军事卫星通信对抗体系详解

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1 背景
1.1 概述
卫星通信作为视距通信的补充部分，已成为各国通信结构中不可或缺的通信方式，导致卫星通信成为各国军事行动中的主要攻击目标。由于卫星定点位置的公开化，使得卫星通信系统更容易面临电磁干扰、截获、入侵甚至被摧毁的威胁。为了提高卫星通信系统在复杂电磁环境下的抗干扰、抗截获、隐身以及抗入侵等能力，越来越多的对抗性技术措施被提出。在这种背景下，如何客观、全面、准确地评价卫星通信系统的对抗性性能，已经成为研究的重点和难点。对抗性性能评估不仅在卫星通信系统设计、研发和使用过程中起着重要作用，而且对卫星通信系统在复杂电磁环境下的使用策略起着重要的指导作用。对抗性性能评估的基础，是建立科学的对抗性指标体系。
近年来，卫星通信系统相关对抗性指标得到越来越多的研究，但目前尚没有形成一套完备而有效的指标体系来适应信息对抗技术的不断发展。本文在已有卫星通信系统对抗性指标基础上，从抗干扰、抗截获、隐身以及抗入侵等类别出发，归纳总结出一套科学的对抗性指标体系，并深入分析指标含义，提出了指标提升方法，为卫星通信系统对抗性技术研究提供基础支撑。
针对卫星通信系统面临的主要干扰和摧毁威胁，分析威胁机理，总结了目前主要采用的抗干扰措施并研究了各种措施的优长。梳理了DoDAF V2.0与通信相关的基本内涵和相关体系结构。依据DoDAF V2.0的体系结构开发思想，提出了适用于卫星通信抗干扰能力研究的作战体系结构、系统体系结构以及能力体系结构，并给出了可用于实施开发的具体流程，希望能加强我军卫星通信系统的顶层设计，切实提高我军在未来战争中的卫星抗干扰能力，确保卫星通信信道的互联互通。



据此，本文依据DoDAF V2.0的体系结构开发思想，提出了基于体系结构的通信系统抗干扰能力开发方法，并给出了可用于实施开发的具体流程。加强对卫星通信系统抗干扰能力的体系结构的概念及构建方法的研究，确立满足信息化战场需要的卫星通信体系结构，对于推进我军卫星通信系统建设具有重要意义。



卫星通信系统由地面段和空间段组成，地面段包括主控中心、监测中心及信关站，空间段包括卫星星座、星间链路和星地链路。空间段通过微波通信进行数据及信令的传输、转发和交换，是整个系统的核心部分，也是安全隐患最大的部分，其安全弱点归纳如下。
(1)物理通信环境恶劣
星座网络位于据地面高度2000km(低地球轨道)至35800km(同步卫星轨道)的太空近地轨道，通信链路容易受到宇宙射线、大气层电磁信号或恶意电磁信号的干扰。具有信号传输误码率高(10～～10)、时延大(10300Ills)、通信不稳定等特点。由于无线链路具有开放性，缺乏物理保护，容易遭受干扰、截获、伪造等恶意攻击。
(2)卫星节点能力受限
相比地面系统．卫星节点的硬件处理能力较低，星上系统的计算能力、存储空间、电能功率等都受到一定限制，这直接制约了星上运算的复杂度和通信开销，使得安全性高的复杂协议难以在卫星网络中实现。
(3)网络动态性变化
星座网络拓扑具有无中心、自组织、周期性的特点．而地面部分用户终端具有移动性，可扩展性。这些因素使得网络通信实体问的信任关系不断变化，增大了身份认证、密钥管理、访问控制的难度。地面用于静态网络的安全措施往往不适合这种拓扑结构。



根据OSI分层通信模型。卫星通信系统的主要通信协议、安全威胁和防护技术如表 1 所示。从低层向高层 ，安全威胁呈现出手段更丰富、技术更复杂、隐蔽性更强、防护难度更高的发展趋势。具体包括硬件设施损毁、压制干扰、欺骗干扰、频段窃听、数据截获、数据篡改、重放攻击、中间人攻击、身份仿冒和非授权访问等。卫星系统的安全技术应该在不同通信层级各有侧重， 主要保障系统的可用性、数据机密性、完整性、身份认证性 、不可抵赖性和访问可控性等。
由于空间环境的特殊性，地面网络中的安全机制不能直接用于卫星通信。介绍了卫星通信系统安全技术的最新进展。首先从空间信道环境、卫星节点能力、星座网络结构等方面指出了卫星通信系统的安全弱点。然后总结了物理层、数据链路层、网络层和传输层所面临的安全威胁和防护对策。着重介绍了抗损毁技术、抗干扰技术、认证机制和密钥管理协议，并对有代表性的安全策略进行了分析、对比和讨论。最后对卫星通信系统安全技术发展方向做出预测。
1.2 军事通信卫星应用
近年来，卫星通信以其通信覆盖区域大、通信距离远，通信频带宽、通信容量大，信道质量好、传输性能稳定等优点对人类的生产、生活方式产生了巨大的影响，特别是在军事中发挥了关键性的作用。



但是由于卫星的运行轨道是固定不变的，因此卫星通信系统会面临电磁干扰、截获甚至被摧毁的威胁。面对未来战场上各式各样的威胁，卫星通信系统抗干扰能力缺乏顶层设计、重定性需求分析轻定量需求分析，缺少完善的体系结构政策标准；开发过程缺乏科学的、公认的方法论指导，没有有效的、能满足卫星通信系统抗干扰特殊需要的辅助设计工具支持；没有形成一套合理的体系结构开发管理机制等。
这种状况将导致卫星通信系统不能满足未来的抗干扰需求，开发效率低，不利于在不同军兵种之间的互联互通。由于现役军事通信卫星上均搭载多种频段载荷，如果仅从频段的角度来看，频段在轨通信卫星：



