万 敏,侯 妍,.王 乾

(1.航天工程大学， 北京 101416； 2.中国人民解放军95685部队， 昆明 650500)

广袤的海洋占据了地球71%的表面积，是人类获取资源的重要来源，也是经济产业运输的重要通道，有着极其重要的战略地位。自马汉提出“海权论”这一战略思想之后，各军事大国为获取制海权，积极发展海上力量，海洋成为了各大国军事较量和争夺利益的一个重要战场。

“知己知彼，百战不殆”，对海战场全面细致地侦察是保障打赢战争的先决条件。海战场侦察的任务是通过获取海战场目标(包括海面舰艇、水下潜艇等作战力量)的图像和信号情报，查明敌方的兵力部署、战斗编成、行动方向、作战企图以及作战海域的气象洋流等环境信息[1]。侦察的手段主要是利用陆上探测雷达、水面侦察舰艇、航空侦察飞机、以及侦察卫星等装备进行[2]。相较与陆基、海基、空基侦察监视系统，天基侦察监视系统具有覆盖范围广、响应速度快、侦察效率高、不受国界和地理限制等优点[3]，成为了各军事大国研究和发展的重点。

随着科技的进步，卫星的类型和数量快速增加，载荷性能明显提升，侦察卫星性能与能力得到了进一步地增强和扩展。本研究从面向海战场的天基侦察监视能力需求出发，分别对天基图像和信号侦测能力进行分析，并从侦察卫星资源运控和应用角度对形成相关能力的关键技术进行了研究，为用好天基侦察监视系统，有效支援海上作战任务，提供参考和借鉴。

1 面向海战场的天基侦察监视能力需求

相对于陆战场和空战场，海战场在目标特性和环境特点方面有着诸多截然不同的属性，对天基侦察监视能力的需求也不尽相同，有其独特之处。

1.1 全天时侦察能力需求

全天时侦察能力是指具有不分昼夜可以24 h开展航天侦察活动的能力。对海战场的侦察是一项连续性、长期性的任务，需要在各个时间点对目标和环境进行侦察探测，以获取详细且连续的动态战场态势信息。随着通信、导航、制导等技术的进步，舰艇等作战力量夜间机动能力和超视距打击能力得到了极大提升，武器装备与平台具有强大的全天时作战能力，对应于此也必然要求天基侦察监视系统具有全天时侦察能力。

1.2 全天候侦察能力需求

全天候侦察能力是指具有不受云、雾、霾、沙尘、台风等气象条件影响获取目标侦察信息的能力。海洋是地球气候的调节器，海平面上层空间水汽丰富，在太阳辐射、大气环流、潮汐运动等物理因素的影响下，冷热空气交换频繁，水汽易凝结形成积雨云层，使海面气象发生急速且剧烈变化，造成海战场环境的不稳定性。虽然侦察卫星运行在太空环境中，本身工作状态并不会受到海洋气候的影响，但目标的侦察质量和效果会受到海面气象条件的影响，为有效获取海战场态势信息，必然也要求天基侦察监视系统具有全天候侦察能力。

1.3 全维度侦察能力需求

全维度侦察能力是指具有在时间维度、空间维度和频谱维度全面获取战场态势信息的侦察能力。具体来说，首先是在时间维度上的连续性。航母编队、战略核潜艇等海战场目标威慑与作战能力极强，其部署与运动对海战场态势以及指挥决策会产生很大的影响，需要对目标实施不间断连续的侦察监视，生成连续动态情报信息，以便及时掌握海战场态势，并为预判提供支持。其次是在空间维度上的全面性。海战场目标通常处于规律未知的运动之中，广阔的海战场空间也为目标的隐蔽提供了绝佳的场所，增加了侦察的难度。因此需要在时空一致性的前提下实现海战场空间的全覆盖，对重点目标以及重点海域实施无死角地侦察监视，以获取全面的态势信息。最后是在频谱维度上的全覆盖。为有效发现和识别目标，破除伪装，对不同特征目标进行详细侦测，需要天基侦察监视系统具备可见光、多光谱、高光谱、红外、微波等多谱段的信息获取能力，同时针对目标上搭载的多种雷达与电子设备，应具备多频段的侦察截获能力，最终以获取详细的态势信息。

