美軍衛星通信的抗干擾技術演進

導讀：雖然美軍十分重視衛星通信在戰場上的作用，但長期以來，美軍的通信衛星其實都缺乏抗干擾設計。海灣戰爭和伊拉克戰爭期間，美軍租用過許多商業衛星，這些衛星都沒有抗干擾能力。目前，積極建設的WGS衛星抗干擾能力也不佳。為了解決該問題，美軍已經計劃將AEHF衛星的抗干擾波形逐漸移植到其它衛星上(商業衛星、WGS衛星等)，為它們提供抗干擾保護。

一、XDR波形

擴展數據速率(Extended Data Rate，XDR)波形是美國軍方最復雜的抗干擾、低截獲通信波形之一，期初用于AEHF衛星，為美國高層領導提供復雜戰場環境下的抗干擾通信。XDR支持的最大通信速率可達8.192Mbps，是MDR波形的五倍以上，使得衛星通信不再局限于語音和低速數據。

XDR波形采用了跳頻擴頻(FHSS)技術和低截獲/低檢測(LPI/LPD)設計，通過頻率快速變化和波束窄化，使通信信號在敵方強電磁壓制下依然具備生存能力。更重要的是，XDR波形內嵌先進的加密機制和用戶認證協議，所有通信內容均通過信息安全模塊進行實時加密和身份認證，從技術上確保了指揮數據的機密性、完整性與合法性。

二、PTW波形

受保護戰術波形(Protected Tactical Waveform，PTW)在XDR的基礎上設計，可用于美軍其它通信衛星和商業衛星，它是提升戰術衛星通信抗干擾能力的核心所在。PTW主要是通過耦合AEHF衛星系統上采用的XDR波形標準與廣泛采用的數字視頻廣播-衛星標準2(DVB-S2)商業通信標準，得到一種新型通信波形。

該波形吸納了XDR波形中的跳頻擴頻(FHSS)抗干擾技術特點，同時采用DVB-S2的高頻譜利用率設計，取兩者的優化折中，可在大幅提升戰術衛星通信的抗干擾能力的同時，提供較高的通信速率，滿足大容量的通信需求，并且可工作在多重頻段下(C-X-Ku-Ka等)。

PTW不依賴于通信衛星體系架構，這就意味著，使用該波形，即使是不具備防護能力的WGS衛星以及普通商業衛星，只要在終端更換調制解調設備(變為PTW調制解調器)，并加裝加密模塊，就能夠實現良好的抗干擾水平。

麻省理工學院的Brian J. Wolf等人曾在文獻《Implementation and Testing of the Protected Tactical Waveform (PTW)》中提到了PTW波形具有以下技術特點：

采用頻率跳變和時間交織(Time Interleaving)，提高抵抗頻帶干擾和定向干擾的能力;

使用DVB-S2模塊編碼，提供高效的前向糾錯(FEC);

支持靈活的鏈路自適應策略，在不同信噪比條件下動態改變調制與編碼策略;

通過Suite B加密標準實現數據覆蓋保護，不同用戶群使用不同密鑰流區分。

三、PTS-P有效載荷

2022年，波音公司紹了其抗干擾有效載荷的最新設計，該載荷稱為受保護的戰術衛星通信原型(PTS-P)有效載荷，它可提供干擾機地理定位、實時自適應調零、跳頻和其它技術，以自動對抗干擾，使作戰人員在有爭議的戰場上保持聯系。PTS-P將搭載在太空軍的寬帶全球通信衛星(WGS)-11上。波音公司將WGS上集成的抗干擾能力稱為“受保護的寬帶衛星設計”。

波音公司的工程師還展示了其基于衛星的智能天線技術,該技術可檢測敵方干擾機并自主調整衛星波束以抑制敵方干擾機,同時保持與友軍PTS終端的通信。下圖展示了該技術如何在干擾環境中提供安全通信。俄烏沖突期間，星鏈可能也采用了這種抗干擾方式。

PTS-P基于PTW波形設計，將成為美國軍方受保護戰術波形(PTW)的第一個天基樞紐。PTS-P的機載測試計劃于2025年進行，隨后即可過渡到實際使用。波音表示：“PTS與所有現有的WGS用戶終端無縫協作，同時允許在戰區逐步部署PTW的調制解調器。

總結：PTS-P載荷是美軍抗干擾衛星的第一個重要成果，未來它將逐步應用于WGS和其它商業衛星，徹底結束美軍衛星通信缺乏抗干擾設計的局限性。同時，美軍在建的PWSA星座將支持Link16數據鏈傳輸，Link16也具備極佳的抗干擾能力。未來，美軍的衛星通信將普遍采用抗干擾設計，以應對越來越復雜的戰場電磁環境。(北京藍德信息科技有限公司)