由表2可以看出，Ka频段在美国应用最为成熟，共计8颗卫星在轨运行，而且Ka频段已成为主用频段。此外，欧洲、俄罗斯、以色列、韩国、阿联酋、澳大利亚等国，也开始使用Ka频段，但使用量相对较少，属于在多频段卫星上搭载少量转发器，例如澳大利亚的Optus-C1卫星搭载了4路Ka频段转发器、阿联酋的Yahsat-1A卫星搭载了1路Ka频段转发器。
Ka频段是指K频段以上的部分，即K-above，是指26.5～40GHz的微波频段。根据国际电联（ITU）的划分，供军事卫星和民用卫星使用的频谱资源分别为1GHz和2.5GHz，具体见表1。
表1 ITU对Ka频段频谱资源的分配
战场广播、高清图像和视频传输、无人机等空基情侦监平台等新应用的出现，对传统X频段提出了更高的要求，同时也为Ka频段的应用带来了契机。然而，新频段的应用总是伴随着机遇与挑战，而Ka频段的优势和劣势也相对较为明显，具体如下所述。
优势一：可用频谱更宽，支持跟高吞吐量。Ku频段的频谱资源大约为上行链路2GHz、下行链路1.3GHz，实际单颗卫星可用的连续频谱不足0.5GHz。反观Ka频段，上行链路和下行链路各有3.5GHz资源可用。在相同的带宽效率前提下，显然Ka频段可以支持更高的传输速率，在支持动态视频方面更加具有优势。
优势二：成本效益更高。Ka频段卫星大多采用点波束（商业卫星3dB波束宽度一般为0.5°～1.5°，军事卫星波束宽度相对较大），因而可以采用频率复用技术。空间复用使得可用频率资源更多，使得整星吞吐量提升1～2个数量级，从而使单位带宽的成本降低。
优势三：支持更小口径终端。由基本物理学原理可知，频率越高、波长越短，因而可以使用更小口径、更轻质量的终端，进而支持肩负式、移动平台应用。另一方面，窄波束的EIRP和G/T相对更高，也能够支持小口经终端高速传输。例如，与Ku频段相比，使用窄点波束的Ka频段的整体链路质量可提升6～10dB。
优势四：更好的抗干扰性能。由于频谱范围更宽，Ka频段通过跳频或直接序列扩频等技术可实现更强的抗干扰特性。例如，Ku频段转发器带宽为54MHz，而Ka频段则可以达到125MHz，因此，采用相同扩频技术条件下，干扰余量可至少提升3dB。
劣势一：必须满足ITU对于邻星干扰的限制。随着在轨通信卫星数量的增多以及Ka频段日益广泛的应用，邻星干扰的问题日益突出。对小口径终端来说，控制天线旁瓣功率，使其不会对GEO邻近卫星产生干扰的难度较大，因而只能限制总功率，从影响地对空最高传输速率。而且，当地面终端、特别是陆地终端处于移动过程中，受冲击和振动影响，对机械天线的指向精度要求就会更高。
劣势二：雨衰更严重。微波传输的一大障碍就是大气，雨、雾、云、冰、雪、冰雹等气象条件都会使微波信号产生损耗。而Ka频段面临的雨衰问题要比C、Ku等成熟频段严重得多，特别是热带降雨频繁的地区。例如，根据实测数据，在保证99%链路可用性的条件下，新加坡地区下行链路雨衰损耗Ku频段为2.6dB，而Ka频段高达12dB。传统上采用提高链路余量来保证可用性，近年来自适应编码调制、主站空间分集、上行链路功率自动控制等技术逐渐得到广泛的研究和关注。
1.3 军事典型系统与应用
从通信安全的角度来看，军事通信卫星系统一般可以分为三个层次：
第一层是核心层，即具备抗干扰与抗核加固能力，承担重要的战略通信任务，一般采用EHF和X频段；
第二层是军事专用层，不具备较强的抗干扰能力，但专为军事需求设计，一般采用UHF、X和军用Ka频段；
第三层是民用专用层，主要针对民商用途设计，一般采用L、C、Ku和民用Ka频段。而目前大部分Ka频段应用也主要是在第二层，军事专用层。
从应用角度来看，Ka频段既可以用于战场与后方基地之间的固定连接，也可以支持战场小口径移动终端的互联。典型应用包括大范围的战场态势广播、宽带战场通信、无人机数据回传等等领域，下面结合不同的卫星系统分别进行介绍。
1.3.1 支持战场定位和通信
自海湾战争以来，美军发现大量诸如战场地图等数字信息难以有效传递到前线战场，甚至较低层级的战术部队，当时的卫星通信带宽不足以支持战场信息化需求。因此，美军自1991年开始研究向战区内提供宽带单向军事信息广播业务，包括情报、图像、地图和视频等数据，主要面向低成本的小型用户终端。在经过商业搭载试用以后，美军在UFO-8、9和10三颗卫星上搭载了GBS载荷，开始在全球范围内提供战场信息广播业务。
GBS系统包括3大部分：
①广播管理段，提供系统与数据提供者之间的接口，建立并管理广播信息流，使信息传送到所需的注入点；
②空间段，提供卫星传输和覆盖能力；
③终端段，接收卫星传送的广播信息，提供用户接口。
目前美军有3个固定的卫星广播管理/主注入站，分别位于弗吉尼亚州诺福克海军基地、意大利的西西里岛和夏威夷的瓦西阿瓦。此外，还有5个战区注入站（陆军3个、空军2个），机动部署到战区，快速传送战区专用信息。目前已经部署了超过1000套接收设备，包括地面接收设备、潜艇接收设备和舰载接收设备等。



