萬 敏,侯 妍,.王 乾

(1.航天工程大學(xué)， 北京 101416； 2.中國人民解放軍95685部隊， 昆明 650500)

廣袤的海洋占據(jù)了地球71%的表面積，是人類獲取資源的重要來源，也是經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)運輸?shù)闹匾ǖ溃兄鴺O其重要的戰(zhàn)略地位。自馬漢提出“海權(quán)論”這一戰(zhàn)略思想之后，各軍事大國為獲取制海權(quán)，積極發(fā)展海上力量，海洋成為了各大國軍事較量和爭奪利益的一個重要戰(zhàn)場。

“知己知彼，百戰(zhàn)不殆”，對海戰(zhàn)場全面細(xì)致地偵察是保障打贏戰(zhàn)爭的先決條件。海戰(zhàn)場偵察的任務(wù)是通過獲取海戰(zhàn)場目標(biāo)(包括海面艦艇、水下潛艇等作戰(zhàn)力量)的圖像和信號情報，查明敵方的兵力部署、戰(zhàn)斗編成、行動方向、作戰(zhàn)企圖以及作戰(zhàn)海域的氣象洋流等環(huán)境信息[1]。偵察的手段主要是利用陸上探測雷達(dá)、水面?zhèn)刹炫炌?、航空偵察飛機、以及偵察衛(wèi)星等裝備進行[2]。相較與陸基、?；?、空基偵察監(jiān)視系統(tǒng)，天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)具有覆蓋范圍廣、響應(yīng)速度快、偵察效率高、不受國界和地理限制等優(yōu)點[3]，成為了各軍事大國研究和發(fā)展的重點。

隨著科技的進步，衛(wèi)星的類型和數(shù)量快速增加，載荷性能明顯提升，偵察衛(wèi)星性能與能力得到了進一步地增強和擴展。本研究從面向海戰(zhàn)場的天基偵察監(jiān)視能力需求出發(fā)，分別對天基圖像和信號偵測能力進行分析，并從偵察衛(wèi)星資源運控和應(yīng)用角度對形成相關(guān)能力的關(guān)鍵技術(shù)進行了研究，為用好天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)，有效支援海上作戰(zhàn)任務(wù)，提供參考和借鑒。

1 面向海戰(zhàn)場的天基偵察監(jiān)視能力需求

相對于陸戰(zhàn)場和空戰(zhàn)場，海戰(zhàn)場在目標(biāo)特性和環(huán)境特點方面有著諸多截然不同的屬性，對天基偵察監(jiān)視能力的需求也不盡相同，有其獨特之處。

1.1 全天時偵察能力需求

全天時偵察能力是指具有不分晝夜可以24 h開展航天偵察活動的能力。對海戰(zhàn)場的偵察是一項連續(xù)性、長期性的任務(wù)，需要在各個時間點對目標(biāo)和環(huán)境進行偵察探測，以獲取詳細(xì)且連續(xù)的動態(tài)戰(zhàn)場態(tài)勢信息。隨著通信、導(dǎo)航、制導(dǎo)等技術(shù)的進步，艦艇等作戰(zhàn)力量夜間機動能力和超視距打擊能力得到了極大提升，武器裝備與平臺具有強大的全天時作戰(zhàn)能力，對應(yīng)于此也必然要求天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)具有全天時偵察能力。

1.2 全天候偵察能力需求

全天候偵察能力是指具有不受云、霧、霾、沙塵、臺風(fēng)等氣象條件影響獲取目標(biāo)偵察信息的能力。海洋是地球氣候的調(diào)節(jié)器，海平面上層空間水汽豐富，在太陽輻射、大氣環(huán)流、潮汐運動等物理因素的影響下，冷熱空氣交換頻繁，水汽易凝結(jié)形成積雨云層，使海面氣象發(fā)生急速且劇烈變化，造成海戰(zhàn)場環(huán)境的不穩(wěn)定性。雖然偵察衛(wèi)星運行在太空環(huán)境中，本身工作狀態(tài)并不會受到海洋氣候的影響，但目標(biāo)的偵察質(zhì)量和效果會受到海面氣象條件的影響，為有效獲取海戰(zhàn)場態(tài)勢信息，必然也要求天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)具有全天候偵察能力。

