研發(fā)微納電子偵察衛(wèi)星面臨的挑戰(zhàn)與思考

石 榮，張 偉

（電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610036）

研發(fā)微納電子偵察衛(wèi)星面臨的挑戰(zhàn)與思考

石 榮，張 偉

（電子信息控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，四川成都610036）

傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星幾乎都是大中型衛(wèi)星，研制費(fèi)用高、周期長，難以具備戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用所要求的快速響應(yīng)能力；隨著技術(shù)的進(jìn)步，微納衛(wèi)星在近十年來得到了迅猛發(fā)展。在簡要介紹其發(fā)展概況的基礎(chǔ)上，分析了研發(fā)微納電子偵察衛(wèi)星在技術(shù)與應(yīng)用方面所面臨的挑戰(zhàn)，并從進(jìn)一步提高集成密度、編隊(duì)組網(wǎng)應(yīng)用方式、微波與激光相結(jié)合的星間通信、有效載荷與衛(wèi)星平臺的一體化、與目標(biāo)對象相適應(yīng)的偵察定位方法等多個(gè)方面闡述了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的措施與辦法，為后續(xù)微納電子偵察衛(wèi)星的研發(fā)與應(yīng)用提供參考。

航天電子偵察；微納電子偵察衛(wèi)星；芯片化集成；衛(wèi)星編隊(duì)組網(wǎng)；星間光通信；載荷與平臺一體化；偵察與定位

0 引言

通常將微衛(wèi)星與納衛(wèi)星統(tǒng)稱為微納衛(wèi)星，按照國際通用標(biāo)準(zhǔn)，微衛(wèi)星的整星質(zhì)量為10～100kg，納衛(wèi)星為1～10kg，所以微納衛(wèi)星的整星質(zhì)量一般為1～100kg。近年來微納衛(wèi)星的研制、發(fā)射與在軌試驗(yàn)呈現(xiàn)井噴之勢，由于其研制成本低、周期短、發(fā)射快速方便，因此成為航天領(lǐng)域中進(jìn)行新技術(shù)快速驗(yàn)證，以及滿足戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用中快速響應(yīng)要求的重要手段之一［1-6］。正是在這一發(fā)展浪潮的推動下，微納電子偵察衛(wèi)星的概念也隨之形成，并成為航天電子偵察下一階段的重要發(fā)展方向之一。本文首先對近年來微納衛(wèi)星的研究現(xiàn)狀及其應(yīng)用進(jìn)行概述，總結(jié)了微納衛(wèi)星在航天領(lǐng)域中的應(yīng)用優(yōu)勢。在此基礎(chǔ)上分析了微納電子偵察衛(wèi)星在設(shè)計(jì)、研制與應(yīng)用中所面臨的主要挑戰(zhàn)，并從多個(gè)方面論述了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)的措施與辦法。上述研究結(jié)果可為后續(xù)微納電子偵察衛(wèi)星的研制與應(yīng)用提供參考。

1 微納衛(wèi)星的迅猛發(fā)展

隨著近十幾年來微電子、微機(jī)械、微組裝、集成微器件、新型材料等技術(shù)的發(fā)展，衛(wèi)星的體積、質(zhì)量、功耗越來越小，而性能越來越強(qiáng)，各種形態(tài)的微納衛(wèi)星層出不窮。如21世紀(jì)初“美國大學(xué)納衛(wèi)星計(jì)劃”啟動，參加該計(jì)劃的十所高校研制了“三星”星群、“電磁輻射與閃光探測”、電離層探測衛(wèi)星編隊(duì)、“星群開拓者”、“太陽帆”等納衛(wèi)星，所演示的主要功能有：編隊(duì)飛行控制，星群無線通信，對地三維光學(xué)成像，太陽風(fēng)、地磁場與電離層中離子密度的測量，以及納衛(wèi)星的釋放等［1］。隨后工業(yè)界和軍方也紛紛投入到微納衛(wèi)星的設(shè)計(jì)、研制與試驗(yàn)之中，到目前為止，國外已有數(shù)百顆微納衛(wèi)星被發(fā)射升空，包括：SNAP-1“快照”衛(wèi)星，XSS-10、11，Cute-1.7+APD2，SMDC-ONE，DICE動態(tài)電離立方體試驗(yàn)衛(wèi)星，立方體系繩衛(wèi)星，觀測空間碎片望遠(yuǎn)鏡，CANX-4、5，“鷹眼”光電成像衛(wèi)星，立方體觀測-2衛(wèi)星，空間環(huán)境實(shí)驗(yàn)納衛(wèi)星，等［2-6］。