1.4 全对抗侦察能力需求

全对抗侦察能力是指具有在各种对抗手段下，包括针对天基装备和星地链路等进行的软对抗和硬杀伤，仍然可以进行有效侦察的能力。软对抗措施包括针对电子侦察的电子隐蔽、电子欺骗与电子干扰等以及针对成像侦察的目标伪装、传感器致盲等，硬杀伤措施包括动能打击、定向能损毁、卫星捕获等[4]。

软对抗实施成本较低，其中最常用的是电子隐蔽措施。电子隐蔽是海战场目标常采用的一种规避电子侦察，隐蔽机动的方式，能达到隐藏作战企图，出奇制胜的效果。搜寻电子隐蔽下的重点目标历来是海战场侦察的重点和难点，对作战决策与部署有着重大的影响。电子欺骗是利用主动发射的目标特征信号欺骗和诱导敌方的行为。电子干扰是利用主动发射的噪声信号阻塞信号接收机的措施。这两种软对抗措施对卫星电子侦察有较大的影响，加大了侦察难度。目标伪装通过改变外形、光学反射特性等手段规避侦察。传感器致盲通过激光等定向能干扰成像元器件工作，使其暂时失去侦察能力。硬杀伤由于实施成本较高，往往只在全面对抗的战争中才会使用。

现代海战是信息化程度极高的战争类型，作战空间不仅仅局限于海战场，而是在陆海空天电等多维空间中进行的全面较量。天基侦察监视系统由于系统自身固有的优势，在情报获取全面性、实时性和准确性方面具有显著的优越性，支援作战效能大，易成为敌方防御、干扰和打击的首要目标，因此要求天基侦察监视力量具有对抗条件下的生存能力和协同应用能力，充分发挥整体作战效能。

2 面向海战场的天基侦察监视装备能力

天基侦察监视装备包括侦察卫星、空天飞机、空间站等航天器平台，其中最主要的是侦察卫星。侦察卫星可提供的侦察监视能力由其搭载的载荷性能、轨道参数及运用模式等多种因素共同决定。在此根据卫星搭载的载荷不同，将天基侦察监视装备能力分为天基图像情报侦测能力与天基信号情报侦测能力两类，并分别进行分析和研究。

2.1 天基图像情报侦测能力

天基图像情报侦测能力主要通过成像侦察卫星来实现。成像侦察卫星是指利用光学、光电或者微波成像遥感器来获取目标图像信息的侦察卫星[5]。成像侦察卫星获取的是海战场的图像信息，具有直观明了的特点，利用海战场目标与海洋背景的反差信息可以快速识别和定位海战场目标，利用高分辨率图像信息可以确认海战场目标的级别、工作状态、战斗能力等属性，利用红外图像、多光谱、超光谱信息可以对部分伪装及水下潜艇目标进行侦察[6]。

光学遥感成像卫星主要携带有可见光、红外、多光谱、高光谱等成像设备，利用太阳辐射和地物热辐射来进行成像。可见光、多光谱和高光谱成像设备需要依赖太阳光照来实现目标的成像侦察，不具备全天时的工作能力。红外成像设备通过接收目标热辐射能量实现目标的成像侦察，具有全天时的工作能力。光学遥感成像设备接收的光学信号，由于波长短，绕射能力弱，在大气中往往无法穿透云雾，不具备全天候的工作侦察能力。微波遥感成像卫星通过接收主动发出的微波回波信号来进行成像，不依赖于太阳光照等条件，且微波波长较长，能穿透云雾霾等不利成像的环境，具有全天时全天候的侦察能力。

相较于电子侦察卫星，成像侦察卫星的覆盖范围较小，且往往与分辨率成反比。低轨道普查成像卫星覆盖范围较广，空间分辨率较低，重访周期较长，对海战场的侦察往往只能做到发现目标而不能识别和确认；低轨道详查成像卫星覆盖范围较小，空间分辨率高，重访周期较长，经过目标上空时获取的图像可以对目标进行识别和确认。高轨凝视型成像卫星覆盖范围较广，空间分辨率较低，但可以对海战场目标进行长时间的跟踪监视，获取海战场的动态态势信息。通过多颗多类多轨道成像侦察卫星协同，可以实现海战场全维度的覆盖。