1.3 全維度偵察能力需求

全維度偵察能力是指具有在時間維度、空間維度和頻譜維度全面獲取戰(zhàn)場態(tài)勢信息的偵察能力。具體來說，首先是在時間維度上的連續(xù)性。航母編隊、戰(zhàn)略核潛艇等海戰(zhàn)場目標(biāo)威懾與作戰(zhàn)能力極強，其部署與運動對海戰(zhàn)場態(tài)勢以及指揮決策會產(chǎn)生很大的影響，需要對目標(biāo)實施不間斷連續(xù)的偵察監(jiān)視，生成連續(xù)動態(tài)情報信息，以便及時掌握海戰(zhàn)場態(tài)勢，并為預(yù)判提供支持。其次是在空間維度上的全面性。海戰(zhàn)場目標(biāo)通常處于規(guī)律未知的運動之中，廣闊的海戰(zhàn)場空間也為目標(biāo)的隱蔽提供了絕佳的場所，增加了偵察的難度。因此需要在時空一致性的前提下實現(xiàn)海戰(zhàn)場空間的全覆蓋，對重點目標(biāo)以及重點海域?qū)嵤o死角地偵察監(jiān)視，以獲取全面的態(tài)勢信息。最后是在頻譜維度上的全覆蓋。為有效發(fā)現(xiàn)和識別目標(biāo)，破除偽裝，對不同特征目標(biāo)進行詳細(xì)偵測，需要天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)具備可見光、多光譜、高光譜、紅外、微波等多譜段的信息獲取能力，同時針對目標(biāo)上搭載的多種雷達(dá)與電子設(shè)備，應(yīng)具備多頻段的偵察截獲能力，最終以獲取詳細(xì)的態(tài)勢信息。

1.4 全對抗偵察能力需求

全對抗偵察能力是指具有在各種對抗手段下，包括針對天基裝備和星地鏈路等進行的軟對抗和硬殺傷，仍然可以進行有效偵察的能力。軟對抗措施包括針對電子偵察的電子隱蔽、電子欺騙與電子干擾等以及針對成像偵察的目標(biāo)偽裝、傳感器致盲等，硬殺傷措施包括動能打擊、定向能損毀、衛(wèi)星捕獲等[4]。

軟對抗實施成本較低，其中最常用的是電子隱蔽措施。電子隱蔽是海戰(zhàn)場目標(biāo)常采用的一種規(guī)避電子偵察，隱蔽機動的方式，能達(dá)到隱藏作戰(zhàn)企圖，出奇制勝的效果。搜尋電子隱蔽下的重點目標(biāo)歷來是海戰(zhàn)場偵察的重點和難點，對作戰(zhàn)決策與部署有著重大的影響。電子欺騙是利用主動發(fā)射的目標(biāo)特征信號欺騙和誘導(dǎo)敵方的行為。電子干擾是利用主動發(fā)射的噪聲信號阻塞信號接收機的措施。這兩種軟對抗措施對衛(wèi)星電子偵察有較大的影響，加大了偵察難度。目標(biāo)偽裝通過改變外形、光學(xué)反射特性等手段規(guī)避偵察。傳感器致盲通過激光等定向能干擾成像元器件工作，使其暫時失去偵察能力。硬殺傷由于實施成本較高，往往只在全面對抗的戰(zhàn)爭中才會使用。

現(xiàn)代海戰(zhàn)是信息化程度極高的戰(zhàn)爭類型，作戰(zhàn)空間不僅僅局限于海戰(zhàn)場，而是在陸?？仗祀姷榷嗑S空間中進行的全面較量。天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)由于系統(tǒng)自身固有的優(yōu)勢，在情報獲取全面性、實時性和準(zhǔn)確性方面具有顯著的優(yōu)越性，支援作戰(zhàn)效能大，易成為敵方防御、干擾和打擊的首要目標(biāo)，因此要求天基偵察監(jiān)視力量具有對抗條件下的生存能力和協(xié)同應(yīng)用能力，充分發(fā)揮整體作戰(zhàn)效能。

2 面向海戰(zhàn)場的天基偵察監(jiān)視裝備能力

天基偵察監(jiān)視裝備包括偵察衛(wèi)星、空天飛機、空間站等航天器平臺，其中最主要的是偵察衛(wèi)星。偵察衛(wèi)星可提供的偵察監(jiān)視能力由其搭載的載荷性能、軌道參數(shù)及運用模式等多種因素共同決定。在此根據(jù)衛(wèi)星搭載的載荷不同，將天基偵察監(jiān)視裝備能力分為天基圖像情報偵測能力與天基信號情報偵測能力兩類，并分別進行分析和研究。