中國在微納衛(wèi)星相關(guān)技術(shù)方面也開展了大量研究，如清華大學(xué)于2000年研制的“清華一號”微納衛(wèi)星，體積為0.4m×0.4m×0.7m，質(zhì)量為70kg，主要用于環(huán)境和災(zāi)害監(jiān)測、民用特種通信以及科普教育等方面，隨后還研制了“納星一號”等多顆微納衛(wèi)星并實(shí)現(xiàn)在軌運(yùn)行［7］。近年來哈工大、國防科大等單位也在大力開展微納衛(wèi)星的設(shè)計(jì)研制與在軌試驗(yàn)工作。

由上文可見，當(dāng)前在全世界范圍內(nèi)都掀起了微納衛(wèi)星研制與試驗(yàn)的熱潮。相對于質(zhì)量上噸的大中型衛(wèi)星來說，其優(yōu)勢可歸納為如下幾點(diǎn)：

1）研制周期短，發(fā)射簡潔快速，能夠滿足局部戰(zhàn)爭和突發(fā)事件中戰(zhàn)術(shù)性應(yīng)用的快速響應(yīng)要求，同時(shí)也能滿足新技術(shù)快速驗(yàn)證的需求。

2）系統(tǒng)應(yīng)用靈活，整體可靠性高。將1顆大衛(wèi)星的任務(wù)分散由眾多微納衛(wèi)星來一起完成，任務(wù)可靈活地裁減與組合。大衛(wèi)星上任一部件失效都可能造成整星報(bào)廢，但眾多微納衛(wèi)星中任何一個(gè)失效，僅造成整體性能下降，而且還可以通過地面快速補(bǔ)充發(fā)射來替代失效的微納衛(wèi)星。

3）通過數(shù)量優(yōu)勢來實(shí)現(xiàn)星座組網(wǎng)運(yùn)行，可大幅度縮短整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)的對地重訪周期。

4）在保證任務(wù)功能的前提下，大量使用COTS商業(yè)貨架產(chǎn)品與器件，從而降低了研制成本。圖1是1個(gè)國外的大量采用商業(yè)貨架元器件的立方體微納衛(wèi)星，其整星體積約為0.001 m3，硬件成本僅為幾萬美元。

圖1 大量采用COTS的立方體微納衛(wèi)星

在當(dāng)前微納衛(wèi)星應(yīng)用熱潮的推動下，發(fā)展微納電子偵察衛(wèi)星也成為航天偵察領(lǐng)域的必然嘗試。目前已有部分文獻(xiàn)對微納衛(wèi)星的應(yīng)用前景進(jìn)行過簡要討論［8］，其主要應(yīng)用方向有：空間環(huán)境感知；通信與數(shù)據(jù)傳輸；對地或?qū)臻g目標(biāo)進(jìn)行光學(xué)成像觀測；新技術(shù)空間演示驗(yàn)證；其它空間科學(xué)試驗(yàn)等。可見，雖然當(dāng)前微納衛(wèi)星的試驗(yàn)熱潮依然強(qiáng)勁，但在上述實(shí)際應(yīng)用性試驗(yàn)中幾乎沒有電子偵察這項(xiàng)內(nèi)容。這也說明研發(fā)微納電子偵察衛(wèi)星還有一定的難度，下面就分析一下其所面臨的諸多挑戰(zhàn)。

2 研發(fā)微納電子偵察衛(wèi)星所面臨的挑戰(zhàn)

1）單顆微納衛(wèi)星的體積有限，不可能采用大型偵察接收天線，天線陣更加難以使用。而在傳統(tǒng)大中型電子偵察衛(wèi)星中，有的衛(wèi)星攜帶有口徑巨大的天線，而有的衛(wèi)星對地安裝面布滿了天線單元。天線口徑越大、增益越高，就越能有效提高系統(tǒng)偵察靈敏度，更有利于偵收微弱信號，但是在單顆微納電子偵察衛(wèi)星上只能安裝數(shù)量極其有限的低增益天線，系統(tǒng)偵察靈敏度受限。

