□□2012年2月24日，美軍首顆新一代窄帶軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)—“移動用戶目標(biāo)系統(tǒng)”（MUOS）衛(wèi)星（MUOS SV1）從卡納維拉爾角空軍基地成功發(fā)射，這標(biāo)志著美軍新一代窄帶軍用通信衛(wèi)星系統(tǒng)開始正式部署。作為現(xiàn)役的“特高頻后繼星”（UFO）的最終替代系統(tǒng)，MUOS旨在為美國及其盟國作戰(zhàn)人員提供覆蓋全球的、更為通暢和強大的超視距戰(zhàn)術(shù)通信能力，包括具有穿透濃密樹林和在惡劣氣候中以及在有阻擋通信信號傳播的建筑等障礙物的城市或其他地區(qū)進(jìn)行可靠通信的能力，并具備與美軍計劃部署的“聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)”（JTRS）等下一代通信系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)鏈通和傳輸?shù)哪芰Α?/p>

1 背景及概況

美國軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)由美國國防部負(fù)責(zé)，分為窄帶、寬帶和受保護(hù)等三大部分，負(fù)責(zé)為美軍提供空間多維信息鏈接。窄帶系統(tǒng)采用特高頻（UHF）頻段，提供用戶的話音、低數(shù)據(jù)速率、移動通信服務(wù)等；寬帶系統(tǒng)采用X和Ka頻段，主要解決大容量、高數(shù)據(jù)速率通信需求；受保護(hù)系統(tǒng)則采用極高頻（EHF）頻段，主要解決保密、抗干擾、防探測和防非授權(quán)進(jìn)入通信需求，適用于保密通信。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，以及美軍在全球作戰(zhàn)環(huán)境多樣性和不可預(yù)測性的增加，包括“艦隊衛(wèi)星通信”（FLTSATCOM）、UFO等傳統(tǒng)的窄帶軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)愈來愈顯示出其容量不足、抗干擾能力差等缺點，難以滿足美軍作戰(zhàn)需求。為此，美國國防部一方面持續(xù)對UFO等衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行完善升級，包括加裝EHF插件、增加編碼功能、提升終端性能等；另一方面則指定位于弗吉尼亞州的“海軍計劃執(zhí)行辦公室空間系統(tǒng)組”牽頭負(fù)責(zé)研發(fā)更為先進(jìn)的MUOS，以滿足那些機動性更強、容量需求更大、業(yè)務(wù)質(zhì)量要求更高的用戶需求。

1999年，“海軍計劃執(zhí)行辦公室空間系統(tǒng)組”制訂了《MUOS作戰(zhàn)要求文件（ORD）》草案。2001年，美國國防部審查同意MUOS計劃，并與美國洛馬公司、美國雷聲公司分別簽訂了為期14個月的部件高級開發(fā)（CAD）階段合同，要求這兩家公司及團隊2003年前完成MUOS的概念探索階段（CEP），提供各自的MUOS概念性研發(fā)方案。2004年2月，洛馬公司及研發(fā)團隊正式提交MUOS的方案。同年9月，美國國防部正式批準(zhǔn)MUOS的相關(guān)采購計劃，并決定由洛馬公司負(fù)責(zé)提供衛(wèi)星群、地面系統(tǒng)、衛(wèi)星及網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)等。

對MUOS衛(wèi)星進(jìn)行性能測試

MUOS系統(tǒng)全球覆蓋示意圖

2005年3月，美軍完成了MUOS初步設(shè)計評審，對MUOS的體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行了明確。MUOS仍采用UHF頻段，既可支持美海軍作戰(zhàn)概念，又能實現(xiàn)與UFO的兼容性和互操作性，以確保UFO用戶向MUOS的平穩(wěn)過渡。美軍還啟動了MUOS空間與地基部分的關(guān)鍵設(shè)計和發(fā)展階段，以確保下一代窄帶戰(zhàn)術(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)能滿足用戶的需求。