美军GBS系统体系架构
UFO卫星上搭载的GBS载荷共有4路转发器，配合2个接收波束和3个发射波束使用。接收波束中，1个为固定波束，指向固定的主注入站；1个为可控波束，指向战区机动注入站。发射波束中，2个为窄波束，地面覆盖直径500海里，提供24Mbit/s下传速率；1个为宽波束，地面覆盖直径3700km，提供1.5Mbit/s下传速率。目前，随着WGS系统的部署，GBS服务逐步过渡到WGS卫星上，而WGS卫星对此进行了升级，单路转发器可以支持高达45Mbit/s的下行单向广播传输速率。
在发展新一代军事通信卫星方面，法国与意大利选择了国际合作的方式，并且开始向Ka频段迈进。Athena-FIDUS，全称为“欧洲联军战场接入——法意军民两用卫星”，是面向网络中心战场而发展的军事通信卫星，支持陆海空各类作战平台和应用。



Athena- FIDUS军事通信网络
Athena- FIDUS卫星将民用技术应用于Ka和EHF频段，从而降低带宽成本，虽然不具备较强的抗干扰能力，但整星吞吐量达到3Gbit/s，接近美军WGS卫星的性能水平。卫星采用Spacebus-4000B2平台研制，发射质量3.4吨，功率4.9kW，设计寿命15年。星上有效载荷分为法国和意大利两部分，其中：法国载荷为11路Ka频段转发器，1个固定波束覆盖法国，另有6个可移动波束；意大利载荷包括11路Ka/EHF转发器，1个固定波束覆盖意大利，另有2个可移动波束。作为一颗军民两用卫星，Athena-Fidus在意大利方面的应用主要包括五大类：①意大利国土及周边地区的宽带接入，星状网；②意大利国土及周边地区的宽带接入，网状网，通过星上处理载荷实现单跳通信；③境外战场宽带接入，高速率广播、战场部队双向通信等等；④意大利国土与境外战场间无人数据回传；⑤从意大利国土向境外战场广播遥感图像或数据。在意大利有效载荷中，固定波束对应6路转发器，包括2路透明转发器（Ka/Ka和EHF/Ka，满足星状网组网需求）和4路处理型转发器（Ka/Ka和EHF/Ka，满足网状网组网需求）。两个可移动波束均为Ka/Ka频段，半功率波束宽度为1.5°，地面覆盖区域直径约950km，实现境外战场与本土的互联，单链路速率要求为2Mbit/s，单波束支持700部终端。
1.3.2 无人机通信
局部战争表明无人机在区域监视侦察方面的作用日益突出，而高清图像和视频的传输也越来越需要大容量卫星通信手段的支持。在WGS卫星开始部署之前，美军主要依靠商业Ku频段和部分租用的X频段卫星容量来为无人机提供数据回传服务。












美军WGS卫星支持空基情侦监数据回传
WGS卫星是美军新一代宽带军事通信卫星，采用X和Ka频段进行通信。卫星采用先进的数字信道化技术和相控阵天线技术，可形成9个X频段和10个Ka频段波束。WGS卫星可利用的频谱为X频段500MHz、Ka频段1GHz，根据频率规划分为数个125MHz信道。由于带宽较大、波束较窄（1.5°）且可以移动，因而在支持无人机数据回传方面具有独特的优势。
WGS-1～3卫星可利用125MHz带宽支持137Mbps的无人机传输速率，但是随着机载传感器性能的提升，这一速率已经逐渐难以满足需求。而WGS-1卫星在轨测试期间表明，在125MHz信道上使用16APSK调制可以实现440Mbit/s的传输速率，也为WGS支持无人机数据回传的能力提升提供了机遇。
在WGS-4～6卫星上，增加了射频旁路能力，专门满足无人机传输需求，并且对天线配置进行了改进。利用现有的Ka频段可控碟形天线最多可支持6个独立接入，另有1个Ka频段可控碟形天线专门用于星地链路。由于WGS在ITU的申请中已经包含了Ka频段反向极化的资源，因此可以充分利用Ka频段的反向极化资源支持无人机数据传输，同时避免干扰，减轻对其他战术用户的影响。升级之后，单链路支持无人机数据回传的最低速率为274Mbit/s，如果采用高阶调制，传输速率还会更高。
1.3.3 无人舰艇通信
在无人潜艇上安装了星链，艇首两个圆柱鼓包是引信，艇尾部的平板状物是“星链”卫星天线。






1.3.4 星链防御弹道导弹
星链卫星上可以搭载光学观测载荷，结合其重访率高的优势，对于全球主要地区，让每个时间段天顶方向都有几颗卫星飞过，可实现24小时不间断光学监控分析，通过大数据系统自动识别、分类跟踪和图像识别系统，使其对真假目标识别率高，抗干扰能力强，这必将大大提升美国对地面移动物体和太空目标的监控能力。
星链卫星可以对导弹和航天器进行遥测、跟踪和控制，进而提高对敌方运载火箭/导弹轨道的高精度预测和预警能力，为后续的拦截提供信息支撑，并提供了防御弹道导弹的一种最佳方法，即在它们发射之前将其击毁。