在对抗环境下，成像侦察卫星的工作原理决定了其不受海战场目标电磁管制的影响，具有目标电磁静默下的侦察能力。在目标实行电子隐蔽时，可以利用普查和详查成像卫星，采用引导式协同工作模式来搜索和发现目标，并利用高轨凝视型卫星对目标进行跟踪监视。光学成像侦察卫星受到的干扰主要为传感器致盲，对抗措施为利用高能激光束照射光电探测器，使CCD接收到的能量密度超过饱和阈值，造成软损伤，进而影响卫星成像质量或者造成成像元件的短时失效[7]。微波成像侦察卫星受到的干扰主要为有源干扰，包括压制干扰和欺骗干扰两类。压制干扰是利用较大功率干扰机发射与SAR卫星微波信号不相参的干扰信号，以淹没有效回波，使卫星图像呈现类似噪声的亮斑，降低图像质量。欺骗干扰是利用与SAR卫星微波信号相参性较好的干扰信号使SAR图像中形成高欺骗性的假目标，以期迷惑对方，掩护真实目标[8]。在软对抗环境下，光学成像卫星需要采用表面镀膜技术或者加装“眼睑”等防护设施等措施来降低对抗影响；微波成像卫星需要采用信号处理手段或者使用新体制SAR系统来提升自身抗干扰能力[9]。对于动能、定向能打击以及抵近抓捕等硬杀伤措施，卫星需要在威胁预警的基础上，采用轨道机动、在轨修复等技术与方法来降低对抗影响。

2.2 天基信号情报侦测能力

天基信号情报侦测能力主要通过电子侦察卫星来实现。电子侦察卫星是指用于侦收电子设备发出的电磁辐射信号以获取情报信息的侦察卫星[5]。电子侦察卫星在侦察海战场目标时，主要侦测的是敌方舰船和潜艇的雷达信号与通信信号。通过侦收雷达信号，可以测定雷达战术技术参数、辐射源位置等信息，并通过与目标数据库比对，还可以确定目标的国别、舰级及舷号等信息；通过侦收通信信号，可以对目标进行定位，并通过解译信号，还可以获取通信内容。

电子侦察卫星利用目标辐射的电磁信号来获取相关的情报信息，不受光照影响，在大气中的衰减也不明显，具有全天时全天候的侦察能力。

电子侦察卫星搭载的信号接收机覆盖范围广泛，低轨道电子侦察卫星单次侦察面积可达数万平方公里，大椭圆轨道电子侦察卫星可以对某一区域长时间连续地监视，地球静止轨道电子侦察卫星仅需要3颗就实现全球覆盖和侦察。通过合理的轨道设计以及多颗电子侦察卫星的协同应用，可以实现对海战场以及目标在时间域和空间域的全覆盖侦察。

对抗环境下，对于实施电子隐蔽措施的海战场目标，电子侦察卫星由于没有信号来源，无法对目标实施有效侦察，需要利用其他类型侦察卫星进行侦察；对于实施电子欺骗措施的海战场目标，可以利用多星对目标不同时刻协同侦察获取的数据交叉对比来排除虚假信号；对于实施电子干扰措施的海战场目标，电子侦察卫星需要采用自适应调零天线和扩频技术以及多星组网协同观测等措施降低干扰对侦察的影响[10,11]；对于动能、定向能打击以及抵近抓捕等硬杀伤措施，由于对抗能级与控制难度等因素，往往针对的是低轨电子侦察卫星，对高轨道、地球同步轨道电子侦察卫星打击效果有限，部分机动能力强的卫星在威胁预警的前提下，通过轨道机动等措施，可以有效降低被打击风险，提升生存能力。

