太空電子戰(zhàn)：衛(wèi)星鏈路有多脆弱？

時(shí)間：2020-08-27 01:21:25

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[導(dǎo)讀]今天和大家討論衛(wèi)星面對(duì)敵方電磁攻擊的脆弱性這一重要主題。 01 衛(wèi)星的脆弱性衛(wèi)星離地球很遠(yuǎn)，其視距范圍能覆蓋地球表面很大一部分區(qū)域，因此，它們也非常容易受到較強(qiáng)的敵方信號(hào)的影響，這些信號(hào)可能是干擾信號(hào)，用來干擾上行或下行鏈路，以阻止這些信號(hào)被

今天和大家討論衛(wèi)星面對(duì)敵方電磁攻擊的脆弱性這一重要主題。

01 衛(wèi)星的脆弱性

衛(wèi)星離地球很遠(yuǎn)，其視距范圍能覆蓋地球表面很大一部分區(qū)域，因此，它們也非常容易受到較強(qiáng)的敵方信號(hào)的影響，這些信號(hào)可能是干擾信號(hào)，用來干擾上行或下行鏈路，以阻止這些信號(hào)被正確的接收。
它們也可能是“欺騙信號(hào)”，可能導(dǎo)致衛(wèi)星將其解釋為功能命令、不準(zhǔn)確的狀態(tài)或數(shù)據(jù)信號(hào)。上行鏈路干擾、下行鏈路干擾，在這兩種情況下，干擾器都是向鏈路接收器發(fā)送信號(hào)。
上行鏈路干擾可能會(huì)阻止衛(wèi)星或有效載荷的正常工作 ，例如阻止衛(wèi)星定向的改變或有效載荷功能的選擇；命令欺騙則可能會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星結(jié)束其任務(wù)，或使其有效載荷處于無法使用的狀態(tài)。
下行鏈路干擾可以阻止地面站了解星上狀態(tài)，還可以阻止向地面站傳輸有效載荷數(shù)據(jù)。

02 通信干擾

任何衛(wèi)星鏈路的干擾都可以歸類為通信干擾，干擾的有效性通常以其造成的干信比（ J/S）來定義，通信干擾的J/S是按以下公式計(jì)算：

J/S = ERPJ - ERPS - LOSSJ + L0SSS + GRJ - GR
其中： J/S 為干信比,單位為dB； ERP J 是干擾機(jī)對(duì)目標(biāo)接收機(jī)的有效輻射功率，單位為dBm； ERP S 是發(fā)射機(jī)正常信號(hào)的有效輻射功率，單位為dBm； LOSS J 是干擾器到目標(biāo)接收器的傳輸損耗，單位為dB。 L0SS S 是指從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)接收機(jī)的傳輸損耗，單位為dB。 G RJ 為接收天線在干擾器方向的增益，單位為dB； G R 為接收天線向發(fā)射機(jī)方向的增益，單位為dB。
之前我們談到了從地面發(fā)射機(jī)到衛(wèi)星，或從衛(wèi)星到地面接收器的路徑損耗，包括了視距空間損耗、大氣損耗、天線對(duì)準(zhǔn)損耗、極化損耗和雨衰，前式中的兩個(gè)傳輸損耗包括了所有這些與空間相關(guān)的損耗。

03 空間鏈路損耗

視距損耗，由于衛(wèi)星在遠(yuǎn)離地球的軌道上運(yùn)行，其本身信號(hào)和干擾信號(hào)的傳輸損耗模型為視距空間損耗，見下式：

LLOS = 32.44 + 20logd + 20logF
其中：L LOS 是傳播損耗，單位為dB； 32.44是簡化公式的換算系數(shù)，單位為dB； d是衛(wèi)星到地面站或干擾機(jī)的距離，單位為公里； F是信號(hào)傳輸頻率，單位為MHz。
因?yàn)橐话阈堑鼐嚯x很遠(yuǎn)，計(jì)算結(jié)果將是一個(gè)很大的數(shù)字，例如，對(duì)于一顆周期為兩小時(shí)(即120分鐘)的低軌衛(wèi)星來說，與地平線上的地面站的通聯(lián)距離為4935公里，如果鏈路傳輸信號(hào)頻率為2千兆赫，則視距鏈路損耗將為：
32.44 + 20log(4935) + 20log(2000) = 32.44 + 73.87 +66.02 = 172.33 dB
通過計(jì)算生成了一個(gè)視距距離與衛(wèi)星周期之間對(duì)應(yīng)的表格，為方便大家，將結(jié)果列在表1中，其中：
“p(min)”是衛(wèi)星的周期，單位是分鐘； “rng(km)”是衛(wèi)星與地球表面發(fā)射機(jī)或接收機(jī)之間的鏈路傳播距離； “dist(km)”是星下點(diǎn)與地球表面發(fā)射機(jī)或接收機(jī)之間的地球表面距離。
表1 特定軌道周期的衛(wèi)星高度、軌道長軸距離、視距空間斜距、視距覆蓋半徑

p(min)	h(km)	a(km)	rng(km)	dist(km)
90	281	6652	1914	1859
105	1001	7372	3710	3359
120	1688	8059	4935	4198
135	2346	8717	5950	4785
150	2980	9351	6845	5232
165	3594	9965	7662	5587
180	4189	10560	8422	5880
195	4768	11139	9137	6127
210	5332	11703	9817	6339
225	5883	12254	10467	6523
240	6422	12793	11093	6685
255	6949	13320	11698	6829
270	7466	13837	12284	6958
285	7974	14345	12853	7075
300	8473	14844	13408	7180
315	8964	15335	13949	7277
330	9447	15818	14478	7365
345	9923	16294	14997	7447
360	10392	16763	15505	7523
375	10854	17225	16004	7593
390	11311	17682	16494	7658
405	11761	18132	16976	7719
420	12206	18577	17451	7776
435	12646	19017	17918	7830
450	13081	19452	18379	7880
465	13510	19881	18833	7928
480	13936	20307	19281	7973
495	14357	20728	19724	8016
510	14773	21144	20162	8056
525	15186	21557	20594	8095
540	15595	21966	21021	8131