衛(wèi)星偵察在復(fù)雜電磁環(huán)境下的感知效果影響分析

姚月松

（中國(guó)人民解放軍某部隊(duì)，北京 100094）

0 引言

近年來，越來越多的國(guó)家和地區(qū)開始打造自己的軍用衛(wèi)星系統(tǒng)特別是偵察衛(wèi)星系統(tǒng)，以增強(qiáng)對(duì)本國(guó)及周邊地區(qū)的防御能力，世界軍事航天活動(dòng)多極化趨勢(shì)開始顯露[1]。而衛(wèi)星偵察不可避免地要在周邊各類復(fù)雜的電磁環(huán)境下工作，工作效能如何很大程度上取決于受到的電磁干擾影響大小。所謂的復(fù)雜電磁環(huán)境主要是指信息化戰(zhàn)場(chǎng)上在交戰(zhàn)雙方激烈對(duì)抗條件下所產(chǎn)生的多類型、全頻譜、高密度的電磁輻射信號(hào)，以及己方大量使用電子設(shè)備引起的相互影響和干擾，從而造成在時(shí)域上突發(fā)多變、空域上縱橫交錯(cuò)、頻域上擁擠重疊，嚴(yán)重影響武器裝備效能、作戰(zhàn)指揮和部隊(duì)作戰(zhàn)行動(dòng)的無形戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境[2]。衛(wèi)星感知不僅僅受到地表和大氣中各類電磁環(huán)境的干擾，而且其本身系統(tǒng)內(nèi)在運(yùn)行過程中也可能產(chǎn)生互相干擾，因此其電磁環(huán)境比地面上的電子設(shè)備更復(fù)雜。本文針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)電子偵察衛(wèi)星、衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)、光電成像衛(wèi)星與雷達(dá)成像衛(wèi)星感知效果的影響與對(duì)策作了簡(jiǎn)要探討。

1 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)電子偵察衛(wèi)星感知效果的影響

電子偵察范圍很大，往往是全球普查，因此電子偵察衛(wèi)星要面臨很復(fù)雜的信號(hào)環(huán)境。在各類衛(wèi)星載荷中，電子偵察設(shè)備所面臨的信號(hào)環(huán)境是最復(fù)雜的——信號(hào)流密度高，信號(hào)形式復(fù)雜。我們知道通信與測(cè)控信號(hào)多為連續(xù)信號(hào)，雷達(dá)信號(hào)多為脈沖掃描信號(hào)，在偵察時(shí)要能適應(yīng)復(fù)雜信號(hào)環(huán)境而且要避免互相干擾。電子偵察衛(wèi)星由于接收頻段寬，而且還要做到避免內(nèi)部干擾，因此一般采用帶通濾波以減少這方面的干擾；同時(shí)，采用擴(kuò)展頻譜、星上接收天線調(diào)零技術(shù)、多星偵察與組網(wǎng)，不定期對(duì)衛(wèi)星偵察的空間環(huán)境進(jìn)行評(píng)估以采取相應(yīng)的抗干擾措施都能有效保護(hù)衛(wèi)星免受電子干擾。特別要指出的是，星上在開機(jī)接收目標(biāo)信號(hào)以及在用戶接收范圍內(nèi)釋放下行信號(hào)時(shí)容易對(duì)周邊系統(tǒng)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)電流沖擊，一般可采用二次濾波消除此類干擾。

除了星上系統(tǒng)內(nèi)部的電磁互擾外，常見的對(duì)電子偵察衛(wèi)星有影響的很多是地面有意或者無意的大量干擾。例如通過在雷達(dá)系統(tǒng)周圍部署大量有源欺騙設(shè)備，并使其載頻、重頻及相位與雷達(dá)相關(guān)，這樣可使衛(wèi)星難以對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位[3]。外界的人為干擾可分為高強(qiáng)度壓制干擾信號(hào)和數(shù)字調(diào)制加載干擾，對(duì)于大功率干擾一般不常見，除非將干擾源放在接收方天線附近；對(duì)于欺騙式數(shù)字調(diào)制干擾，一般是在載波上附加干擾信號(hào)，使接收方誤碼率增加，最終無法正確解調(diào)出信號(hào)或者解調(diào)出來但無法分析。

