美国Milstar军事星卫星通信系统

背景与计划

Milstar军事星卫星通信系统计划，被称为美国最高优先级的C3I计划，其用途是为极高频（EHF）用户和有关的特高频（UHF）用户服务。对于有关核武器指挥与控制的各种话频和传真指令，以及其他情报数据，该卫星使所有用户都可进行发送和接收。它是在EHF频带工作的第一个军事通信卫星。

Milstar卫星计划是美国国防部战略部队升级计划的一部分，它是为了在国家危急时期能够确保最少的基本通信，Milstar将提供世界范围的战略和战术卫星通信。原计划由8个地球同步卫星组成，其中包括一个在轨道上的备用卫星，有4个在赤道上空，其余在极区覆盖范围的较高或较低纬度上。

美国海军为开发舰载和机载终端与两个工业集团签订了全面的合同：Raytheon/Linkabit集团和Harris/TRW集团。在海军EHF卫星通信计划（NESP）中，主要的承包商Ray—theon和Harris已经生产了6个舰载终端用于评价该终端。含有Milstar关键组件的舰队试验插件已经于1986年插入到在该年发射的FLTSATCOM卫星系统中，在Milstar卫星发射之前，进行该组件的试验。承包公司还有Lockheed公司、HUghes公司等。

并列开发的还有美国空军和陆军使用的终端。

1983年7月新一代军事通信卫星Milstar研制计划开始，1990年7月国防部建议星座卫星的数目从10个削减到6个或4个，研制工作继续进行，1994年中期制定了该系统由6颗卫星组成的Milstar计划。1994年2月发射了第1颗卫星，1995年下半年发射了第2颗卫星，第5颗和第6颗Milstar卫星，计划分别在2001年和2002年发射。

一些具体设备研制情况：1990年，IBM公司和BnmswickDefense公司联合开发Milstar移动星座控制站，1991年Raytheon公司和Rockwell公司生产低速率起始产品Milstar终端和备件，合同值分别为1亿美元和9300万美元。1992年中期Rockwell公司的系统作了试验，并公布了该公司生产的产品小型天线和系统的支座组件。1993年中期Rockwell公司与Raytheon公司分别与美空军签订1113亿美元和0739亿美元的合同用于Milstar指挥站终端。

系统组成及性能

原计划Milstar星座由8颗卫星组成，5颗在赤道上空，其中一颗是在轨道上的备用卫星，其余卫星在极区覆盖范围较高或较低的纬度上。但是由于美国各界对原计划有异议，1990年美国防部建议削减卫星的数目，1994年制定了6颗Milstar卫星的计划。Milstar卫星通信系统采用EHF频段，其上行链路为44GHz，下行链路为20GHz，带宽可达2GHz。EHF频段和UHF频段相比，具有全球覆盖范围大、无线电静区少等特点；加之它具有卫星到卫星的星际间链路，因而缩短了通信距离；并且其频率高，频带宽，抗干扰抗截获性能好；它还具有天线小等优点。

卫星上采用多样化天线，可进一步提高抗干扰能力。一种是采用高增益万向锐方向性射束天线和发射轮廓分明的点波束，可对海上特遣部队特殊地域的作战，提供良好通信，而且由于天线的高增益使采用最小终端成为可能；还有一种是采用快扫描多波束阵列天线，可用于全球范围的高增益、低副瓣的抗干扰通信，该天线使用天线调零技术，可在敌人于扰方向上使波束置零，从而进一步增强在干扰环境中的抗干扰能力。

星上具有平台处理机，对接收到的每一信道信号进行解扩、解调和译码，重新发射之前再进行以上反过程后，发射给地面终端。星上有整套计算机采用“先申请先进人”方式自动控制多通道通信资源而不用地面网络控制站执行。

整个通信系统的定时以星群的原子标准时钟为准，为了保证网络中新登记的终端同步，卫星提供探测响应。星上还有任务控制单元，采用了人工智能技术，可通过自备冗余控制进行再组合，自身修理，即使地面任务控制站被摧毁，卫星在无地面介入下，仍能正常工作约6个月。