2）將傳統(tǒng)意義上1顆大中型電子偵察衛(wèi)星的功能分解為眾多微納電子偵察衛(wèi)星一起來完成，這意味著原來處于同一顆衛(wèi)星中的數(shù)據(jù)總線與控制總線將演變?yōu)樾情g總線。在原來的大中型電子偵察衛(wèi)星中這些總線往往是高速大容量總線，通過有線方式連接，這就要求在微納電子偵察衛(wèi)星星群中，星間要實(shí)現(xiàn)大容量的無線數(shù)據(jù)高速傳輸與可靠控制。

3）微納衛(wèi)星中的有效載荷不再有分機(jī)的概念，要求其具有高密度集成特性。從圖1可以看出，整顆微納衛(wèi)星幾乎比傳統(tǒng)衛(wèi)星有效載荷系統(tǒng)中的1臺分機(jī)還小，而且整顆衛(wèi)星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)分機(jī)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)還有幾分類似，衛(wèi)星平臺與有效載荷之間的界限越來越模糊。使用傳統(tǒng)方法來進(jìn)行微納衛(wèi)星的設(shè)計(jì)與研制難以滿足微納電子偵察衛(wèi)星的要求。

4）單顆微納衛(wèi)星的供電能力非常有限。對于納衛(wèi)星，整星供電一般在幾瓦至三四十瓦范圍；對于微衛(wèi)星，整星供電一般在幾十瓦至二百多瓦范圍。這就要求電子偵察有效載荷必須是極低功耗運(yùn)行。

5）微納電子偵察衛(wèi)星需要高效的信號分析與處理算法，算法效率高才會耗能少，才能在有限的計(jì)算資源限制條件下獲得最終所要求的信號偵察處理結(jié)果，有效地完成電子偵察任務(wù)。

6）傳統(tǒng)的大中型電子偵察衛(wèi)星的偵察數(shù)據(jù)與處理結(jié)果的回傳都有專用的星地?cái)?shù)傳鏈路，但是對于微納電子偵察衛(wèi)星來說，大數(shù)據(jù)量的星地通信傳輸也是在整星體積、質(zhì)量、功耗嚴(yán)格受限和使用低增益星載天線條件下的一個(gè)難題。

除此之外，微納電子偵察衛(wèi)星與其它微納衛(wèi)星一樣還有一些需要共同面對的問題。例如：如何在體積、質(zhì)量、功耗嚴(yán)格受限條件下，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星姿態(tài)的精確控制，衛(wèi)星軌道的有效保持，在狹小空間范圍內(nèi)的電磁兼容設(shè)計(jì)等。這些問題在其它微納衛(wèi)星的在軌試驗(yàn)中正在逐步得到解決，解決措施也可以借鑒并應(yīng)用到微納電子偵察衛(wèi)星中，所以需要重點(diǎn)思考的還是前面所列的由微納電子偵察衛(wèi)星自身特點(diǎn)所帶來的挑戰(zhàn)。

3 應(yīng)對的措施與辦法

3.1 進(jìn)一步提高集成密度

“麻雀雖小，五臟俱全”，從組成要素上看，微納電子偵察衛(wèi)星平臺與傳統(tǒng)大中型衛(wèi)星平臺之間幾乎沒有區(qū)別，但其整星質(zhì)量在1～100kg范圍內(nèi)，要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，高密度集成是電子偵察微納衛(wèi)星平臺與有效載荷所必須具備的首要條件。按照集成度的大小，可分為如下2個(gè)層次：

1）板卡模塊級集成

傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星有效載荷中存在著各種分機(jī)，而在微納電子偵察衛(wèi)星中，這些分機(jī)都通過微波與數(shù)字集成為板卡模塊，并通過母板連接，進(jìn)行控制信號、數(shù)據(jù)信號等的傳輸與交換。這樣在微納電子偵察衛(wèi)星內(nèi)部，所看到的各個(gè)部件的主要形態(tài)就是板卡模塊，不同的板卡具有不同的功能。

2）芯片級集成

集成為芯片相對于集成為板卡模塊來說，其集成度更高，這意味著將傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星有效載荷中的一個(gè)分機(jī)所具備的大部分功能用一塊芯片來實(shí)現(xiàn)。于是在微納電子偵察衛(wèi)星中，各分機(jī)都變成了芯片，如微波前端芯片、頻率源芯片、微波下變頻芯片、中頻信號處理芯片等，甚至有的小芯片還可以通過SIP等技術(shù)進(jìn)一步集成為大芯片，各個(gè)芯片在印制電路板上通過微帶線和信號線進(jìn)行相互連接。這樣一來，進(jìn)一步縮小了整顆衛(wèi)星的體積與質(zhì)量，功耗也自然得到了降低。

