中國電子科技集團公司第三十八研究所 洪興勇安徽新華學院電子通信工程學院 李文瑾

太空態(tài)勢感知體系結構及發(fā)展趨勢研究

中國電子科技集團公司第三十八研究所 洪興勇
安徽新華學院電子通信工程學院 李文瑾

太空態(tài)勢感知作為太空攻防對抗作戰(zhàn)主要活動，是太空信息化戰(zhàn)爭的主要支撐力量。本文研究了太空態(tài)勢感知技術及其功能，分析了太空態(tài)勢感知活動類型，建立了太空態(tài)勢感知體系結構，最后總結了太空態(tài)勢感知的發(fā)展方向，為我國態(tài)勢感知系統(tǒng)建設和發(fā)展奠定技術基礎。

太空目標；態(tài)勢感知；監(jiān)視探測；輔助支持

1 引言

進入新世紀以來，以信息網絡、太空運載、有效載荷等技術為核心的高新技術蓬勃興起并得到廣泛應用，推動了世界范圍內的軍事變革，將戰(zhàn)爭空間逐步引向太空[1]?？梢灶A見，在未來，戰(zhàn)爭的基本形式之一將會是太空信息化戰(zhàn)爭，其主要戰(zhàn)斗力將集中于信息技術，而主要作戰(zhàn)形式將著眼于如何通過太空獲取制勝權。通過伊拉克戰(zhàn)爭、科索沃戰(zhàn)爭和阿富汗戰(zhàn)爭等局部軍事沖突可知[2]，情報信息和環(huán)境特性參數(shù)的獲取、利用、分發(fā)、共享由過去的以地海空基平臺為主逐步過渡到以天基網絡為主的廣域信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了情報信息的實時獲取和近實時的處理分發(fā)，提高了態(tài)勢感知的能力和水平。

本世紀以來，美軍不斷修改完善《國家太空政策》和《太空作戰(zhàn)》等法規(guī)制度和條例條令，意在規(guī)范并提高美軍的太空作戰(zhàn)能力[3]。太空攻防對抗是指在太空態(tài)勢感知基礎上，針對空間系統(tǒng)展開的進攻與防御作戰(zhàn)行動，確保己方空間行動自由，并在必要時限制、拒止和摧毀敵方空間能力，可見，未來戰(zhàn)爭中對空間的控制和利用能力是太空攻防對抗能力優(yōu)劣的反映，進而成為奪取制天權和制勝權的關鍵。根據(jù)太空作戰(zhàn)任務目的和特性不同，太空攻防對抗包括空間態(tài)勢感知、進攻性空間對抗和防御性空間對抗三大任務。太空態(tài)勢感知作為太空攻防對抗作戰(zhàn)活動的主要組成部分，本文研究了太空態(tài)勢感知技術及其功能，探討了太空態(tài)勢感知類型，構建了太空態(tài)勢感知體系結構，最后總結分析了太空態(tài)勢感知的發(fā)展方向，推進為我國態(tài)勢感知系統(tǒng)建設和發(fā)展。

2 太空態(tài)勢感知及其功能

太空態(tài)勢感知是指對太空戰(zhàn)場環(huán)境、限制、能力和行為的了解和掌握，對敵我雙方太空力量一切要素、行動和活動的當前認識和未來預測，目的是分析、評估來自太空的各種威脅，為太空攻防提供全方位信息支持、輔助航天測控和彈道導彈預警等，包括太空目標監(jiān)視探測、環(huán)境監(jiān)控和與空間系統(tǒng)及行動有關的情報信息搜集與處理等[4]。太空態(tài)勢感知是各種空間活動的基礎，支持多個關鍵任務目標，包括支持國家安全戰(zhàn)略、執(zhí)行和確認國際條約協(xié)定、確保空間飛行安全、保護太空活動和設施、為太空對抗提供目標信息，支持太空作戰(zhàn)指揮控制等。

太空態(tài)勢感知服務于全維太空作戰(zhàn)態(tài)勢感知，提供太空環(huán)境、空間系統(tǒng)以及太空效應之間的聯(lián)系，達到實現(xiàn)攻擊敵方空間系統(tǒng)、保護己方空間系統(tǒng)的目的，其主要功能有：

（1）太空環(huán)境的準確預報使在軌航天器的管控成為可能，及時調整太陽能電池板使其平行于即將來臨的流星雨以減小破壞，或者改變衛(wèi)星軌道以避免碰撞或攻擊，或及時關閉偵收接收機和光學鏡頭等。

