太空电子战：卫星链路有多脆弱？
时间：2020-08-27 01:21:25
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[导读]今天和大家讨论卫星面对敌方电磁攻击的脆弱性这一重要主题。 01 卫星的脆弱性 卫星离地球很远，其视距范围能覆盖地球表面很大一部分区域，因此，它们也非常容易受到较强的敌方信号的影响，这些信号可能是干扰信号，用来干扰上行或下行链路，以阻止这些信号被
今天和大家讨论卫星面对敌方电磁攻击的脆弱性这一重要主题。
01 卫星的脆弱性
它们也可能是“欺骗信号”，可能导致卫星将其解释为功能命令、不准确的状态或数据信号。上行链路干扰、下行链路干扰，在这两种情况下，干扰器都是向链路接收器发送信号。
上行链路干扰可能会阻止卫星或有效载荷的正常工作 ，例如阻止卫星定向的改变或有效载荷功能的选择；命令欺骗则可能会导致卫星结束其任务，或使其有效载荷处于无法使用的状态。
下行链路干扰可以阻止地面站了解星上状态，还可以阻止向地面站传输有效载荷数据。
02 通信干扰
任何卫星链路的干扰都可以归类为通信干扰，干扰的有效性通常以其造成的干信比（ J/S）来定义，通信干扰的J/S是按以下公式计算：
J/S = ERPJ - ERPS - LOSSJ + L0SSS + GRJ - GR
其中： J/S 为干信比,单位为dB； ERP J 是干扰机对目标接收机的有效辐射功率，单位为dBm； ERP S 是发射机正常信号的有效辐射功率，单位为dBm； LOSS J 是干扰器到目标接收器的传输损耗，单位为dB。 L0SS S 是指从发射机到目标接收机的传输损耗，单位为dB。 G RJ 为接收天线在干扰器方向的增益，单位为dB； G R 为接收天线向发射机方向的增益，单位为dB。
之前我们谈到了从地面发射机到卫星，或从卫星到地面接收器的路径损耗，包括了视距空间损耗、大气损耗、天线对准损耗、极化损耗和雨衰，前式中的两个传输损耗包括了所有这些与空间相关的损耗。
03 空间链路损耗
视距损耗， 由于卫星在远离地球的轨道上运行， 其本身 信号和干扰信号的 传输损耗模型为视距空间损耗 ， 见下式 ：
LLOS = 32.44 + 20logd + 20logF
其中：L LOS 是传播损耗，单位为dB； 32.44是简化公式的换算系数，单位为dB； d是卫星到地面站或干扰机的距离，单位为公里； F是信号传输频率，单位为MHz。
因为一般星地距离很远，计算结果将是一个很大的数字，例如，对于一颗周期为两小时(即120分钟)的低轨卫星来说，与地平线上的地面站的通联距离为4935公里，如果链路传输信号频率为2千兆赫，则视距链路损耗将为：
32.44 + 20log(4935) + 20log(2000) = 32.44 + 73.87 +66.02 = 172.33 dB
通过计算生成了一个视距距离与卫星周期之间对应的表格，为方便大家，将结果列在表1中，其中：
“p(min)”是卫星的周期，单位是分钟； “rng(km)”是卫星与地球表面发射机或接收机之间的链路传播距离； “dist(km)”是星下点与地球表面发射机或接收机之间的地球表面距离。
表1 特定轨道周期的卫星高度、轨道长轴距离、视距空间斜距、视距覆盖半径
来源：雷达通信电子战
01 卫星的脆弱性
它们也可能是“欺骗信号”，可能导致卫星将其解释为功能命令、不准确的状态或数据信号。上行链路干扰、下行链路干扰，在这两种情况下，干扰器都是向链路接收器发送信号。
上行链路干扰可能会阻止卫星或有效载荷的正常工作 ，例如阻止卫星定向的改变或有效载荷功能的选择；命令欺骗则可能会导致卫星结束其任务，或使其有效载荷处于无法使用的状态。
下行链路干扰可以阻止地面站了解星上状态，还可以阻止向地面站传输有效载荷数据。
02 通信干扰
任何卫星链路的干扰都可以归类为通信干扰，干扰的有效性通常以其造成的干信比（ J/S）来定义，通信干扰的J/S是按以下公式计算：
J/S = ERPJ - ERPS - LOSSJ + L0SSS + GRJ - GR
其中： J/S 为干信比,单位为dB； ERP J 是干扰机对目标接收机的有效辐射功率，单位为dBm； ERP S 是发射机正常信号的有效辐射功率，单位为dBm； LOSS J 是干扰器到目标接收器的传输损耗，单位为dB。 L0SS S 是指从发射机到目标接收机的传输损耗，单位为dB。 G RJ 为接收天线在干扰器方向的增益，单位为dB； G R 为接收天线向发射机方向的增益，单位为dB。
之前我们谈到了从地面发射机到卫星，或从卫星到地面接收器的路径损耗，包括了视距空间损耗、大气损耗、天线对准损耗、极化损耗和雨衰，前式中的两个传输损耗包括了所有这些与空间相关的损耗。
03 空间链路损耗
视距损耗， 由于卫星在远离地球的轨道上运行， 其本身 信号和干扰信号的 传输损耗模型为视距空间损耗 ， 见下式 ：
LLOS = 32.44 + 20logd + 20logF
其中：L LOS 是传播损耗，单位为dB； 32.44是简化公式的换算系数，单位为dB； d是卫星到地面站或干扰机的距离，单位为公里； F是信号传输频率，单位为MHz。
因为一般星地距离很远，计算结果将是一个很大的数字，例如，对于一颗周期为两小时(即120分钟)的低轨卫星来说，与地平线上的地面站的通联距离为4935公里，如果链路传输信号频率为2千兆赫，则视距链路损耗将为：
32.44 + 20log(4935) + 20log(2000) = 32.44 + 73.87 +66.02 = 172.33 dB
通过计算生成了一个视距距离与卫星周期之间对应的表格，为方便大家，将结果列在表1中，其中：
“p(min)”是卫星的周期，单位是分钟； “rng(km)”是卫星与地球表面发射机或接收机之间的链路传播距离； “dist(km)”是星下点与地球表面发射机或接收机之间的地球表面距离。
表1 特定轨道周期的卫星高度、轨道长轴距离、视距空间斜距、视距覆盖半径
| 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 |
来源：雷达通信电子战
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