2.1 天基圖像情報偵測能力

天基圖像情報偵測能力主要通過成像偵察衛(wèi)星來實現(xiàn)。成像偵察衛(wèi)星是指利用光學(xué)、光電或者微波成像遙感器來獲取目標(biāo)圖像信息的偵察衛(wèi)星[5]。成像偵察衛(wèi)星獲取的是海戰(zhàn)場的圖像信息，具有直觀明了的特點，利用海戰(zhàn)場目標(biāo)與海洋背景的反差信息可以快速識別和定位海戰(zhàn)場目標(biāo)，利用高分辨率圖像信息可以確認(rèn)海戰(zhàn)場目標(biāo)的級別、工作狀態(tài)、戰(zhàn)斗能力等屬性，利用紅外圖像、多光譜、超光譜信息可以對部分偽裝及水下潛艇目標(biāo)進行偵察[6]。

光學(xué)遙感成像衛(wèi)星主要攜帶有可見光、紅外、多光譜、高光譜等成像設(shè)備，利用太陽輻射和地物熱輻射來進行成像?？梢姽?、多光譜和高光譜成像設(shè)備需要依賴太陽光照來實現(xiàn)目標(biāo)的成像偵察，不具備全天時的工作能力。紅外成像設(shè)備通過接收目標(biāo)熱輻射能量實現(xiàn)目標(biāo)的成像偵察，具有全天時的工作能力。光學(xué)遙感成像設(shè)備接收的光學(xué)信號，由于波長短，繞射能力弱，在大氣中往往無法穿透云霧，不具備全天候的工作偵察能力。微波遙感成像衛(wèi)星通過接收主動發(fā)出的微波回波信號來進行成像，不依賴于太陽光照等條件，且微波波長較長，能穿透云霧霾等不利成像的環(huán)境，具有全天時全天候的偵察能力。

相較于電子偵察衛(wèi)星，成像偵察衛(wèi)星的覆蓋范圍較小，且往往與分辨率成反比。低軌道普查成像衛(wèi)星覆蓋范圍較廣，空間分辨率較低，重訪周期較長，對海戰(zhàn)場的偵察往往只能做到發(fā)現(xiàn)目標(biāo)而不能識別和確認(rèn)；低軌道詳查成像衛(wèi)星覆蓋范圍較小，空間分辨率高，重訪周期較長，經(jīng)過目標(biāo)上空時獲取的圖像可以對目標(biāo)進行識別和確認(rèn)。高軌凝視型成像衛(wèi)星覆蓋范圍較廣，空間分辨率較低，但可以對海戰(zhàn)場目標(biāo)進行長時間的跟蹤監(jiān)視，獲取海戰(zhàn)場的動態(tài)態(tài)勢信息。通過多顆多類多軌道成像偵察衛(wèi)星協(xié)同，可以實現(xiàn)海戰(zhàn)場全維度的覆蓋。

在對抗環(huán)境下，成像偵察衛(wèi)星的工作原理決定了其不受海戰(zhàn)場目標(biāo)電磁管制的影響，具有目標(biāo)電磁靜默下的偵察能力。在目標(biāo)實行電子隱蔽時，可以利用普查和詳查成像衛(wèi)星，采用引導(dǎo)式協(xié)同工作模式來搜索和發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并利用高軌凝視型衛(wèi)星對目標(biāo)進行跟蹤監(jiān)視。光學(xué)成像偵察衛(wèi)星受到的干擾主要為傳感器致盲，對抗措施為利用高能激光束照射光電探測器，使CCD接收到的能量密度超過飽和閾值，造成軟損傷，進而影響衛(wèi)星成像質(zhì)量或者造成成像元件的短時失效[7]。微波成像偵察衛(wèi)星受到的干擾主要為有源干擾，包括壓制干擾和欺騙干擾兩類。壓制干擾是利用較大功率干擾機發(fā)射與SAR衛(wèi)星微波信號不相參的干擾信號，以淹沒有效回波，使衛(wèi)星圖像呈現(xiàn)類似噪聲的亮斑，降低圖像質(zhì)量。欺騙干擾是利用與SAR衛(wèi)星微波信號相參性較好的干擾信號使SAR圖像中形成高欺騙性的假目標(biāo)，以期迷惑對方，掩護真實目標(biāo)[8]。在軟對抗環(huán)境下，光學(xué)成像衛(wèi)星需要采用表面鍍膜技術(shù)或者加裝“眼瞼”等防護設(shè)施等措施來降低對抗影響；微波成像衛(wèi)星需要采用信號處理手段或者使用新體制SAR系統(tǒng)來提升自身抗干擾能力[9]。對于動能、定向能打擊以及抵近抓捕等硬殺傷措施，衛(wèi)星需要在威脅預(yù)警的基礎(chǔ)上，采用軌道機動、在軌修復(fù)等技術(shù)與方法來降低對抗影響。

