2.6 窄带卫星通信系统

2.6.1 系统简介

美国的窄带卫星通信系统一直由海军负责发展，独立于承担军事航天计划的空军。该系统从20世纪70年代末开始使用UHF频段的舰队卫星（Fltsatcom），80年代使用UHF频段的租赁卫星（Leasat）进一步补充战术移动通信能力，从20世纪90年代开始使用特高频后继（UFO）卫星替换原有的UHF频段的卫星。UFO卫星除承载UHF频段的有效载荷之外，还增添了其他频段的有效载荷，开展相关的通信业务。21世纪初开始发展的以UHF频段为用户链路、以Ka频段为馈线链路的移动用户目标系统（MUOS），构建了美军新一代的窄带卫星通信系统，并以MUOS卫星逐步替代UFO卫星。

1.特高频后继卫星通信系统

特高频后继卫星通信系统是美国国防部的特高频和极高频卫星通信系统，用于全球战略、战术通信的窄带业务，为舰-舰、舰-岸和舰-飞机提供语音、数据链路，是美国海军最主要的通信系统。该系统的卫星具有保密、抗干扰通信功能，还具有在无地面指令控制管理的情况下在轨自主工作30天的能力。

特高频后继卫星通信系统包括：由分布在覆盖全球的4个静止轨道位置（其中，100°W覆盖美国本土，23°W覆盖大西洋区域，72°E覆盖印度洋区域，172°E覆盖太平洋区域）上的8颗单波束UFO卫星（每个轨道位置的两颗卫星互为备用）组成的空间段；由一个位于美国加州的海军计算机与通信站（NCTS）和分设在4个地区（东太平洋、大西洋、地中海、西太平洋）的海军计算机与通信区域主站（NCTAMS）及它们彼此连接的通信线路组成的地面段。4个NCTAMS地理位置的分布能确保每个站都在与它左右相邻的两颗卫星的视区内。整个空间段与地面段组成全球覆盖的卫星通信网络，以便为各种移动用户终端提供通信服务。

2.MUOS

MUOS是美军新一代的窄带卫星通信系统。该系统的用户链路通信频段仍采用UHF频段，原因是UHF频段具有许多其他频段所没有的优点，而且考虑了对上一代卫星通信系统的继承性，这样可继续沿用那些系统已有的基础设施和技术。新的波形和算法能够使像地面蜂窝移动通信话机大小的设备在密林中和恶劣的天气条件下仍然获得良好的通信质量，还能够在有阻挡通信信号传播的建筑等障碍物的城市或其他地区进行可靠通信。利用这一新系统，战场上的部队能够发送和接收传真、实时电报和其他不需要更宽带宽的应急通信信息。

整个特高频后继卫星通信系统能处理1029个数据传输速率为2.4kbps的终端的同时接入，总容量为2.469Mbps。而整个MUOS能处理16332个数据传输速率为2.4kbps的WCDMA终端的同时接入，以及424个数据传输速率为2.4kpbs特高频后继卫星通信系统终端的接入，总容量为40.216Mbps。

MUOS的空间段由4颗业务卫星和1颗在轨备份卫星组成。地面段的4个NCTAMS的位置为美国的夏威夷和诺福克、意大利的西西里及澳大利亚的杰洛顿。它们的配置能确保每个站都在与它左右相邻的两颗卫星的视区内。

MUOS是一个业务频段为纯UHE频段的卫星通信系统，不再是像特高频后继卫星通信系统那样的多频段系统。它的通信体制采用类似商用地面移动蜂窝通信使用的3G WCDMA机制，放弃了特高频后继卫星通信系统采用的DAMA/TDMA通信机制。图2-32所示为MUOS卫星的蜂窝状多点波束，是给3G WCDMA机制的用户终端通信用的。

为了兼容传统特高频后继卫星通信系统的各用户终端，以便其在MUOS卫星上天后能继续使用，MUOS卫星上搭载了一个UHE频段有效载荷，其波束覆盖区与原特高频后继卫星通信系统UHE频段的全球波束覆盖区相同。

2.6.2 UFO卫星和MUOS卫星

1.UFO卫星

美国原海军空间与海战系统司令部负责UFO卫星的采购和管理工作，共订购了11颗UFO卫星（UFO-1～UFO-11），分4组发射，现已全部发射（其中第1颗卫星UFO-1发射失败）并覆盖于太平洋、印度洋、大西洋和美国本土上空。

11颗UFO卫星虽然同属一个系列，但仍做了不断改进。第1～3颗卫星载有UHF和SHF频段有效载荷；第4～7颗卫星增加了EHF频段有效载荷，其中第7颗卫星的EHF频段有效载荷提供了两倍的能力；在第8～10颗卫星上的SHF有效载荷被Ka频段全球广播业务（GBS）有效载荷替换，为了满足其功率增长的需求，卫星平台两边的太阳能电池翼由3块电池板增加为4块电池板。第11颗卫星载有UHF和EHF频段有效载荷。