無論是人為的還是無意的電磁環(huán)境，都有必要先科學(xué)評(píng)估周邊電磁環(huán)境，在此基礎(chǔ)上提高衛(wèi)星的系統(tǒng)靈敏度，以改進(jìn)截獲輻射源信號(hào)的功率措施。被觀測(cè)的信號(hào)源的參數(shù)經(jīng)常有所變動(dòng)以逃避偵察，星上觀測(cè)信號(hào)的參數(shù)需要即時(shí)進(jìn)行調(diào)整；地面接收站應(yīng)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行歸類并建立數(shù)據(jù)庫，根據(jù)事件的發(fā)生對(duì)信號(hào)進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤以描繪出輻射源的活動(dòng)軌跡。對(duì)新出現(xiàn)的信號(hào)需要謹(jǐn)慎處理，單次的出現(xiàn)不適宜作為判據(jù)，因?yàn)槠渲幸部赡艽嬖谝恍┤藶榛蛘咝禽d設(shè)備噪聲引起的虛假信號(hào)，而對(duì)信號(hào)的統(tǒng)計(jì)意義上的處理結(jié)果對(duì)判斷電磁態(tài)勢(shì)的變化是更加有效的。對(duì)于敵方有意采取的假目標(biāo)布設(shè)干擾，可采取多星多時(shí)刻聯(lián)合偵察和數(shù)據(jù)對(duì)比來排除虛假目標(biāo)信號(hào)。

2 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)的影響

衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)信號(hào)功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于電視衛(wèi)星信號(hào)的功率，因此只要知道信號(hào)特征，就可用功率較小的干擾機(jī)對(duì)其干擾；而且信號(hào)有可能受到大氣電離層和對(duì)流層的延遲效應(yīng)、多徑效應(yīng)、阻擋信號(hào)的建筑物以及其他周邊通信設(shè)備的無意干擾。這里以美國(guó)的GPS（全球定位系統(tǒng)）為例。GPS是美國(guó)國(guó)防部研制的軍民兩用的全球范圍定位、測(cè)速以及授時(shí)系統(tǒng)，主要由空間段（24顆衛(wèi)星）、地面段和用戶段組成。接收機(jī)的工作方式、接收頻率等固定已知，對(duì)干擾方是透明的。到達(dá)地球表面的衛(wèi)星信號(hào)電平非常弱，一般不大于-150 dBW，信噪比相對(duì)較低，因而對(duì)其主瓣實(shí)施干擾所需的功率較小。GPS導(dǎo)航定位面臨的最大問題就是信號(hào)強(qiáng)度不夠，容易受到壓制式干擾，用10 W以下的干擾功率即可使接收機(jī)在幾十km范圍內(nèi)無法正常工作。實(shí)際上，美國(guó)的GPS分為軍用碼和民用碼：民用碼公開，不具備抗電磁干擾能力；軍用碼有適當(dāng)改變以應(yīng)付干擾的能力，但仍然有限。目前提高GPS抗干擾能力的困難是如何量化干擾威脅，提高接收機(jī)的抗干擾能力是比較有效的一種方法。常見的干擾接收機(jī)的類型為欺騙式和壓制式：欺騙式主要是在接收機(jī)開機(jī)前就存在，幅度較真實(shí)信號(hào)大，由于時(shí)間不同，隨機(jī)相位也不同，較易被接收機(jī)鎖定。壓制式干擾較有效的一般是采用與衛(wèi)星信號(hào)有相關(guān)性的信號(hào)，比普通的白噪聲壓制干擾效果更好。抵御此類電磁干擾最好加裝干擾抑制裝置，能做到增加接收機(jī)的抗干擾冗余、有效對(duì)抗已知的干擾類型并對(duì)未知的干擾信號(hào)作出估計(jì)，提供給操作員可靠的參考。另一個(gè)更有效的方法就是提高軍用碼發(fā)射功率，但目前尚未大規(guī)模應(yīng)用?？偟膩碚f，GPS抗電磁干擾能力還是比較弱的。