顯然未來的微納電子偵察衛(wèi)星上1塊芯片就相當(dāng)于傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星上的1臺分機(jī)。隨著近年來微波與數(shù)字集成技術(shù)的發(fā)展，其實(shí)現(xiàn)的可能性也越來越大。實(shí)際上目前市面上已經(jīng)出現(xiàn)了采用1塊芯片就能完成寬頻帶的微波放大、變頻和數(shù)字化輸出的商業(yè)化芯片，而微納衛(wèi)星的一個(gè)重要設(shè)計(jì)理念就是大量采用商業(yè)貨架產(chǎn)品，這樣結(jié)合起來，不僅可以極大地提高集成度，大大降低整星的體積、質(zhì)量和功耗，而且研制成本也得到了極大的降低。

3.2 利用編隊(duì)組網(wǎng)運(yùn)行方式

將1顆大中型電子偵察衛(wèi)星的功能分解為眾多微納電子偵察衛(wèi)星一起來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上這些微納衛(wèi)星構(gòu)成了1個(gè)“虛擬衛(wèi)星”，又稱為1個(gè)“衛(wèi)星星群”，它們按照分布式組網(wǎng)來協(xié)同工作、編隊(duì)飛行。這個(gè)星群在太空中就構(gòu)成1個(gè)局域網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)中各顆衛(wèi)星相互之間的距離從幾米至幾千米不等。這樣的系統(tǒng)架構(gòu)不僅可以降低總體成本，而且通過星間互聯(lián)和功能分布，還可獲得更好的性能。整個(gè)系統(tǒng)靈活性更強(qiáng)，能容忍單點(diǎn)故障，并且通過改變相互之間的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，重新組合，還可實(shí)時(shí)改變系統(tǒng)的性能指標(biāo)，獲得最適合當(dāng)前任務(wù)的能力。所以衛(wèi)星星群的高級編隊(duì)飛行技術(shù)是實(shí)現(xiàn)虛擬衛(wèi)星的重要基礎(chǔ)，同時(shí)也是微納電子偵察衛(wèi)星后續(xù)應(yīng)用所必須解決的重要關(guān)鍵技術(shù)。

通過采用局域組網(wǎng)編隊(duì)形式，整個(gè)星群還可形成一個(gè)虛擬的天線孔徑，原來每一顆微納電子偵察衛(wèi)星上的天線增益都很低，但是通過空間虛擬天線孔徑，增加了天線接收總面積，從而提高了整個(gè)系統(tǒng)的接收增益，但是這其中的信號合成與處理也是后續(xù)需要重點(diǎn)解決的關(guān)鍵技術(shù)。

一般來說，地面向微納電子偵察衛(wèi)星編隊(duì)發(fā)送的數(shù)據(jù)主要是各種控制指令，數(shù)據(jù)量相對較小；而微納電子偵察衛(wèi)星編隊(duì)所形成的各種偵察數(shù)據(jù)都需要回傳至地面，其數(shù)據(jù)量非常大。如前所述，單顆微納衛(wèi)星的對地?cái)?shù)據(jù)回傳能力比較受限，但可以采用數(shù)據(jù)分布式回傳模式，即將所有需要回傳的數(shù)據(jù)比較均勻地分配給編隊(duì)中的各顆衛(wèi)星，利用其遙測發(fā)射通道，采用頻分多址或碼分多址的方式同時(shí)發(fā)射，而地面測控與數(shù)據(jù)接收站僅需要1副指向整個(gè)微納電子偵察衛(wèi)星編隊(duì)的接收天線就可以將上述數(shù)據(jù)全部接收，采用這樣的方式可以解決整個(gè)微納衛(wèi)星星群的遙測遙控與大數(shù)據(jù)量回傳的問題。