（2）獲得的太空目標和環(huán)境感知信息，加上關聯(lián)各種效應的能力，融入各種接收處理的先驗信息，使得操作人員可以預測和避免電磁干擾和有意攻擊，對于準確判定空間系統(tǒng)故障原因（太空環(huán)境影響，無意干擾，還是敵方有意攻擊等）也具有重要作用。

（3）太空態(tài)勢感知提供了有關敵方空間系統(tǒng)和計劃的詳盡情報，使得太空攻防對抗從計劃、行動到評估成為可能。

3 太空態(tài)勢感知類型

按太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的功能要素劃分，主要包括情報搜集、目標監(jiān)視、目標偵察、環(huán)境監(jiān)測和指揮控制等五種活動類型[5]。

（1）情報搜集

對國外（敵方或第三方）空間能力及運用情況的特征描述、分析與評估，包括利用太空力量獲取優(yōu)勢的所有信息，太空力量和設施的運作方式及對軍事行動的影響，太空力量弱點、優(yōu)勢和企圖等，有可能構成威脅的發(fā)展動向情報信息等[6]。對敵方太空能力的描述與分析，不僅支持太空防御措施規(guī)劃和進攻行動中目標遴選，也支持太空攻防對抗效能評估。需求推動太空態(tài)勢情報產品生成，太空專業(yè)人員必須明確關鍵性信息需求，從而使得情報策劃人員可以確定情報需求基本要素和優(yōu)先級，以指導太空態(tài)勢情報開發(fā)。同樣，情報人員必須積極主動地與太空部門保持交流，確保情報功能、選擇和限制能夠被準確把握。

（2）目標監(jiān)視

目標監(jiān)視是指對太空目標進行系統(tǒng)、連續(xù)的觀測和信息收集，包括航天器軌道運動參數(shù)、預期和非預期的航天器發(fā)射、機動、再入等活動，以及太空環(huán)境監(jiān)測，生成在軌航天器編目數(shù)據(jù)庫和相關情報產品，為軌道安全、威脅預警和目標指示提供支持[7]。航天器編目數(shù)據(jù)庫是一個提供太空目標位置、速度等運行信息的綜合產品，由此進行軌道預報，分析太空目標的威脅和友方、敵方以及第三方空間活動態(tài)勢。

（3）目標偵察

利用光電、紅外、雷達和偵收設備等手段，提供太空目標狀態(tài)分析、目標確定和打擊效果評估等所需的特征信息，以及太空非持續(xù)性信號情報。利用空天平臺對敵方空間系統(tǒng)地面設施和地基空間武器的偵察也屬于太空態(tài)勢感知范疇。很多情況下，執(zhí)行偵察活動的設備也能夠引導監(jiān)視活動。

（4）環(huán)境監(jiān)視

環(huán)境監(jiān)視是指對太空電磁和氣象環(huán)境的特征描述和預報，包括太陽風、宇宙射線、地球與行星際磁場、流星體、空間電磁和氣象等環(huán)境信息[8]，不僅改善了太空態(tài)勢感知性能，也有助于自然環(huán)境效應預報與作戰(zhàn)行動規(guī)劃，極大地增強了決策者做出決策反應的能力。

（5）指揮控制

指揮控制是太空態(tài)勢感知的核心，一方面太空態(tài)勢感知提供了指揮控制所需的目標與態(tài)勢信息，支持指揮控制活動及時、精確、有效；另一方面指揮控制通過提供作戰(zhàn)力量狀態(tài)信息和太空能力，提高了作戰(zhàn)行動的支持理解的準確性，增強了空間態(tài)勢感知能力。

4 太空態(tài)勢感知體系結構

太空態(tài)勢感知系統(tǒng)是對太空作戰(zhàn)空間內所涉及的各方兵力、太空平臺、武器裝備和作戰(zhàn)環(huán)境等信息進行實時掌控的信息系統(tǒng)，主要由雷達、通信、光電傳感器和偵收接收機等設施設備、數(shù)據(jù)處理分析識別平臺等組成，能對作戰(zhàn)環(huán)境中的各種信息進行實時采集、處理、分發(fā)、顯示，并具備作戰(zhàn)態(tài)勢可視化的功能[9]。太空態(tài)勢感知體系結構主要由監(jiān)視探測系統(tǒng)、太空態(tài)勢感知中心和輔助支持系統(tǒng)組成。

4.1 監(jiān)視探測系統(tǒng)