3 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)光學(xué)成像衛(wèi)星感知效果的影響

光學(xué)成像衛(wèi)星探測(cè)工作頻率一般在300 GHz以上，主要用于軍事上的紅外預(yù)警、資源探測(cè)、氣象監(jiān)測(cè)，大范圍監(jiān)測(cè)紅外熱源、對(duì)地表的小目標(biāo)進(jìn)行高精度成像。而如何在地表和大氣層復(fù)雜電磁環(huán)境中提高光電探測(cè)效能是提高光學(xué)成像衛(wèi)星探測(cè)精確度的關(guān)鍵。光感知的核心設(shè)備就是光探測(cè)器，這些設(shè)備必須有較高的靈敏度和較低的虛警率，因此極易受外界干擾光信號(hào)影響。

對(duì)光學(xué)成像衛(wèi)星探測(cè)的干擾主要分為自然光輻射干擾和人為制造的光輻射干擾以及光在傳播過程中受到的環(huán)境因素的干擾。對(duì)紅外成像衛(wèi)星來說，除去目標(biāo)刻意降低自己紅外輻射強(qiáng)度外，最常見的就是提高自己的背景紅外輻射強(qiáng)度或者是背景噪聲，以便使目標(biāo)湮沒在背景中；而由于背景噪聲變大了，系統(tǒng)為了能夠正常識(shí)別，勢(shì)必進(jìn)行自動(dòng)增益控制，這樣會(huì)導(dǎo)致噪聲強(qiáng)度的提高，在探測(cè)器中接收到的就是一片模糊的難以識(shí)別的紅外圖像。另一種干擾是考慮到紅外窗口的存在，采用煙幕吸收目標(biāo)發(fā)射的紅外信號(hào)，直接對(duì)紅外輻射強(qiáng)度造成衰減，主要通過采用干擾材料和器件，阻斷光路傳播路徑，改變目標(biāo)輻射特性以及與背景的輻射差異，削弱光電探測(cè)器的探測(cè)效果?？刹捎脽熌弧⑺?、氣溶膠、光箔片、光箔條、氣象武器、涂層、偽裝、遮蔽和隱身等方法，達(dá)到降低光電探測(cè)準(zhǔn)確度的目的。實(shí)戰(zhàn)證明采用煙幕遮蔽方式是比較有效的。例如在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中，伊拉克點(diǎn)燃了數(shù)百口油井；科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)中，南聯(lián)盟燃燒了大量的廢舊汽車輪胎。這都使戰(zhàn)場(chǎng)上空形成了持久的彌天煙霧，在一定程度上起到了保護(hù)自己的作用，有效地降低了敵方空天光電探測(cè)系統(tǒng)的工作效能。

實(shí)際上，光學(xué)成像衛(wèi)星最易受到干擾的器件是光電成像傳感器。目前較為常見的干擾方法是用激光武器產(chǎn)生強(qiáng)大的光束。由于激光束抗干擾能力強(qiáng)，傳輸時(shí)不受外界電磁波影響，可在電磁干擾環(huán)境中工作，使目標(biāo)難以利用電磁干擾手段避開激光武器的射擊，因而可對(duì)光電成像傳感器造成不可逆的致盲損傷[4]。

為了實(shí)現(xiàn)有效的對(duì)抗，光電對(duì)抗裝備工作波段必須進(jìn)行相應(yīng)的擴(kuò)展，且須將多波段的信息進(jìn)行融合，這不僅能大大降低告警設(shè)備的虛警率，也可提高對(duì)抗敵方裝備的成功率[5]。