3 面向海战场的天基侦察监视关键技术

针对面向海战场的天基侦察监视能力需求，结合天基图像与信号情报侦测装备技术特点与能力，从卫星运控和应用角度对支撑海战场侦察监视任务能力要求的关键技术进行分析。

1) 卫星组网设计技术

面向海战场侦察的卫星组网方式主要包括两类：星座和编队飞行[12-13]。星座是若干卫星按设计要求分布在既定轨道平面上的星群。星座构型一般要求稳定，需要定期对卫星轨道进行保持控制以抵消摄动造成的影响。合理的星座设计可以有效地增大侦察的覆盖范围，缩短重访周期。编队飞行是由若干卫星通过星间闭路控制系统保持稳定间距和特定空间队形的星群。多星编队飞行可以提升海战场目标的识别与确认时效，提高目标定位精度。

对于海战场侦察任务，特别是对重点目标、敏感热点海区的定时、高频、长时侦察与监视任务，需要使用多颗多组多类卫星来配合完成，并且在覆盖要求和侦察时限方面有着特殊的要求，因此需要对卫星的组网设计技术开展相关研究。

2) 卫星任务规划技术

卫星任务规划技术是任务规划理论与卫星应用技术相结合的一门技术方向。随着卫星侦察需求的不断丰富与扩展，卫星侦察任务向复杂化、多样化、规模化发展，与侦察卫星资源能力之间的矛盾也越来越突出。为解决侦察任务中的矛盾，充分利用侦察卫星资源，更好地完成观测任务，需要借助卫星任务规划技术，特别是智能化任务规划技术，对侦察卫星资源和任务进行统一的管理与分配，最大程度满足侦察需求。

面向海战场的天基侦察任务需要多颗多类型载荷卫星协同来完成，需要在协同任务规划技术方面开展相关研究，以实现最大概率、最高效地发现和跟踪目标[14]。由于受到海战场目标时敏特性、气候环境动态变化以及卫星资源状态改变等因素的影响，规划的结果往往不能有效完成既定的任务，需要在动态任务规划技术方面开展相关研究[15]，以增强规划方案的鲁棒性，最大化实现任务收益。

3) 卫星机动变轨技术

侦察卫星进入太空后，受轨道动力学制约，通常按照设定的轨道参数运行在固定的轨道上，这种轨道的固定性决定了卫星活动安全的脆弱性，在对抗环境下易受到敌方攻击与威胁[16]，而机动变轨是进行来袭防御与应急规避一个有效途径。

同时由于地球曲率、载荷性能等限制因素的影响，卫星侦察区域有限，必须在以星下点为中心的覆盖范围内，才能对目标进行有效侦察，对于单次无法覆盖的目标和区域以及应急任务等，无法做到快速侦察和实时响应。对于海战场侦察任务，特别是舰船、潜艇等时敏目标的跟踪监视，利用卫星机动变轨重构组网，可以更快速、更有效地达到任务目标。

4) 多源信息融合技术

多源信息融合又称多传感器信息融合，就是把多途径、多形式、多设备获取的不完整系统信息加以综合分析，对信息间存在的冗余与矛盾进行多层次、多方面的处理，以达到信息互补与降低信息不确定性的目的[17]，进一步得到系统较完整的一致性表达，为规划与决策等行为提供参考依据。

利用侦察卫星对海战场进行侦察，获取的信息来源于多种多类传感器，包含可见光、红外、SAR等图像信息、各个频段电子信号信息、气象水文海况信息等各种类型信息，信息之间有互补也有交叉，为充分利用这些信息，获取全面的海战场态势，需要使用多源信息融合技术，扩展空间、时间覆盖范围，增强目标探测能力[18]，挖掘更深层次的战场信息。

4 结论

随着我国综合国力的持续发展与海外利益的不断拓展，海洋成为了支撑快速发展的战略通道和维持国家安全重要阵地，受到的威胁也越来越大。面对作战空间越来越广阔，参战力量越来越多元，作战手段越来越复杂的未来海战，侦察的需求与要求也越来越高，传统侦察手段已难以满足，天基侦察的优势逐渐凸显。构建强大能力的天基侦察监视系统，需要结合国情和装备体系建设现状，以具体能力需求为牵引，找准发展方向，攻克关键技术，为保障打赢未来海战奠定基础。