2007年3月，洛馬團隊如期并按預(yù)算完成了關(guān)鍵設(shè)計評審，評審驗證了整個MUOS的詳細(xì)設(shè)計。美國國防部隨后批準(zhǔn)洛馬公司生產(chǎn)首批2顆MUOS衛(wèi)星及整套MUOS地面系統(tǒng)。2008年4月，美國國防部授予了聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟一份合同，要求聯(lián)合發(fā)射聯(lián)盟使用宇宙神－5火箭發(fā)射首顆MUOS衛(wèi)星。2009年10月，洛馬公司在位于加利福尼亞州森尼韋爾的空間系統(tǒng)裝備中心進(jìn)行了一項公開演示，確認(rèn)了雙UHF有效載荷傳統(tǒng)無線電臺和MUOS試驗終端使用最新開發(fā)的寬帶碼分多址（WCDMA）波形和地面系統(tǒng)的兼容性。這項具有里程碑意義的演示除標(biāo)志著MUOS對之前的窄帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的良好兼容性得到進(jìn)一步確認(rèn)外，也預(yù)示著系統(tǒng)即將進(jìn)入正式的發(fā)射和部署階段。此后，MOUS研發(fā)進(jìn)展順利。2010年6月，洛馬公司完成了MUOS衛(wèi)星的系列地面試驗，驗證了集成的MUOS衛(wèi)星整星性能，并確保了衛(wèi)星平臺、衛(wèi)星有效載荷和運載火箭的電磁能力。2011年12月15日，洛馬公司建造的首顆MUOS衛(wèi)星運抵卡納維拉爾角空軍基地，并進(jìn)行了包括運輸前試驗、燃料加注、有效載荷整流罩封裝等多項發(fā)射準(zhǔn)備。2012年2月24日，首顆MUOS衛(wèi)星搭乘宇宙神－5火箭成功發(fā)射升空。與此同時，洛馬公司也在加緊建造第2顆MUOS衛(wèi)星，并已進(jìn)入環(huán)境試驗階段。

2 MUOS的組成

MUOS的總體目標(biāo)是向美軍及盟國作戰(zhàn)人員提供包括聯(lián)網(wǎng)、點對點和移動等形式的、覆蓋全球的超視距通信以及聯(lián)合互操作能力。與現(xiàn)有的UFO相比，MUOS采用WCDMA蜂窩技術(shù)來實現(xiàn)全球覆蓋，容量達(dá)到UFO系統(tǒng)的10倍以上，信道可用率大于97%；窄帶話音信道傳輸速率可達(dá)9.6kbit/s，寬帶數(shù)據(jù)信道傳輸速率可達(dá)64kbit/s。此外，MUOS仍然使用BPSK調(diào)制方式，兼容原有的UHF終端。按照相關(guān)規(guī)劃，MUOS主要包括空間星座、地面控制中心和用戶終端等部分。

空間星座

MUOS衛(wèi)星在軌運行示意圖

MUOS結(jié)構(gòu)示意圖

按照設(shè)計，MUOS星座將包括5顆MUOS衛(wèi)星（含4顆地球靜止軌道衛(wèi)星和1顆在軌備用衛(wèi)星），每顆衛(wèi)星搭載2個有效載荷，使得MUOS既能與目前的體系兼容，又可向軍隊用戶提供升級的WCDMA系統(tǒng)。利用3G手機和最先進(jìn)的衛(wèi)星技術(shù)，MUOS 將以更高的數(shù)據(jù)速率向作戰(zhàn)人員提供點對點網(wǎng)絡(luò)通信服務(wù)，以及按需提供基于優(yōu)先級訪問的話音、視頻和數(shù)據(jù)傳輸。MUOS衛(wèi)星采用60GHz的星間鏈路（ISL）。第1顆MUOS衛(wèi)星定位于72°（E），可覆蓋朝鮮和西南亞2個戰(zhàn)場，將增加傳統(tǒng)用戶的通信容量和頻譜可用性；第2顆MUOS衛(wèi)星計劃定位于177°（E），可加強對朝鮮的覆蓋，并將覆蓋范圍擴大至太平洋地區(qū)；第3顆衛(wèi)星計劃定位于15.5°（W），可加強對西南亞地區(qū)的覆蓋，并將大西洋包括在內(nèi)；第4顆衛(wèi)星計劃定位于100°（W）；備用星則計劃定位于75°（E），可隨時漂移到有需要的地區(qū)，以增加這個地區(qū)的可用信道數(shù)量。根據(jù)美國國防部公布的相關(guān)合同，美國愛立信公司負(fù)責(zé)提供MUOS衛(wèi)星的WCDMA移動通信系統(tǒng)的無線設(shè)備，美國諾格公司則為首批的2顆MUOS衛(wèi)星提供可擴展的慣性導(dǎo)航裝置。

