美国可以中继转发Link16数据链的低轨卫星星座发展情况

云脑智库 2022-05-24 00:00

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来源 | 高端装备产业研究中心

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导读

Link16数据链是美军重要的视距内通信数据链系统，经过多年发展，已经装备美军各个军种。但它只能进行视距内战区级通信，无法进行超视距战略级全球通信。为此，美军计划发展可以中继转发Link16数据链的低轨卫星星座，配合现有Link16通信系统，可以使得Link16数据链具备超视距全球通信能力。

1.Link16数据链卫星的发展

按照美国国防部太空架构未来阶段设想，美国空军已经开始着手研发Link16数据链低轨(LEO)卫星。美国卫讯公司(Viasat Inc)于2019年宣布，他根据美国空军研究实验室航天器XVI计划，已获得航天企业联盟管理员授予的合同，交付和测试第一个具有Link16数据链通信能力的LEO卫星。

随后，卫讯公司选定由蓝色峡谷技术公司(Blue Canyon Technologies，BCT)来设计和制造一颗XVI立方星，以在低地轨道对Link16军事通信终端进行演示实验。BCT公司于2019年8月19日宣布要建造一个配备卫讯Link16终端的12单元(12U，1单元为一个大小为10cm*10cm*11.5cm的箱体)立方星平台，以在2020年发射。

图表：XVI (Link-16)卫星结构

图片来源：ViaSat

Link16演示实验卫星以95度的轨道倾角运行，在轨寿命至少为六个月。得益于与已在国防部部署的传统Link16终端的即时互操作性，该卫星将支持将由美国空军研究实验室(AFRL)、海军陆战队和特种作战司令部进行的多次演示。

另据2020年5月报道，美国Roccor公司已研制出可展开式L频段Link16卫星天线，使卫星接收和传输Link16信号成为可能。该天线会搭载在蓝色峡谷技术公司设计研制的立方体卫星上。Link16卫星的发送/接收有效载荷还具有如下特征：

①两个或多个独立可控波束，每个波束的目标点源直径为300纳米或更大;
②足够的发射功率和天线增益，能够在地平线以上10°到90°之间的任何地面仰角的波束覆盖区内，使用手持式地面Link16终端(如AN/PRC161)进行链路闭合和网络操作;
③能够在一个主运行区连续运行Link16有效载荷20分钟，并支持至少25%的总体运行占空比。

Link 16系统集成

根据XVI计划，Viasat将成为第一家测试天基Link16能力的公司，该能力与美国空军、陆军、海军、海军陆战队和特种作战Link16平台兼容，包括地面车辆、飞机和海上船只。XVI计划是朝着打造支持Link16的全球LEO卫星星座迈出的关键一步，将Link16从视距(LOS)转变为超视距(BLOS)网络，为美国和盟军提供拥有无处不在、安全、高速和弹性的通信，以改善全球战场上的共同作战图景。

2.Link16卫星的超视距通信能力

Link16演示卫星原计划2020年发射，后来推迟到2021年底，但直到2022年初尚无发射的信息。Viasat政府系统首席技术官 Craig Miller描述了Link16卫星的演示任务。他说除了一名地面用户与大约一百英里外的飞机进行通信外，演示中还将看到两名地面用户通过 XVI 卫星相互交谈。其他目标包括证明 XVI 能够与各种最终用户终端一起工作，包括 Viasat的小型战术终端 (STT)、AN/PRC-161和移出/跳出(MOJO)战术网关系统。

“演示还将证明Link16的超视距(BLoS)能力，可以从终端获取数据，通过XVI卫星中继，然后将其发送回另一个终端;或通过S-Band将数据转发给地面上的另一个用户，然后进入更广泛的全球通信网络，”米勒说。

在测试期间，AFRL将负责主要卫星操作，Viasat在其位于加利福尼亚州卡尔斯巴德的航天中心提供“影子”操作。XVI卫星已经完成了模拟轨道速度、时间延迟和多普勒效应的实验室测试。

3.Link16卫星的主要缺点

Link16数据链通过卫星来实现视距扩展,这种情况下通常只是将卫星作为一个“信息中继器”来用,属于“Link16卫星中继”。虽然具有超视距通信能力，但也具有一些缺点：

其一,卫星所中继的仅仅是Link16信号中所包含的“信息”,而不是Link16的原始“信号”。Link16信号本身所携带的诸多态势信息(时间、位置等)就会丢失,或者因为卫星传输链路的高延迟而导致信息可用性大幅降低。

其二,卫星的作用仅仅是“透明中继/转发”,而不做任何波形层面的处理。在这种情况下,由于卫星所连接的终端双方很难再实现精准的同步,因此Link16的最主要特征“基于高速跳频的抗干扰能力”(尤其是抗跟踪干扰能力)几乎不再存在,而仅仅有可能具备直序列扩频抗干扰能力,进而导致其作为美军乃至北约最主要抗干扰数据链的意义大大降低。

所以,传统上Link16系统用以扩展其视距范围的Link16“卫星中继”手段实际上是以牺牲Link16的诸多传统优势为代价的,而且是其最重要的态势感知、抗干扰优势。而且,采用这种方式并未解决实时联合作战能力,中继卫星仅仅实现了多个Link16烟囱之间的连接,而没有打破Link16的烟囱。

总结

美军正在研制可以中继转发Link16数据信号的低轨卫星星座，以实现全球通信。目前，Viasat、BCT和Roccor公司都参与研发。卫星采用立方体小卫星，L波段天线，运行轨道倾角95度。但这种卫星只能用于转发Link16包含的主要信息，跳频抗干扰能力会大大削弱。

主要参考资料

[1] Viasat Contracted to Deliver the World\\\\\'s 1st Link 16-Capable Low Earth Orbit (LEO) Spacecraft.

[2] The XVI LEO satellite has enormous potential to transform communications for military operations.

[3] Viasat taps Blue Canyon Technologies to build Link 16 satellite.

[4] Blue Canyon Builds Viasat’s 1st Link 16 LEO Spacecraft.

[5] 孙召,陶孝锋.低轨卫星Link16数据链关键技术研究[J].空间电子技术,2021,18(03):64-69.

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