2 卫星通信系统干扰方式和抗干扰措施
2.1 卫星通信干扰分析
按照链路的不同，常分为上行干扰、空间干扰和下行干扰三种。由于卫星的运行轨道和高度都是公开的，不易改变，因此上行链路易实施干扰；而地面站有的固定、有的移动，而且地面站分布范围广，不易实施下行链路的干扰。当然，如果已知地面站的位置，并且距离该地面站的距离很近也可以实施下行干扰。
空间干扰主要包括在卫星通信中相邻卫星之间的干扰、同一卫星相邻信道之间的干扰以及人为操作不规范造成的干扰等。邻星干扰,邻星干扰主要有上行干扰和下行干扰，其中，上行干扰主要是因为邻星系统中有些用户使用的天线功率谱密度超出协调指标或者天线偏向邻星造成临星干扰；下行干扰主要是相邻卫星之间的重叠覆盖区使得用户在接收到正常信号的同时，也接收到邻星的旁瓣信号。为了减少临星干扰，需要从两方面进行入手。对于上行干扰的降低，需要采取精确调整天线的指向，并改善通信天线的方向图性能以及降低上行功率等措施。对于下行干扰的降低，一般需要卫星公司之间调整邻星之间的技术参数予以解决。相邻信道干扰,相邻信道的干扰主要涉及到用户载波的频率分配可能与相邻信号的频带出现重叠，或用户在使用载波时，其载波的频谱特性未满足要求，从而造成干扰。要降低这类干扰，卫星公司在进行入网测试时，必须保证用户的上行载波频谱在分配频带的范围之内。另外，采取降低平衡出站信号功率的方法也是有效的办法之一。
人为操作不规范造成的干扰,人为操作不规范主要包括操作和设置有误、违反上星程序和私自上载波偷发信号等，这些方面都会对卫星通信造成影响和干扰。对于人为操作不规范造成的干扰，主要的方法就是采取人员培训和严格自律，减少和防止不规范的操作。
美军最新版本体系结构框架是美国国防部体系结构框架DoDAF V2.0，集中体现了美军体系结构的最新研究成果。也是其他国家的军队开发体系结构框架的重要参考依据。DoDAF V2.0由作战、技术、能力、服务、项目、系统等7个视角、51个视图产品构成，更加体现了网络中心战的理念和强调“数据中心”的方法[2]。
DoDAF V2.0采用通用的、标准化的方式从多个视角描述系统的组成、结构及其演进原则。为分析、设计系统提供了有效的平台和工具。体系结构视图通常包含作战、系统、技术、能力等多个视图。
与通信相关体系结构主要包括全视图、作战视图、系统视图、能力视图[3]。
作战视图包括作战节点、执行的任务或行动以及完成作战任务所必须交换的信息。它描述了信息交换的类别、交换的频率、信息交换所支持的任务行动以及信息交换的本质。系统和服务视图与作战视图中的体系结构产品联系起来，用以支持作战行动，并可进一步促进作战节点间的信息交换。技术标准视图以工程规范为基础，提供技术系统实施指南，其中包含技术标准集、实施规定、标准选项、规则和标准，并可以综合成一份综合文档，为制定的提携结构管理其系统和系统服务要素提供服务。全视图是与所有视图都有关联的体系结构顶层视图。该视图可为整个体系结构提供相关信息，并设置了体系结构的范围和内容。
卫星通信系统面临的干扰威胁主要包括电磁干扰和摧毁两大类[1]。电磁干扰可以分为压制式干扰、欺骗式干扰和灵巧干扰三类，如图所示。



除了常见的电磁干扰方式，摧毁也是卫星通信系统的主要威胁。卫星通信系统面临的摧毁威胁主要包括：核导弹反卫星武器、动能反卫星武器、定向能反卫星武器、反卫星卫星等.如图所示。



2.2 卫星通信系统抗干扰措施
目前，近年来卫星通信系统抗干扰技术得到了飞速的发展，主要包括扩频技术、天线抗干扰技术、自适应干扰消除技术、变换域技术、SmartAGC技术、扩展频段和发展极高频通信以及基于认知的只能抗干扰技术。其中，通信抗干扰技术的主流是扩展频谱通信。根据扩频的方式不同，主要分为直接序列扩频（DS）、跳频（FH）和跳扩结合等方式。自适应干扰抵消是自适应滤波的一种形式，它依据某一准则推出简便、快速的自适应算法，不断调整自身权值结构，实现准则期望的抵消干扰、跟踪信号的目的。变换域最新的研究主要集中在如何进一步发展基于滤波器组和子带变换的技术上面。SmartAGC技术主要是针对透明转发器，采用自适应变换实现强干扰的抑制，它能够以较小的代价提供较强的抗干扰能力。极高频通信能在频谱上占有技术优势，实现更小的点波束，获得更好的抗干扰、低截获、机动性等特性。基于认知的智能抗干扰技术借鉴认知无线电的思想，可以智能的消除外界电磁干扰环境的影响，适应信道环境并以尽可能高的数据速率实现不间断通信。
3 卫星通信抗干扰体系结构
3.1 卫星通信抗干扰作战体系结构
根据美军《防务采办术语—98》和《防务采办电子手册—96》中对作战效能的定义，是指系统完成规定作战任务的能力[4]。也就是综合考虑部队编制、作战原则、采用的战术、生存性以及各种威胁等因素，标准化部队在自然、电子以及威胁的环境中使用作战系统完成任务的总体水平。根据以上作战效能的定义和内涵，参考文献[5]给出卫星通信抗干扰体系结构，如图所示。



卫星通信抗干扰作战体系结构
卫星通信抗干扰体系结构是描述复杂电磁环境下，根据作战任务和行动指挥要求，使用卫星通信抗干扰的技术、方法、手段和人员，将与卫星通信抗干扰作战有关的作战力量、作战单元、作战要素融合集成为整体的卫星通信抗干扰体系，是分析和研究卫星通信抗干扰能力的方法，其中包括：卫星通信抗干扰作战的联合作战条令、条例、规定和法规等；适应战场需要的编制体制、指挥体制、协调机制和程序；实现卫星通信抗干扰能力的技术、方法、手段；发现、甄别地方卫星通信抗干扰的情报、网管、频管等支援体系；实现卫星通信抗干扰能力的卫星通信资源利用和组织运用方法；具有客观评估和优化卫星通信抗干扰能力的方法和手段；确保卫星通信抗干扰能力正常运行的装备技术和人才队伍。
3.2 卫星通信抗干扰系统体系结构
体系的功能是由体系的结构决定的。只有将体系中的各系统、各要素进行优化组合，体系结构才能达到最佳状态，体系效能才能最大限度地释放出来。这就需要优化卫星通信抗干扰力量配置、规范网络电磁空间战场秩序、采取有针对性的抗干扰措施。根据卫星通信抗干扰作战体系结构和信息作战的要求，提出如图4所示的卫星通信抗干扰系统体系结构，也就是卫星通信抗干扰系统体系结构的构成要素。