4 復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)雷達(dá)成像衛(wèi)星感知效果的影響

從上節(jié)的探討可知，光學(xué)成像衛(wèi)星有其弱點(diǎn)，即光學(xué)頻段易受氣候、地形等自然不利因素的影響，在一些場(chǎng)合無法正常完成有效探測(cè)。而雷達(dá)成像衛(wèi)星不受此類干擾因素影響，可以彌補(bǔ)光學(xué)成像衛(wèi)星不能全天候、全天時(shí)進(jìn)行偵察的不足，并對(duì)非金屬覆蓋建筑有一定的穿透能力，從而能識(shí)別偽裝，發(fā)現(xiàn)地下軍事設(shè)施。其幅寬也比較大，因此時(shí)間分辨率較高，這對(duì)全面觀測(cè)戰(zhàn)區(qū)和偵察全球性軍事動(dòng)態(tài)有重要意義。上節(jié)提到的伊拉克和科索沃點(diǎn)燃油井與廢舊輪胎以產(chǎn)生煙霧逃避光學(xué)衛(wèi)星的探測(cè)，但雷達(dá)成像衛(wèi)星完全無視此類影響，它是靠自身提供照射（雷達(dá)脈沖），因此不論白天還是黑夜，都可以隨時(shí)對(duì)目標(biāo)成像。而且，由于雷達(dá)的波長(zhǎng)要比可見光或紅外光長(zhǎng)得多，所以合成孔徑雷達(dá)（SAR）還能夠透過云霧和煙塵探測(cè)到地面目標(biāo)，這一點(diǎn)是可見光和紅外遙感儀器無法做到的。雷達(dá)成像的缺點(diǎn)是分辨率不如光學(xué)成像高。因此，從目前的技術(shù)水平來看，兩者結(jié)合使用是最佳搭配。

影響星載SAR目標(biāo)定位的主要誤差源包括衛(wèi)星的星歷誤差、回波時(shí)延誤差、電磁波傳播效應(yīng)誤差、目標(biāo)高度誤差、多普勒中心頻率誤差、時(shí)鐘誤差等[6]。就電磁影響方面來說，SAR對(duì)回波信號(hào)的處理可分為距離和方位兩部分。從干擾方程來看，SAR發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過目標(biāo)反射有一次衰減，傳輸路徑衰減與距離4次方成正比；而干擾信號(hào)未經(jīng)過反射，所以其衰減只與距離2次方成正比，因此較小功率的信號(hào)可能干擾一定范圍內(nèi)的SAR信號(hào)。目前對(duì)SAR的干擾主要分為有源遮蓋和欺騙性干擾，而SAR的抗干擾也可以從時(shí)域和頻域上考慮?？偟膩碚f，SAR的干擾與抗干擾突破點(diǎn)較多，研究?jī)r(jià)值較高。

5 結(jié)束語

衛(wèi)星偵察由于其結(jié)構(gòu)和空間的特殊性，抵御電磁干擾要比一般情況下更加復(fù)雜，而復(fù)雜電磁環(huán)境對(duì)衛(wèi)星感知的影響決定著整個(gè)信息獲取的成敗。研究電磁環(huán)境和衛(wèi)星感知關(guān)系的根本目的是系統(tǒng)地研究電磁現(xiàn)象的規(guī)律和特點(diǎn)，以提高裝備系統(tǒng)以及電子感知體系對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境的適應(yīng)性，進(jìn)而控制、利用復(fù)雜電磁環(huán)境，保證衛(wèi)星感知能力的有效發(fā)揮。

（References）

[1]士元.歐洲偵察衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展[J].國(guó)際太空,2005(1)： 1

[2]王慧娟.復(fù)雜電磁環(huán)境抗干擾對(duì)策[J].科技資訊,2008(34)： 103

[3]焦遜.電子偵察衛(wèi)星對(duì)抗技術(shù)研究[J].電子對(duì)抗技術(shù),2004(1)： 36

[4]胡以華.衛(wèi)星對(duì)抗原理與技術(shù)[M].北京： 解放軍出版社, 2009-01： 195

[5]易明.美軍光電對(duì)抗技術(shù)、裝備現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)初探[J].紅外與激光工程, 2006, 35(5)： 602

[6]雷武虎.衛(wèi)星偵察與信號(hào)處理[M].北京： 解放軍出版社, 2008-09： 52