所有UFO卫星都采用三轴稳定的波音601通信卫星平台，采用抗核加固设计。UFO卫星结构分解如图2-33所示。UFO卫星系列技术状态演变如表2-25所示。UFO卫星不同频段的有效载荷特性如表2-26所示。其中，UHF频段有效载荷框图如图2-34所示，Ka频段有效载荷框图如图2-35所示。

2.MUOS卫星

MUOS卫星外形和主要技术特性如图2-36和表2-27所示。

MUOS卫星有效载荷的框图如图2-37所示。其中，用户链路相关设备使用UHF频段，馈电链路相关设备使用Ka频段。公用反射面的UHF频段收/发天线各自产生16个固定的蜂窝状点波束，其波束图如图2-38所示。

2.6.3 特高频后继卫星通信系统地球站和MUOS地球站

1.特高频后继卫星通信系统地球站

与UFO卫星UHF频段的5kHz和25kHz通道有效载荷联合工作的地球站通信设备采用DAMA/TDMA通信机制，其能提供5kHz和25kHz通道的硬件和软件设施都安装于联合军事卫星通信综合网络（JMINI）控制系统。该系统的网络控制终端（NCT）负责具体的通信操作。前述的NCTAMS和NCTS均设有JMINI控制系统。

2.MUOS地球站

MUOS地球站的配置：对应太平洋和美国本土两波束覆盖区的地球站（位于美国的夏威夷和诺福克）配置了无线接入设备（RAF）、交换设备（SF）和网络管理设备（NMF），对应大西洋和印度洋两波束覆盖区的地球站（位于意大利的西西里和澳大利亚的杰洛顿）只配置了无线接入设备。此外，其配置还包括将这些地球站互联互通的地面通信线路。

2.6.4 特高频后继卫星通信系统用户终端和MUOS用户终端

1.特高频后继卫星通信系统用户终端

为了充分利用特高频后继卫星通信系统以保证舰船和潜艇的通信，美海军在舰艇上广泛地装备了UHF频段的卫星通信终端。以下是一些应用的典型通信终端。

（1）AN/SSR-1型舰队广播接收机。每艘水面舰艇都装一部，用以接收来自任意5个主要岸基通信站通过UFO卫星转发来的UHF舰队的广播下行信号。

（2）AN/WSC-3型UHF SATCOM/LOS通信终端。它是美海军的标准UHF卫星远程通信和视距通信（LOS）终端，装载在舰队的舰艇和潜艇上，也有一定数量的该类终端用于机载或车载。它可以传送高质量的语音和数据，用于进行日常通信和满足战术通信的需要。如今，装备的AN/WSC-3（V）型终端具有多种基于跳频的抗干扰能力，使敌军很难进行干扰。

（3）AN/USC Mini-DAMA通信终端。此终端比AN/WSC-3型UHF SATCOM/LOS通信终端体积小、质量轻，较易装载在舰艇和飞机上。它支持25kHz TDMA/DAMA、5kHz DAMA，以及5kHz和25kHz的专用信道，还支持UHF LOS、AFSATCOM Ⅰ和OTCIXS Ⅱ等工作方式。

需要指出的是，在海湾战争以后，美海军认为单纯的UHF频段的卫星通信已不能适应新业务的需要，如利用UHF频段进行图像传输的速度较慢，并且图像的分辨率低。UFO卫星为此增加了SHF、EHF频段有效载荷，舰队的旗舰、航空母舰和两栖攻击舰上都装备了AN/WSC-6 SHF卫星通信系统。

2.MUOS卫星用户终端

随着特高频后继卫星通信系统向MUOS过渡，系统必须保持后向兼容，以支持新用户终端和传统用户终端的混合使用，MUOS可以兼容特高频后继卫星通信系统现用的全部终端设备。

特高频后继卫星通信系统的一个缺陷是用户通信时必须停下来，只能“静中通”，这就降低了部队快速穿插战场的能力。相反，MUOS则具有提供“动中通”的能力，而且终端设备装备了全向天线。

MUOS支持体积小、质量轻的通信设备，改进了用户终端的性能。例如，典型的PSC-5型UHF便携机不带电池时重11磅（1磅≈0.45千克），并且具有23.5dBW的EIRP及15.9dB/K的G/T，可支持速率为16kbps的通信；与之相比，在最适宜的环境下，MUOS的目标是用只有8.5dBW的EIRP和7.7dB/K的G/T来支持UHF手持终端，速率达到32kbps，质量带电池总计不超过1磅。为了提供相同的甚至更好的业务，MUOS必须通过各种技术来补偿终端性能的降低，这些技术包括改进波形处理及增强空间飞行器的EIRP和G/T。