卫星通信抗干扰系统体系结构
卫星通信抗干扰的指挥主要包括确定联合部队实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰的指挥关系、指挥程序、指挥信息流程和指挥联络文件等，其中，卫星通信抗干扰的指挥包含卫星通信抗干扰的组织和卫星通信抗干扰的规划两个主要功能。卫星通信抗干扰的组织主要包括确定作战部队实施通信、频谱管理、电子侦察、通信对抗等指挥机构和人员的职责和权力。卫星通信抗干扰的规划主要包括联合部队实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰的人力资源、频谱资源、装备资源、保障物资等方面的管理和使用。
卫星通信抗干扰的执行主要包括各部队根据作战任务的组织和规划，在战时的指挥要求下，实施通信、频谱管理、电子侦察和抗干扰等。
卫星通信抗干扰的协调主要包括各类卫星通信系统的电子频谱协调，以及通信、电子侦察和抗干扰等行动的协调。
卫星通信抗干扰的评估主要包括各类卫星通信系统的抗干扰能力，以及抗干扰措施的有效性等。



卫星通信系统抗干扰指标体系层次结构图
本指标体系主要由 3 个一级指标构成，即天线抗干扰指标、波形抗干扰指标和综合抗干扰指标。
3.3 天线抗干扰指标的含义
（1）天线增益：天线增益越高，接收信号信干比越高，接收信号抗干扰能力越强。
（2）天线波束宽度：波束宽度越小，受干扰概率越小。
（3）旁瓣抑制能力：旁瓣抑制能力越强，抗旁瓣干扰能力越强。
（4）零陷宽度和深度：天线零陷宽度描述天线波束形成的空间滤波器宽度；天线零陷深度描述天线波束形成的陷波深度。
波形抗干扰指标
波形抗干扰指标的含义如下。
（1）解调门限：解调门限越低，允许进入接收机的干扰越大，接收机抗干扰能力越强。
（2）干扰抑制能力：波形干扰抑制能力越强，系统抗干扰能力越强。
（3）干扰容限：干扰容限越高，抗干扰能力越强。
抗截获指标体系
卫星通信系统抗截获指标体系可进一步分解为战术指标和技术指标。其中，战术指标用于衡量特定作战环境下卫星通信系统相对于敌方截获机的抗截获性能；技术指标用于评价卫星通信系统自身抗截获水平的高低，属于卫星通信系统特有的特征参量，与敌方的截获装备无关。
抗截获指标体系如图 所示。