地面部分

MUOS的地面部分主要由衛(wèi)星控制中心、網(wǎng)絡(luò)控制中心和MUOS網(wǎng)關(guān)等組成。出于衛(wèi)星遙測、跟蹤和指令方面的考慮，MUOS將采用現(xiàn)有的控制系統(tǒng)，由位于加利福尼亞州莫古角的海軍衛(wèi)星測控中心進(jìn)行控制，而位于科羅拉多州謝里佛爾空軍基地的空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)則充當(dāng)備用控制中心。衛(wèi)星控制中心使用美國國防部指定的遙測、跟蹤與控制（TT&C）頻率對衛(wèi)星進(jìn)行追蹤控制。由于利用了最先進(jìn)的Ka頻段天線設(shè)計，因此可進(jìn)行高精度的自動跟蹤。網(wǎng)絡(luò)控制中心和MUOS網(wǎng)關(guān)則負(fù)責(zé)提供與國防信息網(wǎng)絡(luò)（DISN）以及公共電話交換網(wǎng)絡(luò)（PSTN）的接口。其中，網(wǎng)絡(luò)控制中心為系統(tǒng)提供UHF頻段按需分配多址接入（DAMA）控制，為用戶的通信申請動態(tài)分配通信頻率。MUOS網(wǎng)關(guān)共計4處，分別位于美國夏威夷、美國弗吉尼亞、意大利西西里和澳大利亞杰拉爾頓，這些網(wǎng)關(guān)均采用光纖網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可與位于夏威夷和弗吉尼亞的網(wǎng)絡(luò)管理和交換中心連接。此外，MUOS網(wǎng)關(guān)通過Ka頻段的通信鏈路連接衛(wèi)星，實現(xiàn)Ka-UHF頻段的交鏈。

用戶終端

MUOS終端包括地面移動終端、可搬移終端以及海面艦艇用戶終端等，采用公共空中接口（CAI），可以通過MUOS網(wǎng)關(guān)、DISN與政府擁有的商用網(wǎng)關(guān)連接到商用的移動衛(wèi)星服務(wù)。MUOS用戶也可以通過DISN電信港與其他軍用通信衛(wèi)星的用戶進(jìn)行通信。終端用戶能夠感受到的改進(jìn)包括真正的移動通信能力，更好的連通性以及顯著增加的用戶容量。舊的系統(tǒng)只能同時應(yīng)付1000多個用戶進(jìn)行通信，而MUOS將可以同時容納17000個用戶以2.4kbit/s的速率進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。MUOS還兼容原有的UHF終端，以便使現(xiàn)有的窄帶衛(wèi)星系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)揮作用。相比于總傳輸速率（即帶寬）為2.7Mbit/s的舊系統(tǒng)，MUOS所有用戶的總傳輸速率將大大提高，達(dá)到40Mbit/s。不僅如此，MUOS的新型的手持終端還能與美軍最新的“聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)”兼容。

3 MUOS的技術(shù)特點

更先進(jìn)的交叉鏈路技術(shù)

在MUOS中，用戶間信息流的傳遞與UFO有很大的不同。用戶終端經(jīng)由UHF 的WCDMA上行鏈路把信息發(fā)到MUOS衛(wèi)星上，衛(wèi)星通過Ka頻段下行鏈路把此信息轉(zhuǎn)發(fā)到分別坐落在夏威夷、弗吉尼亞、西西里和杰拉爾頓的4個地面站之一。這4個地面站是互通的，其網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備放置在夏威夷和弗吉尼亞。網(wǎng)管設(shè)備會判別出信息所要通向的目標(biāo)用戶，并把其轉(zhuǎn)發(fā)到合適的地面站，然后該地面站會通過Ka頻段上行鏈路把信息發(fā)到衛(wèi)星上，最后衛(wèi)星經(jīng)由UHF WCDMA下行鏈路把信息發(fā)送到正確的目標(biāo)用戶，從而實現(xiàn)Ka-UHF頻段的交叉鏈接。除此之外，MUOS還會提供一個選擇國防信息資料系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，話音服務(wù)以及數(shù)據(jù)服務(wù)的入口，而過去的UFO系統(tǒng)是無法做到這些的。