對太空目標進行測軌編目與軌道識別是所有太空目標監(jiān)視系統(tǒng)的基本任務，因此太空目標監(jiān)視探測系統(tǒng)必然包括各種搜索、捕獲、跟蹤與偵收設備，且盡可能廣域分開布設。現(xiàn)有空間目標監(jiān)視系統(tǒng)是由地基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)和天基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)共同構成。其中，地基空間目標監(jiān)視系統(tǒng)的作用主要是利用地基光電觀測、雷達探測、無線電偵測等手段，對太空目標進行搜索和跟蹤，其技術成熟，收索跟蹤效果較好，但易受氣象、地理位置和時間的限制，需進行坐標轉換和氣象參數(shù)修正等處理[10]。采用將傳感器部署在天基平臺上的方式，可保證天基太空目標監(jiān)視系統(tǒng)不受地理位置和氣象條件的限制，其優(yōu)勢為良好的探測效果，和較強的戰(zhàn)時生存能力，其缺點為造價成本較高，并且目前星上信息處理的能力和功率尚未達到地基監(jiān)視探測系統(tǒng)的級別。

太空目標監(jiān)視系統(tǒng)的基本工作方式有：搜索、跟蹤、偵察?！半娮踊h笆”專門工作在搜索方式，用于發(fā)現(xiàn)太空目標，并進行初軌確定和目標識別；大型相控陣雷達既可以工作在搜索方式下，也可以工作在跟蹤方式下，用于發(fā)現(xiàn)、跟蹤太空目標，并進行初軌確定、軌道改進和目標識別；光電望遠鏡、各種光學/雷達成像設備主要工作在跟蹤方式，在太空目標態(tài)勢感知中心的引導下，發(fā)現(xiàn)、跟蹤太空目標，進行精密定軌、高分辨率成像和目標識別。

雷達/光學設備和電磁偵收設備組網工作作為太空目標監(jiān)視探測偵收集成融合模式，利用了不同體制、不同頻（譜）段的雷達/光學設備交錯配置、盲區(qū)互補，能及時發(fā)現(xiàn)和掌握來自不同高度、不同方向的各類目標和太空環(huán)境，可顯著增大對太空目標的探測概率和電磁環(huán)境的截獲概率，增加目標的監(jiān)視探測和偵收數(shù)據(jù)率；采用先進的數(shù)據(jù)處理技術和高性能計算處理平臺體系，快速融合處理探測數(shù)據(jù)，可提高對目標航跡探測、太空電磁特性和氣象特性的連續(xù)性和測量精度，增強對隱身目標、低空飛行目標、快速機動目標和電磁與氣象環(huán)境等的探測跟蹤和偵收監(jiān)測分析能力。

4.2 太空態(tài)勢感知中心

太空態(tài)勢感知中心的工作主要圍繞太空目標數(shù)據(jù)庫，對各監(jiān)視探測設備進行任務計劃安排，數(shù)據(jù)采集分配，電磁和氣象等環(huán)境監(jiān)測分析，軌道確定與修正，并進行目標識別，同時又以太空目標數(shù)據(jù)庫為終結，將數(shù)據(jù)處理結果存入數(shù)據(jù)庫，如圖1所示。

圖1 太空態(tài)勢感知中心主要任務流程圖

太空態(tài)勢感知中心利用太空目標的初定軌結果進行過境預報，分析太空目標穿越態(tài)勢感知系統(tǒng)的監(jiān)視空域，并且預報出現(xiàn)時刻和出現(xiàn)位置，并利用太空環(huán)境特性數(shù)據(jù)，綜合制定觀測任務計劃，為各個設備分配觀測任務，引導各個設備進行搜索、跟蹤、成像、測量、偵收等操作，利用多組設備的多組測量結果進行信息關聯(lián)、集合與融合處理，達到空間目標編目、管理、識別的目的。太空目標態(tài)勢感知中心監(jiān)視探測處理流程如圖2所示。

圖2 太空目標態(tài)勢感知中心監(jiān)視探測處理流程

太空態(tài)勢感知系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包括太空環(huán)境數(shù)據(jù)庫和太空作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)庫，以及數(shù)據(jù)輸入和更新程序，并可采用可視化方式，為用戶提供各種太空作戰(zhàn)態(tài)勢信息應用服務，其內容包括了對太空環(huán)境信息的顯示與查詢、對于各種作戰(zhàn)要圖進行輸出、標繪出對抗雙方的態(tài)勢和推演預案等。

4.3 輔助支持系統(tǒng)

為保證太空態(tài)勢感知系統(tǒng)的有效運轉，需要提供必要的輔助支持系統(tǒng)，主要包括時間統(tǒng)一系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和數(shù)據(jù)鏈路等。