2.2 天基信號情報偵測能力

天基信號情報偵測能力主要通過電子偵察衛(wèi)星來實現(xiàn)。電子偵察衛(wèi)星是指用于偵收電子設(shè)備發(fā)出的電磁輻射信號以獲取情報信息的偵察衛(wèi)星[5]。電子偵察衛(wèi)星在偵察海戰(zhàn)場目標(biāo)時，主要偵測的是敵方艦船和潛艇的雷達(dá)信號與通信信號。通過偵收雷達(dá)信號，可以測定雷達(dá)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)參數(shù)、輻射源位置等信息，并通過與目標(biāo)數(shù)據(jù)庫比對，還可以確定目標(biāo)的國別、艦級及舷號等信息；通過偵收通信信號，可以對目標(biāo)進行定位，并通過解譯信號，還可以獲取通信內(nèi)容。

電子偵察衛(wèi)星利用目標(biāo)輻射的電磁信號來獲取相關(guān)的情報信息，不受光照影響，在大氣中的衰減也不明顯，具有全天時全天候的偵察能力。

電子偵察衛(wèi)星搭載的信號接收機覆蓋范圍廣泛，低軌道電子偵察衛(wèi)星單次偵察面積可達(dá)數(shù)萬平方公里，大橢圓軌道電子偵察衛(wèi)星可以對某一區(qū)域長時間連續(xù)地監(jiān)視，地球靜止軌道電子偵察衛(wèi)星僅需要3顆就實現(xiàn)全球覆蓋和偵察。通過合理的軌道設(shè)計以及多顆電子偵察衛(wèi)星的協(xié)同應(yīng)用，可以實現(xiàn)對海戰(zhàn)場以及目標(biāo)在時間域和空間域的全覆蓋偵察。

對抗環(huán)境下，對于實施電子隱蔽措施的海戰(zhàn)場目標(biāo)，電子偵察衛(wèi)星由于沒有信號來源，無法對目標(biāo)實施有效偵察，需要利用其他類型偵察衛(wèi)星進行偵察；對于實施電子欺騙措施的海戰(zhàn)場目標(biāo)，可以利用多星對目標(biāo)不同時刻協(xié)同偵察獲取的數(shù)據(jù)交叉對比來排除虛假信號；對于實施電子干擾措施的海戰(zhàn)場目標(biāo)，電子偵察衛(wèi)星需要采用自適應(yīng)調(diào)零天線和擴頻技術(shù)以及多星組網(wǎng)協(xié)同觀測等措施降低干擾對偵察的影響[10,11]；對于動能、定向能打擊以及抵近抓捕等硬殺傷措施，由于對抗能級與控制難度等因素，往往針對的是低軌電子偵察衛(wèi)星，對高軌道、地球同步軌道電子偵察衛(wèi)星打擊效果有限，部分機動能力強的衛(wèi)星在威脅預(yù)警的前提下，通過軌道機動等措施，可以有效降低被打擊風(fēng)險，提升生存能力。

3 面向海戰(zhàn)場的天基偵察監(jiān)視關(guān)鍵技術(shù)

針對面向海戰(zhàn)場的天基偵察監(jiān)視能力需求，結(jié)合天基圖像與信號情報偵測裝備技術(shù)特點與能力，從衛(wèi)星運控和應(yīng)用角度對支撐海戰(zhàn)場偵察監(jiān)視任務(wù)能力要求的關(guān)鍵技術(shù)進行分析。

1) 衛(wèi)星組網(wǎng)設(shè)計技術(shù)

面向海戰(zhàn)場偵察的衛(wèi)星組網(wǎng)方式主要包括兩類：星座和編隊飛行[12-13]。星座是若干衛(wèi)星按設(shè)計要求分布在既定軌道平面上的星群。星座構(gòu)型一般要求穩(wěn)定，需要定期對衛(wèi)星軌道進行保持控制以抵消攝動造成的影響。合理的星座設(shè)計可以有效地增大偵察的覆蓋范圍，縮短重訪周期。編隊飛行是由若干衛(wèi)星通過星間閉路控制系統(tǒng)保持穩(wěn)定間距和特定空間隊形的星群。多星編隊飛行可以提升海戰(zhàn)場目標(biāo)的識別與確認(rèn)時效，提高目標(biāo)定位精度。

對于海戰(zhàn)場偵察任務(wù)，特別是對重點目標(biāo)、敏感熱點海區(qū)的定時、高頻、長時偵察與監(jiān)視任務(wù)，需要使用多顆多組多類衛(wèi)星來配合完成，并且在覆蓋要求和偵察時限方面有著特殊的要求，因此需要對衛(wèi)星的組網(wǎng)設(shè)計技術(shù)開展相關(guān)研究。

2) 衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃技術(shù)

衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃技術(shù)是任務(wù)規(guī)劃理論與衛(wèi)星應(yīng)用技術(shù)相結(jié)合的一門技術(shù)方向。隨著衛(wèi)星偵察需求的不斷豐富與擴展，衛(wèi)星偵察任務(wù)向復(fù)雜化、多樣化、規(guī)模化發(fā)展，與偵察衛(wèi)星資源能力之間的矛盾也越來越突出。為解決偵察任務(wù)中的矛盾，充分利用偵察衛(wèi)星資源，更好地完成觀測任務(wù)，需要借助衛(wèi)星任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，特別是智能化任務(wù)規(guī)劃技術(shù)，對偵察衛(wèi)星資源和任務(wù)進行統(tǒng)一的管理與分配，最大程度滿足偵察需求。

面向海戰(zhàn)場的天基偵察任務(wù)需要多顆多類型載荷衛(wèi)星協(xié)同來完成，需要在協(xié)同任務(wù)規(guī)劃技術(shù)方面開展相關(guān)研究，以實現(xiàn)最大概率、最高效地發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標(biāo)[14]。由于受到海戰(zhàn)場目標(biāo)時敏特性、氣候環(huán)境動態(tài)變化以及衛(wèi)星資源狀態(tài)改變等因素的影響，規(guī)劃的結(jié)果往往不能有效完成既定的任務(wù)，需要在動態(tài)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)方面開展相關(guān)研究[15]，以增強規(guī)劃方案的魯棒性，最大化實現(xiàn)任務(wù)收益。

3) 衛(wèi)星機動變軌技術(shù)

偵察衛(wèi)星進入太空后，受軌道動力學(xué)制約，通常按照設(shè)定的軌道參數(shù)運行在固定的軌道上，這種軌道的固定性決定了衛(wèi)星活動安全的脆弱性，在對抗環(huán)境下易受到敵方攻擊與威脅[16]，而機動變軌是進行來襲防御與應(yīng)急規(guī)避一個有效途徑。

同時由于地球曲率、載荷性能等限制因素的影響，衛(wèi)星偵察區(qū)域有限，必須在以星下點為中心的覆蓋范圍內(nèi)，才能對目標(biāo)進行有效偵察，對于單次無法覆蓋的目標(biāo)和區(qū)域以及應(yīng)急任務(wù)等，無法做到快速偵察和實時響應(yīng)。對于海戰(zhàn)場偵察任務(wù)，特別是艦船、潛艇等時敏目標(biāo)的跟蹤監(jiān)視，利用衛(wèi)星機動變軌重構(gòu)組網(wǎng)，可以更快速、更有效地達(dá)到任務(wù)目標(biāo)。

4) 多源信息融合技術(shù)

多源信息融合又稱多傳感器信息融合，就是把多途徑、多形式、多設(shè)備獲取的不完整系統(tǒng)信息加以綜合分析，對信息間存在的冗余與矛盾進行多層次、多方面的處理，以達(dá)到信息互補與降低信息不確定性的目的[17]，進一步得到系統(tǒng)較完整的一致性表達(dá)，為規(guī)劃與決策等行為提供參考依據(jù)。

利用偵察衛(wèi)星對海戰(zhàn)場進行偵察，獲取的信息來源于多種多類傳感器，包含可見光、紅外、SAR等圖像信息、各個頻段電子信號信息、氣象水文海況信息等各種類型信息，信息之間有互補也有交叉，為充分利用這些信息，獲取全面的海戰(zhàn)場態(tài)勢，需要使用多源信息融合技術(shù)，擴展空間、時間覆蓋范圍，增強目標(biāo)探測能力[18]，挖掘更深層次的戰(zhàn)場信息。

4 結(jié)論

隨著我國綜合國力的持續(xù)發(fā)展與海外利益的不斷拓展，海洋成為了支撐快速發(fā)展的戰(zhàn)略通道和維持國家安全重要陣地，受到的威脅也越來越大。面對作戰(zhàn)空間越來越廣闊，參戰(zhàn)力量越來越多元，作戰(zhàn)手段越來越復(fù)雜的未來海戰(zhàn)，偵察的需求與要求也越來越高，傳統(tǒng)偵察手段已難以滿足，天基偵察的優(yōu)勢逐漸凸顯。構(gòu)建強大能力的天基偵察監(jiān)視系統(tǒng)，需要結(jié)合國情和裝備體系建設(shè)現(xiàn)狀，以具體能力需求為牽引，找準(zhǔn)發(fā)展方向，攻克關(guān)鍵技術(shù)，為保障打贏未來海戰(zhàn)奠定基礎(chǔ)。