更有效的適應(yīng)能力

盡管以MUOS為代表的窄帶軍用衛(wèi)星通信不具備像“寬帶全球衛(wèi)星通信”（WGS）等系統(tǒng)那樣進(jìn)行大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪芰?，但它的波長特性使得UHF頻段成為能穿透包括濃密樹葉、有阻擋通信信號傳播的建筑等障礙物，以及惡劣氣候等環(huán)境因素限制的唯一頻段。這正是那些處于基層和前沿作戰(zhàn)的士兵完成任務(wù)所迫切需要的。相較現(xiàn)有系統(tǒng)，MUOS不但可以提供更高的數(shù)據(jù)傳輸速率、更大的呼叫容量、更穩(wěn)定的連接，而且網(wǎng)絡(luò)和呼叫的建立更加便利，并且可能被用在美國海軍的遠(yuǎn)程遙感器、單兵背包以及手持終端上。因此，美國國防部MUOS項目的負(fù)責(zé)人韋恩?科爾斯表示，“UHF衛(wèi)星通信十分重要，因為它能突破現(xiàn)代戰(zhàn)場上小型移動終端只能實現(xiàn)視距通信的局限，MUOS將會提高所有環(huán)境和地形下小型終端的通信能力和聯(lián)通水平。這將確保今天戰(zhàn)場上的戰(zhàn)術(shù)執(zhí)行者能夠在隱蔽電磁行蹤的原則下，始終與其他部隊保持至關(guān)重要的通信聯(lián)絡(luò)”。

整流罩中的首顆MUOS衛(wèi)星

更優(yōu)異的抗干擾性

首顆MUOS抵達(dá)發(fā)射場

每顆MUOS衛(wèi)星通過16個點波束實現(xiàn)覆蓋，采用這種方式可以避免以前UFO采用全球波束容易遭受任何地區(qū)的上行干擾問題。通過多個點波束覆蓋不同的作戰(zhàn)區(qū)域，可以實現(xiàn)不同區(qū)域的作戰(zhàn)單元采用多個波束進(jìn)行通信，能降低敵方的單一作戰(zhàn)平臺對通信系統(tǒng)的干擾，即敵方無法通過單一作戰(zhàn)平臺獲得當(dāng)前區(qū)域的干擾目標(biāo)信息，也無法對其他波束的作戰(zhàn)目標(biāo)實施干擾。同時，MUOS衛(wèi)星的多個點波束指向不同區(qū)域，可以利用衛(wèi)星監(jiān)測設(shè)備發(fā)現(xiàn)某一波束內(nèi)的干擾信號，通過調(diào)整波束指向避開干擾源所處的區(qū)域，提高系統(tǒng)的抗干擾性能。此外，MUOS還充分利用商用的先進(jìn)技術(shù)，在兼容UFO的工作方式下，綜合運用頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）的技術(shù)體制，極大地提高了系統(tǒng)的通信容量和效果。

4 對美軍軍用通信能力的影響分析

大幅增強美軍全球戰(zhàn)術(shù)通信的能力

隨著美軍部隊信息化轉(zhuǎn)型的加速，衛(wèi)星通信在各類軍事和非軍事行動中的保障作用日漸凸顯。針對現(xiàn)有UFO容量相對較小且易受干擾等缺點，MUOS采用第三代商用蜂窩技術(shù)（3G）以及WCDMA波形和通用移動電信系統(tǒng)（UMTS）基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。每顆MUOS衛(wèi)星可把其需要覆蓋的區(qū)域劃分為數(shù)個蜂窩，每個蜂窩由一個點波束來對應(yīng)。各個蜂窩的面積不盡相同，熱點地區(qū)由若干個蜂窩來覆蓋，每個蜂窩的面積相對小些；而對幅員遼闊但通信需求量少的地區(qū)，則僅用一個“大”蜂窩來覆蓋。由于采用了WCDMA蜂窩技術(shù)，不同的蜂窩間可實現(xiàn)頻率再用；同一個蜂窩里，所有用戶在同一時間內(nèi)使用相同的頻率來通信，其信道的劃分是通過不同的波形，即不同的擴頻碼來區(qū)分的。在相同傳輸條件下，就MUOS單個蜂窩而言，它可提供的信道數(shù)顯然要比UFO少。然而，MUOS劃分的蜂窩數(shù)眾多，各個蜂窩可用信道數(shù)的總和則比UFO大得多。此外，MUOS還修訂了WCDMA波形的最大傳輸時延以適應(yīng)通過同步衛(wèi)星的通信，同時增加通信的優(yōu)先級與安全性控制以適應(yīng)軍事通信中的各種通信需求，把高質(zhì)量的聲音與同步移動圖像連接起來，從而滿足主戰(zhàn)區(qū)聯(lián)合作戰(zhàn)（CMTW）的通信需求。