（1）時間統(tǒng)一系統(tǒng)。由時統(tǒng)中心和若干時統(tǒng)分中心組成，系統(tǒng)設備主要是由無線電接收機、原子頻率標準(原子鐘)、標準信號發(fā)生器等組成，也可應用GPS、GLONASS等導航定位衛(wèi)星系統(tǒng)為各設備提供精準授時服務，保證整個太空態(tài)勢系統(tǒng)工作在同一個時統(tǒng)下。

（2）通信系統(tǒng)。主要組成是無線、有線和光纖的通信設備設施等，其作用是保證系統(tǒng)中心與各監(jiān)測臺站之間的通信聯(lián)絡已及數(shù)據(jù)傳輸，最終實現(xiàn)太空態(tài)勢感知活動的指揮控制和對設備遠程操作。

（3）數(shù)據(jù)鏈路。主要采用無線通信方式，連接太空平臺與太空平臺、太空平臺與地面節(jié)點的通信鏈路?？臻g系統(tǒng)依賴無線電頻率或激光鏈路來提供太空平臺和地面節(jié)點間（衛(wèi)星到地面站或衛(wèi)星到用戶）、地面節(jié)點間（地面站到用戶）和衛(wèi)星間（衛(wèi)星到衛(wèi)星）的數(shù)據(jù)信息傳輸。在軌衛(wèi)星和衛(wèi)星地面站/用戶通過上、下行鏈路來傳送數(shù)據(jù)與信息。上行鏈路為衛(wèi)星平臺和傳感器載荷傳送指揮控制指令，衛(wèi)星平臺狀態(tài)和傳感器載荷數(shù)據(jù)信息則通過下行鏈路傳回地面站進行處理。

5 太空態(tài)勢感知發(fā)展結論

太空態(tài)勢感知是一個比較前沿的具有挑戰(zhàn)性的前瞻研究領域，國內外研究熱情目前方興未艾。為提高太空態(tài)勢感知的能力，需隨著雷達、光學等傳感器技術、分布式數(shù)據(jù)融合處理和網絡化云計算處理挖掘技術等的快速發(fā)展，建設先進的天地基監(jiān)視探測設備設施和數(shù)據(jù)處理挖掘系統(tǒng)，將逐步提高工程應用水平。通過太空態(tài)勢感知的研究，主要結論有：

（1）不斷加強太空態(tài)勢感知體系結構規(guī)劃，構建分布式網絡化態(tài)勢感知系統(tǒng)，確保海量太空感知數(shù)據(jù)的精準有效處理和分發(fā)共享，提供有效適量的情報信息數(shù)據(jù)產品。

（2）隨著光學/光電和雷達設備監(jiān)視跟蹤探測超遠程化、微波器件工藝高功率化、太空信息圖像化（逆合成孔徑成像）等，進一步增強原始監(jiān)視探測數(shù)據(jù)的獲取能力，將有效推動太空態(tài)勢感知技術的發(fā)展。

（3）采用地海空基和天基監(jiān)視探測設備，不斷推出多維數(shù)據(jù)融合提取方法，將有力推進太空目標特性數(shù)據(jù)獲取處理分析識別等技術的發(fā)展。

（4）隨著智能數(shù)據(jù)處理、云數(shù)據(jù)挖掘和分布式處理計算平臺等的進步，目標特性數(shù)據(jù)庫將越來越完善，可以快速提升太空目標感知的水平和質量。

（5）研究弱小信號檢測和多源圖像融合處理等算法，不斷提高太空目標監(jiān)視識別能力，實現(xiàn)在軌有效載荷的規(guī)避防護、太空目標監(jiān)視識別和環(huán)境監(jiān)視等，確保有效進出、控制、開發(fā)和應用太空。

（6）研究采用信息支援和網絡防護等抗干擾手段，抵消因采用電子戰(zhàn)和計算機網絡攻擊手段造成的信息欺騙、干擾和拒止等行為，確保態(tài)勢感知系統(tǒng)的信息安全。

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Research of Space Situation Awareness Infrastructure and Development Trend

Space situation awareness is the main activity of space attack and defense countermeasure operation，and the main supporting force.The space situation awareness technology and its function are studied in the paper，the activity types is analyzed regarding of the space situation awareness，and then its infrastructure is set up，in end the development direction is summarized，all that provide the technical basis for the construction and development in our country.

Space Target；Situation Awareness；Detection and Surveillance；Assistant support