截获距离
为了减少信号的截获概率，应尽量减少多维窗口同时重合的概率及时间。在卫星通信中，截获机可通过接收卫星终端上行信号来完成上行卫星信号的截获；截获机可通过接收卫星发射的信号来完成卫星终端下行信号的截获。截获机的截获距离通常被用来定量评价卫星通信信号的低截获性能。截获距离可定义为有用卫星通信信号在截获接收机处达到截获机灵敏度时有用卫星通信信号发射机与截获接收机间的距离。
截获概率 截获概率定义为有用卫星通信发射信号在时 域、空域、频域以及能量域上同时被截获机截获的 概率
（1）时域截获：截获机在有用卫星通信信号发射的时间内工作；
（2）空域截获条件：截获机的接收天线位于有用卫星通信信号发射机天线主瓣或副瓣内；
（3）频域截获：截获机的工作频段覆盖了有用卫星通信信号频段；
（4）能量域截获：在截获机处的有用卫星通信信号的信号强度高于截获机的接收灵敏度。
技术指标
抗截获技术指标的含义
（1）天线旁瓣电平：敌方截获接收机往往只能截获有用卫星通信信号的副瓣，为了实现低截获概率的卫星通信，需要卫星通信系统具有低的发射天线旁瓣电平，故可将天线旁瓣电平作为评估技术指标之一。
（2）信号功率谱密度：信号功率谱密度越低，敌方截获接收机发现有用信号的概率越低。
（3）频率捷变能力：频率捷变能力越强，敌方截获接收机捕获有用信号的概率越低。
（4）信号辐射时间：信号辐射时间越短，敌方截获接收机检测到有用信号的概率越低。
（5）功率管理能力：根据不同的工作环境，卫星通信系统应能自适应调整有用信号的发射功率，从而在保证既定通信任务的基础上实现系统功率资源的高效利用，同时降低敌方截收机截获信号的概率。
3.4 隐身指标体系
隐身技术是指为了规避敌方声、光、电、热等探测设备对我方武器装备探测而发展起来的一种综合技术。根据对探测信号控制的不同，隐身技术可以分为无源隐身技术和有源隐身技术 。无源隐身技术的出发点是尽量减少武器装备对电波、红外波、声波以及可见光等能量的反射或辐射，降低敌方发现上述反射或辐射能量的概率，从而实现武器装备的隐身。实现无源隐身的措施主要包括巧妙设计外形和结构以及采用吸波、透波材料等。有源隐身技术的出发点是利用有源手段规避敌方声、光、电、热等探测设备对我方武器装备探测。其中，射频隐身技术是一种重要的有源隐身技术，其通过武器装备上的电子设备或系统来抵御敌方射频无源探测、跟踪和识别，从而减少敌方射频无源探测系统的作用距离和跟踪制导精度。
3.4.1 无源隐身技术指标
卫星通信系统终端分机往往安装在平台内部，所以影响系统无源隐身性能的瓶颈因素是卫通天线。衡量卫通系统无源隐身性能的重要技术指标为天线 RCS（Radar Cross Section）。
3.4.2 有源隐身技术指标
实现有源隐身的方法通常称为低截获概率技术[8]，故前文的抗截获指标可作为有源隐身技术指标。
3.5 抗入侵指标体系
卫星通信信道的开放性使得卫星通信系统容易受到敌方的非法入侵。入侵是指非法用户获得系统访问权限或相关授权的行为。系统入侵可能导致合法用户接收到虚假或错误信息，从而使整个系统变得不可靠和不可用。因此，系统入侵造成的危害比一般的干扰更严重。抗入侵的主要目的是防止系统受非法用户的控制。
针对无线通信系统，根据入侵形式的不同可分为两种：一种是通过有线形式入侵无线通信系统的地面网络，对地面网络信息进行篡改、注入病毒或虚假的信息，然后利用无线通信系统合法的无线信道进行传输，以达到破坏系统的目的；另一种是直接利用无线通信系统的无线信道，向系统注入病毒或虚假信息。
第一种形式的入侵是“信息入侵”，属于“信息安全”范畴，一般可基于信息特征分析进行入侵检测及处理。例如，通过对无线通信系统运行情况进行统计、分析，检测此种形式的入侵行为，并采取清除入侵信息或关闭可疑通信节点等相应的措施。第二种形式的入侵是“信号入侵”，属于“传输安全”范畴，一般可基于信号特征分析进行入侵检测及处理。例如，告警以避免可疑信号进入解调器、消除入侵信号，以保证正常信号的解调、调整通信信号的参数以躲避同模式干扰等。针对卫星通信系统，系统的地面网络可借鉴其他无线通信系统地面网络在信息入侵检测和处理上采取的抗入侵技术，故敌方通过第一种形式入侵系统较为困难。考虑到卫星通信通信信道的开放性，卫星波束覆盖范围内的地球站都可以向卫星转发器发射信号，故敌方通过第二种形式入侵系统是比较容易实现的。第二种形式入侵的信号物理层参数、上层协议与合法用户正常通信信号往往具有很大的一致性，是合法用户正常通信信号的同模式信号。
在卫星通信系统中，针对同模式入侵信号干扰时，系统可能存在两种情况：
（1）一般出现在非扩频系统中，入侵信号功率远远大于合法通信信号功率，合法接收机自动捕获并解调强功率的入侵信号；
（2）一般出现在扩频系统中，入侵信号与合法通信信号扩频码型一致，相位相互滑动，功率没有明显差异，合法接收机不可能长时间锁定在其中一个信号上。合法接收机既可以对入侵信号解调，又可以对合法通信信号解调，且有可能在通信过程中以一定的概率在二者之间切换。
从传输安全的角度考虑，卫星通信系统的抗入侵可从以下几个方面进行设计。
（1）降低系统被入侵的概率：通过合理的系统设计和信号设计，加大敌方对合法通信信号进行模式识别、参数提取及跟踪的难度（如快速跳频、自适应扩频等）。
（2）监测入侵信号并及时告警：当在信道中监测到可疑信号时，向系统发出警示，并切断入侵信号与信号连接器的连接，以避免入侵信号虚假信息的输入。
（3）消除或躲避入侵信号。当受到入侵时，首先应尽可能消除入侵信号，并将抵消后的合法信号送解调器进行解调；对于无法消除的入侵信号，可通过更换通信参数的方式来躲避，从而维持系统的正常通信。
抗入侵性能的好坏可通过入侵检测的虚警概率和漏警概率来评价。入侵检测虚警将可能导致系统进行不必要的处理，从而影响卫星通信系统整体性能。入侵检测漏警将可能使用户接收到虚假信息，从而导致卫星通信系统不可靠甚至不可用。
4 卫星通信抗干扰能力体系结构
卫星通信抗干扰能力体系结构是以作战体系结构为牵引，由系统体系结构决定的。根据作战任务的需求，将系统体系结构中的各个要素进行有机的结合，最大限度发挥卫星通信抗干扰系统体系结构的效能，实现卫星通信抗干扰能力。卫星通信抗干扰能力体系结构主要包括通信能力、频谱管理能力、电子侦察能力、抗干扰能力和保障能力等。
卫星通信抗干扰能力体系结构如图所示。



卫星通信抗干扰能力体系
卫星通信网受干扰被侦收的主要形式 卫星通信具有通信距离远、通信质量高、便于 实现多址通信等特点，成为现代军事通信中非常重要 的通信手段之一，但也存在许多缺点。卫星通信链路 的开放性，使卫星通信信道容易受到恶意干扰；链路 的广播特性，使卫星通信信号容易被侦收截获；侦收 解析、功能定位、灵巧干扰等现代综合对抗手段的出 现，大大降低了单一技术体制卫星通信网的抗干扰能 力。现代军事活动中，卫星通信网受干扰被侦收主要 有以下形式。
4.1.1 信道受到攻击
信道层面的安全威胁主要来自传统电子干扰手 段，敌方通过发射同频或者相干的电磁信号，对我方 通信接收设备进行扰乱、破坏甚至欺骗，从而有效干 扰卫星通信系统的星地和星间链路。目前常用的电磁 干扰手段主要包括压制式干扰和灵巧式干扰。通信卫 星受到电磁干扰的具体分类如图1所示。



