球覆盖，通信功能机动灵活，所以它能迅速建立通信网络，并快速开通，使通信传输稳定可靠。因此，卫星通信手段可以使机动测控实现准确接收控制指令，及时分发测控、运控数据，及大地提高了机动测控在联合对抗中的信息支援效能。

2.4 信息动中传输

机动测控能有效提高测控效能和战场生存能力，多个机动测控单元之间可互联互通、独立成网、共享数据、自主测控，摆脱对中心的依赖，当中心和现有测控网受到打击或不能正常发挥作用时，机动测控可担负起备份中心职责，还可以考虑为机动测控配置临时应急发射、攻防对抗等功能，最大限度发挥效能。但机动测控若离开通信系统的支持将孤掌难鸣，控制指令无法接受，测控、运控数据不能及时分发，很难形成战斗力。在机动测控过程中，机动单元灵活组网、动态测控，对通信系统的抗毁性能、反应速度、通信距离、信息传输容量等都提出更高要求，传统栅格化光网络不能满足信息动中传输的通信需求，地面无线通信也难以可靠完成机动测控过程中的数据交互与分发。卫星通信作用距离远、覆盖范围广、开通联网块、生存能力强，不受天气、地形、区域等因素的限制，在远程机动测控过程中可灵活组网、动中通信，可为机动测控单元与中心及各应用单位之间提供应急通道，满足机动测控单元信息动中传输需求。

3 卫星通信发展趋势

当前，我国卫星通信力量发展迅速，作用发挥明显，在抗震救灾、维和撤侨、航天测控等各个领域做出了巨大贡献，在星间链路、星载智能天线、星上处理与交换和天地一体化组网等关键技术方面取得了巨大突破，技术储备和研发条件已经成熟[6]。为适应未来信息化条件下机动单元更好地支援保障一体化联合对抗，卫星通信可考虑以下几个发展方向。

3.1 多功能融合

随着战场环境的不断变化，传统卫星通信系统向机动测控提供的单纯的语音和短信业务已经不能满足机动测控多业务通信需求，未来的卫星通信系统需融合越来越多的其他功能。

3.2 天地一体化

天地一体化，即空间网络与地面网络互联互通、互为补充、高效协同，构建全新的一体化通信网络，这也将是未来的发展趋势。目前地面5G通信技术正发展迅速，其研究思路是值得卫星通信借鉴的，构建全新的融合卫星通信系统和地面通信系统的体系构架，以实现地面空中无线通信的无缝切换和业务融合。

3.3 多频段共存

卫星通信业务正与日益增加的带宽需求和高速率大容量处理需求相适应，不断宽带化、IP 化，高频段的使用已经成为卫星通信系统未来的发展趋势，各种频段的卫星通信系统会相继出现，它们将共同存在，共同运营。在铱星二代系统中，L 频段提供语音和窄带数据通信业务，Ka 频段提供宽带通信业务，这就实现了多频段共存。

3.4 宽、窄带协同

高速率宽带交互通信业务的迅猛发展，空间信息高速公路的快速构筑，窄带数字话音、传真、低速数据业务持续存在，这些都带动了卫星通信宽、窄带业务的持续发展。卫星通信系统宽、窄带除了平行应用外，其链路还将协同工作。仍以铱星系统为例，L 频段窄带链路传输语音和窄带业务的同时，还传递信令以调用Ka 频段宽带链路资源，进而传输宽带数据业务，这就实现了宽、窄带协同。

4 结束语

卫星通信在我国航天工程中的作用和地位是毋庸置疑的，在机动测控中的作用更至关重要。本文以卫星通信的优势为出发点进行展开，对卫星通信距离远、覆盖大、容量高、传输质量好以及机动能力强等的特点进行了简要介绍，结合机动测控对信息远距离、多业务、实时、动中传输的现实需求，阐述了卫星通信在机动测控中的实际运用，最后以适应未来信息化条件下机动单元更好地支援保障一体化联合对抗为根本，从多功能融合、天地一体化、宽窄带协同及多频段共存等四个方向对卫星通信未来的发展进行了梳理和畅想。

随着我国航天事业的进一步发展，未来信息化条件下一体化联合对抗必将对机动测控和卫星通信都提出更高的要求。要不断适应新需求，将卫星通信更好地应用到机动测控中去，加快机动测控转型，提升对抗效能，为打赢未来信息化条件下一体化联合对抗奠定坚实基础。