MUOS位于夏威夷的地面站拋物面天線陣列

有效滿足美軍未來多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)通信需求

從最初的概念設(shè)計起，美軍就提出了新老系統(tǒng)之間的過渡和兼容問題。因此，洛馬公司及其團隊對MUOS衛(wèi)星的設(shè)計與現(xiàn)存的UFO完全兼容，以保證各軍種已經(jīng)采購或即將采購的以及已經(jīng)裝備或即將裝備的用戶終端可以在不增加投資的情況下維持其互通性，為保障未來美軍多軍種聯(lián)合作戰(zhàn)的順利進(jìn)行，MUOS衛(wèi)星還可與美軍現(xiàn)役或在研的部分通信電臺聯(lián)通。例如，美軍在研的下一代AN/ARC-210電臺—RT-1939-C是AN/ARC-210的第5代是軟件可編程電臺，它可支持MUOS、UHF 衛(wèi)星通信的綜合波形（IW）等，美國陸?？杖姾秃０毒l(wèi)隊的F-18、C-130、A-10和無人機上都有裝備。美國陸軍現(xiàn)役的FalconIII AN/PRC-117G多頻段戰(zhàn)術(shù)背負(fù)式無線電臺也具備了與MUOS的兼容性。因此，MUOS衛(wèi)星不但能極大提高美軍方的通信可用性，并可最大限度地發(fā)揮美軍未來“聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電”系統(tǒng)終端的全部特性能力。

進(jìn)一步促進(jìn)美軍與盟軍執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)的能力

近年，美國逐步加大了與盟國尤其是澳大利亞在衛(wèi)星領(lǐng)域的合作關(guān)系，先后在WGS、MUOS等多個衛(wèi)星項目上與其展開合作。其中，美國國防部與澳大利亞國防部在2007年11月簽署了保密諒解備忘錄，就美國在澳大利亞杰拉爾頓建立MUOS地面站設(shè)施達(dá)成協(xié)議。2008年3月，聯(lián)合地面站建設(shè)開始，新的設(shè)備與澳大利亞國防衛(wèi)星通信站建在同一地點，兩者相互配合但分別管理。該地面站將包含3個容納電子設(shè)施、能源和備份的小型建筑物，3個18m高的衛(wèi)星天線和2個小型天線，并完全實施自動化操作。同時，美國夏威夷海軍計算機與電信處區(qū)域總站的天線場站建設(shè)則于2008年7月完工，具體設(shè)施包括3個直徑約18.29m、每個質(zhì)量約227t的拋物面天線。這些天線最終將通過衛(wèi)星與位于美國弗吉尼亞州、意大利和澳大利亞的其他3個場站的天線互聯(lián)。屆時，美澳雙方在窄帶軍用衛(wèi)星通信領(lǐng)域的聯(lián)合通信能力將得到大幅提升，并最終促進(jìn)和強化美國與盟國軍隊執(zhí)行聯(lián)合作戰(zhàn)任務(wù)的能力。

5 結(jié)束語

目前，MUOS已經(jīng)成為了美國國防部最成功的高透明度項目之一。雖然該系統(tǒng)實現(xiàn)完全作戰(zhàn)能力仍面臨諸多技術(shù)難題，但隨著后續(xù)衛(wèi)星的陸續(xù)建造和部署，其對未來美軍通信能力必將產(chǎn)生更為深遠(yuǎn)和積極的影響。