在实际作战运用中，敌方通常是利用地基、海基 或天基平台，通过对选定的某颗卫星发射已调制的大 功率射频信号阻塞卫星转发器，使卫星转发器的放大 器处于饱和状态，无法对有用信号进行放大。或者利 用强大的干扰功率对目标信号实施完全压制，使得目 标信号严重失真、无法被接收机正常接收，实现对某个 作战区域的电磁压制。在伊拉克自由行动过程中，美 军使用的卫星通信系统就受到过电磁干扰，通过长达 16个月的监测分析，发现有大约50次受干扰事件，其 中5次可以确定为敌恶意干扰，干扰者均是使用连续载 波信号对用户上行链路实施干扰，造成通信中断。另 一种干扰形式是利用特殊技术手段截获目标信号，分析识别目标信号样式，通过发送与目标信号样式相同 或相关的信号，造成接收方的信息差错或判断错误。
4.1.2 信息受到攻击
信息层面的安全威胁主要来自链路层、网络层 乃至应用层的攻击，通常以信号截获、侦收为前提， 通过对信号进行探测、监视、分析，提供先验信息支 持，然后采取数据窃取、欺骗攻击、程序攻击和数据 篡改等多种攻击手段，实现对卫星通信、指挥、管理 等系统的信息窃取、破坏、入侵、控制等。
第一种是利用卫星、地面 站、用户之间传输的无线信号容易被截获的特点，通 过对信号进行分析或破译，获取传输的数据、内容及 流量信息，从而得到相应情报。2009年，美军发现 有攻击者在伊拉克和阿富汗成功拦截“捕食者”无人 机的图像，后来这些图像在攻击者的电脑中被发现， 因为这些图像在通过卫星传输过程中没有加密，攻击 者可以通过卫星接收天线利用商用软件轻易接收拦截 图像信息。
第二种是利用卫星网络节点动态接入的特 点，通过冒充合法节点接入到卫星网络，窃取卫星网络中敏感信息，获取系统部分乃至全部控制权。
第三 种是利用卫星网络存在的不当配置和系统漏洞，通过 植入病毒、木马等程序，窃取卫星网络中敏感信息， 获取系统的部分乃至全部控制权。第四种是通过对信 息传输中的部分或全部数据内容的更改，破坏系统功 能，使系统难以正常工作或完全瘫痪。
4.2 卫星通信网抗干扰反侦收的主要手段
卫星通信网抗干扰手段主要包括基于自适应天线 的空域技术、频谱扩展技术、星上处理技术以及限幅 技术等。国外的抗干扰卫星通信系统普遍采用了上述 技术。
4.2.1 主要抗干扰技术手段
1）天线自适应波束成型技术。
该技术是卫星通信 网最常用的抗干扰和反侦收措施，具体包括点波束天 线、自适应调零天线和智能天线技术等。以点波束天 线为例，实际作战运用中可根据战场形势的变化控制 星上发射天线指向，使其波束覆盖范围随用户运动作 相应变化，将信号覆盖限制在一定范围内，从而避免 敌方利用卫星可视范围内的平台对卫星转发器实施干 扰和侦收。
2）频谱扩展技术。
扩频是卫星通信网最基本的抗 干扰技术，同时也是反侦收的主要手段，包括直接序 列扩频、跳频和混合扩频三种方式。直接序列扩频使 用具有高码率的扩频码序列，在发送端扩展信号的频 谱，在接收端使用相同的扩频码序列解扩，把展宽的 扩频信号还原成原始的信息。跳频采用多个载波频率 并在这些频率间随机跳变，具有很强的抗干扰和反侦 收能力。混合扩频技术在直接序列扩频的基础上增加 了载波频率跳变的功能，综合了上述两种扩频方式的 优点，采用两维甚至三维的混合扩频技术体制是国外 抗干扰通信发展的一个趋势，美军的军事卫星通信系 统Milstar就采用了跳频/直扩混合体制。
3）星上处理技术。
星上处理可以使上、下行链 路之间去耦合，使上行干扰不能再对下行链路产生作 用，同时设法避免转发器被推向饱和。星上处理技 术包括：星上信号解调后再调制、解跳后再跳频、 解扩/再扩、译码/编码、速率变换、多波束交换，以 及多址/复用方式转换（如上行CDMA或FDMA变换 或TDMA）等。随着电子对抗的不断升级，星上处理 不仅已成为卫星通信抗干扰的主要技术，也是通信 卫星未来生存和发展的要求。美军Milstar及AEHF和 “铱”卫星都采用了星上处理技术。
4）限幅技术。
限幅技术是目前星上广泛采用的一 种抗干扰措施，硬限幅和软限幅是透明式转发器最常 用的抗干扰措施之一。新发展的Smart AGC是一种新 型的自适应卫星通信抗干扰技术，当上行链路无干扰 时，转发器工作在线性区。当转发器上行链路受到强干扰时，使放大器的线性工作区右移，干扰信号工作在零区而被消除，而叠加在强干扰信号上的小信号被放大，从而使信噪比与采用硬、软限幅时得到进一步改善。
4.2.2 主要反侦收技术手段
卫星通信网反侦收手段主要包括时域、频域、空 域以及编码调制域等防御技术。美军目前正在研究的 战术防护波形（PTW）就是从上述几个方面对通信协 议进行重新设计。PTW主要通过耦合AEHF系统上采 用的军用扩展数据率（XDR）波形标准与广泛采用的 数字视频广播-卫星标准2（DVB-S2）商业标准得到的 一种新型通信波形，它吸纳了XDR波形中的跳频扩频 抗干扰技术特点，同时采用DVB-S2商业波形的高频谱 利用率设计，取两者的优化折中，可在大幅减轻战术 卫星通信的干扰效应同时，提供较高的通信速率，满 足大容量通信需求。
1）时域安全防御技术。主要指时隙置乱技术，时 隙置乱将一帧内的时隙按照置乱图案进行重新排列， 每一帧内的时隙排列顺序不同，即某一时隙在不同帧 内的位置随机变化。采用时隙置乱技术，不仅能够有 效对抗敌方的针对性干扰（如干扰信令通道等）或灵 巧干扰等干扰威胁，而且能够提高用户信息分离的难 度，具备一定的抗截获能力。
