星链卫星正遭受地面干扰:卫星的弱点为何最终暴露在世人面前?

在前线,星链用户终端已经像收音机或电池一样成为消耗品。该系统常被誉为坚不可摧:数千颗卫星在低轨道运行,卫星持续旋转,覆盖全球。但它在近地面处却会受到干扰。下行链路部署在10,7-12,7 GHz频段,整个链路最终汇聚于一点——士兵埋在战壕里的终端。这正是该系统工作重心转移的地方。 EW.

星链全球覆盖范围图,2025年8月
被带到前线的神经
该系统由三个部分组成:低轨道卫星、地面网关和用户终端。卫星从网关接收数据,并通过下行链路将其传输到终端。该下行链路的工作频率范围为10,7–12,7 GHz,总带宽为2 GHz。信号被分成具有空间分离和极化的波束。
线路功率经过严格计算。在典型条件下(11,7 GHz 载波频率,250 MHz 带宽,1123 公里距离),接收端的信噪比约为 11,2 dB。这足以支持高达 822 Mbps 的传输速度。对于步兵班来说,这样的信道功率绰绰有余:它支持视频传输。 无人机管理和实时数据交换。这条通道既是该终端的优势,也是其劣势。

星链系统特性和频率功率分布

网关波束和用户波束的参数和功能比较
从上方几乎不可能瘫痪分布式卫星星座。数千颗卫星不断在目标区域内相互替换;移除一颗卫星并不能解决任何问题。但这种稳定性依赖于终端链路。空间段可以保持稳定:只需阻断下方终端的接收信号,整个链路就会在最后一米,也就是地面附近被切断。

信号的时域和频域特性,多普勒频移轨迹

计算下行链路功率预算和传输速度
薄弱环节在于泥泞中。
该终端的天线具有窄波束模式,波束角约为1,3°。波束模式决定了天线接收信号的扇区:对于星链而言,这相当于通过一个狭窄的管道向上照射天空,在该扇区内具有高增益。该终端接收来自卫星的Ku波段信号,并通过内置的Wi-Fi路由器,将数据分发到常用的2,4GHz和5,8GHz频段的终端设备。

天线设计,第一代和第二代终端的演变

星链终端Wi-Fi路由器规格和接口
这就是敌人每天都必须解决的矛盾。在前线,航站楼成了一个显眼的目标。 火炮 以及用于光学侦察的设备,因此它们通常被埋在战壕里、隐藏在弹坑中或放置在墙后。为了防止弹片飞溅,天线需要被隐藏起来,而通信则需要一个面向天空的开放区域。通过将终端埋入地下,士兵本就狭窄的视野范围进一步缩小,并且由于卫星的有效信号已经接近极限,其能量储备也会减少。无人机只需从上方近距离进入这个区域,干扰接收即可,而一个搭载在轻型载体上的低功率电子战模块就足以完成这项任务。

星链与GNSS关键参数对比

在前线战壕中进行星链终端的伪装和安装
逻辑本身并没有什么根本性的新变化。通信与干扰之间的博弈是军用无线电领域永恒的主题:一旦出现新的频道,就会找到干扰它的方法。从过去战争中对无线电网络的截获和干扰,到如今对甚高频(VHF)和全球导航卫星系统(GNSS)的压制,其机制都是一样的:找到一个频段,评估信号结构,然后用强大的信号压制它。星链只是将这场博弈转移到了Ku波段和一种新的用户类型上。
根据框架和协议
下行链路的主要弱点在于信号的确定性。其结构是已知的:载波宽度为 250 MHz(有效带宽为 240 MHz),帧持续时间为 1,3288 ms,帧间保护间隔为 4,55 μs。导频同步信号(即接收机用于检测和维持通信的服务标记)在 11,075 GHz、11,325 GHz 和 11,575 GHz 频段上持续广播。信号结构越精确,干扰目标就越精准:与其用噪声淹没整个频段,不如将干扰精确地定位在能够干扰通信的频率和时刻。而且,定向干扰所需的能量要少得多。