3.3 采用微波與激光相結(jié)合的星間通信傳輸

微納電子偵察衛(wèi)星的星間通信方式需要同時(shí)具備如下2種：

1）基于微波收發(fā)信道的低速率星間通信，主要確保微納衛(wèi)星編隊(duì)內(nèi)各顆衛(wèi)星的有效指控。由于天線增益低，功率發(fā)射模塊的發(fā)射功率低，所以該方式的信息傳輸速率相應(yīng)較低，只適合于控制類的低速率信息的交互與傳輸。

2）基于激光收發(fā)模塊的高速率星間通信。利用激光的高指向性特點(diǎn)，通過高增益高定向光學(xué)系統(tǒng)來提供接收與發(fā)射過程中足夠的EIRP，從而提高微納衛(wèi)星相互之間的信息傳輸速率。

實(shí)際上，微納衛(wèi)星星間采用激光通信方式來交換信息在2002年美國桑迪亞實(shí)驗(yàn)室就進(jìn)行過地面技術(shù)驗(yàn)證。進(jìn)行驗(yàn)證的納衛(wèi)星配置了基于激光的通信終端，采用了激光器后面具有光束分裂器和處理電子元件的經(jīng)典透鏡組件設(shè)計(jì)形式，并在地面演示了其全雙工的工作能力，即2個(gè)終端在2個(gè)方向可同時(shí)進(jìn)行發(fā)送和接收。該激光通信系統(tǒng)具有約3km的工作距離范圍，45°的視場，而且不需要常平架。這種激光通信系統(tǒng)便于跟蹤，即使離軸25°仍能保持信號聯(lián)系。美國桑迪亞實(shí)驗(yàn)室研制的全雙向激光通信模塊如圖2所示。

圖2 已經(jīng)得到驗(yàn)證的全雙向激光通信模塊

微納電子偵察衛(wèi)星編隊(duì)內(nèi)部各星之間采用激光通信也是由其應(yīng)用特點(diǎn)所決定的。如前所述，傳統(tǒng)的大中型電子偵察衛(wèi)星內(nèi)各部分通常采用高速數(shù)據(jù)總線互聯(lián)，在將這些功能分布到各個(gè)微納電子偵察衛(wèi)星上實(shí)現(xiàn)時(shí)，高速數(shù)據(jù)總線就自然演變?yōu)楦咚傩情g總線，在受到天線口徑限制的條件下，短距離的星間激光通信是滿足這一要求的較好解決方式。

3.4 載荷與平臺的綜合一體化

衛(wèi)星平臺一般包括：電源、姿控、推進(jìn)、結(jié)構(gòu)、熱控、測控、星務(wù)等各個(gè)分系統(tǒng)，微納電子偵察衛(wèi)星在電源、姿控、推進(jìn)方面與其它微納衛(wèi)星一樣，沒有太多的特殊性；但在結(jié)構(gòu)、熱控、測控、星務(wù)等方面需要重點(diǎn)發(fā)展平臺與電子偵察有效載荷的綜合一體化，這也是微納電子偵察衛(wèi)星與其它微納衛(wèi)星的重要區(qū)別所在。

微納電子偵察衛(wèi)星內(nèi)部可采用鋁蜂窩結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)同時(shí)也用于有效載荷各種功能模塊的結(jié)構(gòu)支撐，即有效載荷中相關(guān)的PCB電路板會直接緊固到微納衛(wèi)星的星體結(jié)構(gòu)上，從而形成衛(wèi)星平臺結(jié)構(gòu)與有效載荷結(jié)構(gòu)的融合與共用。這完全打破了傳統(tǒng)大中型衛(wèi)星中，有效載荷以獨(dú)立分機(jī)結(jié)構(gòu)形態(tài)研制，再安裝到衛(wèi)星平臺上的應(yīng)用模式，這也是微納衛(wèi)星在體積和質(zhì)量嚴(yán)格受限條件下的必然選擇。這同時(shí)要求微納電子偵察衛(wèi)星從設(shè)計(jì)開始，有效載荷研制方與衛(wèi)星平臺研制方就需要組建統(tǒng)一的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，協(xié)同化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一考慮結(jié)構(gòu)支撐的強(qiáng)度、各部件的熱傳導(dǎo)特性、熱仿真設(shè)計(jì)與控制、以及整體的電磁兼容與屏蔽措施，只有這樣才能做到二者的有機(jī)融合。