2）频域安全防御技术。主要指宽带高速跳频技 术，信号载波频率按照跳频图案在大带宽内进行伪随 机跳变，能够通过躲避恶意干扰达到信号传输抗干扰 的目的，同时多用户信号共存以及载波时变特性使信 号传输具备一定的抗截获能力。
3）空域安全防御技术。主要指波束置乱技术， 可利用相控阵天线波束覆盖捷变特点来实现。在上行 控制链路使用跳变扫描方式进行覆盖，在防止干扰的 同时，增加侦收复杂度。在业务链路使用按需调用覆 盖方式，只允许授权用户进行调度使用，提升系统安 全性。
4）编码调制域安全防御技术。主要指载波捷变技 术，包括载波中编码方式、调制方式、载波速率等参 数的快速捷变。载波捷变技术能够根据信道情况提高 信号传输的可靠性，同时增加了敌方进行信号识别的 难度，因此具备一定的抗截获防御能力。
4.3 卫星通信网抗干扰反侦收能力建设思考
随着我军信息化建设的深入推进，卫星通信网信 息对抗风险不断增加，提升其抗干扰反侦收能力的任 务需求日益迫切，下面重点从体系建设发展、组织运 用完善和装备技术升级等方面进行探讨。
4.3.1 体系建设发展层面
1）加强混合技术模式的应用。我国卫星通信事业 起步晚，可用的同步轨道资源非常有限，当前面临的 最大挑战是突破同步轨道资源不足的瓶颈，充分发挥 不同平台、不同技术体制的优势，通过采用高中低轨 混合组网，通用与专用卫星平台结合，时分、频分和 码分共用等模式，建立多轨道、多平台、多体制的弹 性分散卫星通信体系，全面提升我军卫星通信网抗干 扰反侦收能力。
2）深入推进军民融合发展。当前我国商业卫星通 信蓬勃发展，高通量通信卫星已成功发射应用，低轨 宽带通信卫星系统工程正在实施，我们应深度推进军 民融合发展，通过在民用卫星搭载军用转发器、购买 民用卫星通信服务等形式，有效解决军用卫星通信资 源紧缺问题，同时，“藏军于民”方式可一定程度减 少我军卫星通信受干扰被侦收风险。
3）优化军事卫星通信体系结构。军事卫星通信 体系结构在设计中应考虑区分不同类型用户，实施差 异化的防护策略，提升系统的整体抗干扰能力。按照 战略用户、普通战术用户以及常规用户等三个层次， 设计构建不同防护等级的军事卫星通信系统。战略用 户重点是突出高可靠、抗强干扰和保底通信能力，战 术用户则侧重于机动灵活、窄带应用和中等强度的抗 干扰能力，而常规用户主要用于非重要涉密信息的传 输，如保障官兵日常生活类的信息等。
4.3.2 系统组织运用层面
1）不断拓展可用通信手段。当前我国的天通一号 移动通信卫星目前已建成并投入使用；北斗卫星导航 系统除了导航定位功能外，还具备短报文通信能力；天链系列中继卫星已具备全球范围内宽带数据传输能 力。这些通信手段所采用的技术体制、工作频段各不 相同，且具有终端小型化、使用灵活方便等特点，在 现有条件下多种不同体制卫星通信手段的综合运用， 可有效提升卫星通信网抗干扰反侦收能力，满足战时 指挥通信的需要。
2）优化完善信息安全防护体系。一方面要加强对 卫星通信系统安全防护体系的研究，将网络防护与信 道加密相结合，拓宽防御纵深，从顶层设计上提升卫 星通信网整体安全性；另一方面要通过使用专用密码 机、优化保密算法、提升密码强度、提高密钥更换频 率等措施，提高卫星通信网密码被敌方破解的难度， 更好地确保我方信息安全。
3）强化训练演练，持续提升人员能力素质。应加 强对外军武器装备性能、技战术水平的研究，加强在电 子对抗、复杂电磁环境下的通信保障、天基信息对抗 等领域的学习研究和技术积累，有针对性开展相关研 究工作。同时持续加强人员训练，不断提升人员技术水 平，通过有针对性的开展红蓝对抗演练和模拟攻击等 方式，强化人员训练，查找系统安全漏洞，完善安全 防护策略，促进业务水平提高和系统防护能力提升。
4.3.3 装备技术发展层面
1）推进卫星通信装备转换升级。一方面要推进 现有装备国产自主可控程度，通过升级替换、专项工 程建设带动等方式，逐渐提高部分关键装备中核心芯 片、操作系统的自主可控程度，降低系统运行风险， 同时加快老旧装备的淘汰升级和新研装备的部署应 用，从装备能力和技术体制上提高系统抗干扰能力。
2）推进抗干扰反侦收新技术研究。美军正在开展 防护战术波形（PTW）技术研究，工作频段也已扩展 至Q、V频段，我们要密切跟踪国外技术发展，推动星 间激光通信、星载智能天线、时隙置乱、载波捷变等 多种技术手段研究应用，全面提升我军卫星通信网抗 干扰反侦收能力，同时后续要继续加大对新技术研究 的支持力度，为卫星通信网技术体制革新、体系论证 建设、装备系统升级等提供根本支撑。
长期以来，体系结构在通信领域的应用取得了许多研究成果和实用成果，但是目前没有将体系结构具体应用到卫星通信抗干扰能力方面。本文主要从DoDAFV2.0作战视图、系统视图以及能力视图出发，提出了适用于卫星通信抗干扰能力研究的作战体系结构、系统体系结构以及能力体系结构，希望能加强我军卫星通信系统的顶层设计，切实提高我军在未来战争中的卫星抗干扰能力，确保卫星通信信道的互联互通。






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