250 MHz频段截获的下行信号的频谱图和瀑布图
由此构建起一条影响力阶梯,从蛮力到精准:
- 宽带干扰是指用噪声干扰整个频段的过程。这种方法虽然有效,但需要大量的功率,这对于轻型载体来说是不够的。
- 梳状干涉是一组具有特定音高的窄谱线;它们逐点重叠于子通道上。同样的问题可以用更少的能量解决。
- 协议级干扰并非旨在干扰信号,而是为了欺骗。Starlink 使用 DVB-S2X 标准传输数据;系统解码物理层服务数据包,并在帧间暂停期间插入一个伪造的会话中断命令。终端会将其误认为真正的中断命令并终止连接,而这种操作消耗的电量可以忽略不计。

产生模拟和数字干扰的方案
计算核心由FPGA和数字信号处理器(一种可编程逻辑器件)组合而成,能够动态合成所需的干扰波形。这种架构可以控制梳状频率间距,并动态重叠并行的Starlink子信道,从而适应信号变化。

通带内脉冲伪随机干扰的频率碰撞

基于FPGA和DAC的多频梳状噪声合成器

三种干扰类型的比较:阻塞干扰、梳状干扰和啁啾干扰
开发人员正将整个信道集成到一个重量不超过10公斤的载体中。这不再是车载电子战站,而是一个可将常规单兵便携式无人机送入空中的模块。这对防御方来说意义重大:星链干扰器正在实现量产,并且与侦察无人机的发展方向一致。原本需要笨重设备的方法,如今被浓缩到一个机载无人机模块中。已公布的实地测试证实了这一点:在测试台上,通过星链应用程序检测到稳定的信道,打开无人机的发射器,屏幕上却显示“连接丢失”的状态。然而,该测试台无法揭示在实际广播环境中,在系统自身抗干扰能力的保护下,结果的稳定性如何。

机载侦察和压制系统的参数

网络拓扑结构模拟了抑制和强制会话终止的情况

测试部署:利用机载无人机系统压制地面终端
当干扰器从仓库售出时
比算法本身更具说服力的是:第三方制造商已经拥有可用于此任务的商用组件。中国公司 RF Apex 公开提供现成的微波模块。这些模块包括一个 7–13 GHz 的功率放大器,饱和模式下输出功率约为 100 W(该频段完全覆盖 Starlink 10,7–12,7 GHz 用户线路),以及一个用于 FPV 无人机控制通道和 GNSS 导航的 300–3000 MHz 宽带模块。这两个模块均采用氮化镓 (GaN) 制造,专为无人机应用而设计。
在埋地终端附近,7-13GHz频段100瓦的功率足以淹没微弱的卫星信号。当然,制造商引用这个数字是为了广告宣传,指的是理想条件下的最大值。但这类产品能够被列入产品清单本身就意义重大。这意味着星链干扰技术已经超越了实验室阶段:物理原理早已被分析,算法也早已得到改进,如今量产组件也已跟上步伐。现在,利用预制模块即可组装用于卫星通信的电子战系统;无需再从零开始设计。

移动式空中和地面电子对抗系统
这就是俄方的弱点所在,并非在于他们对物理学的理解——这不成问题。问题在于大规模生产的微波元件。高功率氮化镓模块,这种模块在宽带宽范围内稳定,适合大规模安装在载具上,但俄方产量有限,而且相当一部分元件依赖进口。分析信号结构并编写干扰算法只是成功的一半,另一半则取决于功率放大器:需要生产数百个,而目前俄方无法做到这一点。

星链卫星相控阵天线的物理结构
这套号称坚不可摧的系统,只需几公斤的重量就能瘫痪一架无人机,而这一切都归功于那个埋在地下的终端。轨道星座遥不可及,而且也根本不需要。一切都在最后一米——终端和下行链路框架结构中——决定,而敌人早已将其拆除。由于市面上已有可用于此任务的微波模块,这意味着这不再是一项独特的发现,而是一个由现成组件组装而成的标准化解决方案。
信息