星上贮有大量推进燃料，遭受攻击时，可机动变轨。在转发器中开辟1544Mb/s的中速数据率（MDR）信道，与低速数据率（LDR，75b/s~24kb/s）并存，MDR信道传送一份标准战区空战命令不到7min，把巡航导弹目标修正数据发给战舰不到10s，这对于抓紧作战时机非常有利。

星际间采用60GHz频段进行星际通信，不必采用多跳或经地面中继的方式，这种方式容易受到敌人攻击。采用两种多址技术，上行链路用频分多址和全频带跳频，下行链路用时分多址和快速跳频。卫星传输的信息均经过加密，同时采用先进的纠错技术，即使近半数比特被干扰或丢失，纠错码仍能使信息复原。每个卫星可能有50条EHF信道和4条SHF信道。

关于该卫星系统的地面部分，在Milstar卫星通信系统联合终端设备计划办公室领导下，海、陆、空各军种设计和开发了一系列既能抗毁，又具有互通能力的终端设备。美国海军计划的Milstar地面终端用来补充和代替UHF设备，将采用AN/USC—38（V）终端，可在中速数据率工作，根据实际应用情况配置不同直径的天线，如18m用于岸站，87cm用于舰站，14cm天线装在潜艇的潜望镜上等。至于终端中的关键性部件，其中包括天线馈电线、指北罗盘、铷频率基准时钟、同步器以及5W和10W的固态功率放大器等，部队要求各承包厂家进行备份配置。

技术特点分析及述评

该系统的主要特点有生存能力强，能在数天甚至长达数月的核战争中有效地工作。它的自主能力、抗核加固能力和抗干扰能力都超过现有的任何卫星，是全球高保密、高可靠和高抗干扰能力的，以战术通信为重点的通信手段。该卫星的机动性能好，能躲避敌方反卫星武器的攻击，具有星际间通信线路，不需通过易受攻击的地面中转站即可发送信息。

Milstar卫星还保留了4条特高频信道，能与现有特高频用户保持兼容，其主要工作带宽是25kHz，可以覆盖与海军舰队卫星系统相连接的大部分终端。该卫星系统工作在EHF频带，标志着EHF通信媒体开始以全新的角色出现，同时也意味着需要用12m或15m的碟形天线的大规模地面终端的结束，提供的系统具有灵活性、抗干扰和顽存性，还具有像高频无线电台那样的可移动性。

Milstar是高抗干扰的系统，具有宽频带的优点，如上所述可以获得扩频和星上处理，使用小型天线，而且天线带宽窄，这使EHF系统更加隐蔽，以前为了不暴露目标而必须保持无线电静默的用户，现在可以不必静默，需要时可以进行通信。

由于在卫星上的天线矩阵尺寸不大，因而有可能在星上采用天线调零技术，控制天线零点对准敌人的干扰机，起到抗干扰的作用。这在以前的卫星通信所用的频带上是做不到的，因为那需要星上有非常大的天线矩阵进行空间转发，是不可能实现的。

星上处理简单说是当卫星接收时，卫星在每个信道对信号进行解扩频、解调和解码，然后在传输到地面接收终端之前再编码、调制和扩展频谱，这可以去除上行线路引入的任何干扰信号，集中下行线路功率，发送需要的信号而不放大和传送干扰信号。

Milstar卫星还有一大特点是具有卫星到卫星的星际间通信能力，以往的卫星通信系统如果接收终端不是与卫星上的发送终端在同一视区内，则通信业务必须通过一个或更多个地面终端中继才能完成，而EHF卫星不需要地面中继，它能够通过星间通信，达到远距离通信的目的。

但是，极高频卫星通信也有一些缺点：传播损耗高，下雨可能完全阻断通信；生产该频段的波导管和天线困难；与低频段相比较，缺少大功率的发射机器件。所以正在迅速发展中的极高频卫星通信技术仍有一些难以解决的问题。