微納衛(wèi)星平臺的星務(wù)管理，與電子偵察有效載荷的數(shù)據(jù)綜合處理在硬件上是完全融合在一起的。采用統(tǒng)一的多核CPU處理板，運(yùn)行多任務(wù)實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，如Vx Works、嵌入式Linux等，將星務(wù)控制的相關(guān)軟件代碼分配到CPU的1個(gè)核中運(yùn)行，而將有效載荷的數(shù)據(jù)綜合處理軟件代碼分配到其它幾個(gè)核中運(yùn)行。由此可見，對于微納電子偵察衛(wèi)星來說，衛(wèi)星平臺的星務(wù)管理與效載荷的數(shù)據(jù)綜合處理僅僅在軟件代碼上有所區(qū)分，但在硬件系統(tǒng)上已經(jīng)做到了完全融合，這也區(qū)別于傳統(tǒng)的大中型衛(wèi)星中衛(wèi)星平臺的星務(wù)管理與有效載荷硬件完全獨(dú)立的模式。其好處是：衛(wèi)星的集成度更高，體積、質(zhì)量、功耗都得到了極大的降低；另一方面，如果采用多核CPU處理板一比一備份方式，這不僅有利于整個(gè)衛(wèi)星平臺與有效載荷可靠性的提高，還可實(shí)現(xiàn)功能軟件任務(wù)的靈活部署與動態(tài)調(diào)度，整顆微納電子偵察衛(wèi)星的處理性能也將得到極大的提升。

微納衛(wèi)星平臺測控、星間低速數(shù)據(jù)傳輸與有效載荷在硬件上也是融合在一起的。微納電子偵察衛(wèi)星最主要的任務(wù)是偵察接收地面和空間中各種電磁輻射源信號。實(shí)際上衛(wèi)星地面站也是一個(gè)典型的輻射源，所以對于微納電子偵察衛(wèi)星來說，衛(wèi)星平臺的遙控信號接收與處理功能，完全可以利用電子偵察有效載荷中的接收與處理模塊來實(shí)現(xiàn)。一般來說，微納電子偵察衛(wèi)星設(shè)計(jì)有多路偵察接收處理硬件通道，這些通道硬件可進(jìn)行動態(tài)調(diào)度，在將射頻信號下變成中頻并數(shù)字化之后，后續(xù)可采用不同的軟件來實(shí)施處理。這就意味著，衛(wèi)星平臺的遙控信號接收硬件與有效載荷的電子偵察接收硬件可以一體化設(shè)計(jì)，不同的僅僅是后續(xù)的數(shù)字處理軟件。對于遙控接收來說，包括：解調(diào)、譯碼、解密、指令獲取等功能軟件模塊；而對于電子偵察處理來說，包括：信號檢測、參數(shù)估計(jì)、測向處理、定位解算、非合作信息提取等功能軟件模塊。在硬件上不僅接收通道可以一體化，而且接收天線也可以一體化。

按照上述一體化設(shè)計(jì)思路，基于芯片級集成的微納電子偵察衛(wèi)星主要由如下幾部分組成：

1）綜合化的接收天線。

2）低噪聲放大，多通道微波下變頻芯片（集成有ADC）；同時(shí)含一體化遙控、星間信號接收通道。

3）用于信號預(yù)處理和信號產(chǎn)生功能的FPGA；用于信號精細(xì)處理與信號合成功能的DSP；同時(shí)含一體化遙控遙測、星間信號處理等功能。

4）能運(yùn)行星載實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的MCU；同時(shí)含一體化星務(wù)管理功能。

5）多通道微波上變頻芯片（集成有DAC）；功率放大器；同時(shí)含一體化遙測、星間信號發(fā)射通道。

6）綜合化的發(fā)射天線。

7）承載并連接上述芯片的PCB板。

8）與微納衛(wèi)星平臺相關(guān)的電源、姿控、推進(jìn)等獨(dú)立分系統(tǒng)；以及熱控、結(jié)構(gòu)、遙測遙控、星務(wù)管理、星間鏈路傳輸?shù)纫惑w化分系統(tǒng)。

從上述一體化可以看出，微納電子偵察衛(wèi)星平臺的星務(wù)管理、遙測遙控等分系統(tǒng)已經(jīng)與有效載荷緊密地融合在了一起。除此之外，結(jié)構(gòu)與熱控分系統(tǒng)也需要與電子偵察有效載荷進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。

3.5 與目標(biāo)對象相適應(yīng)的偵察定位處理方法

傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星通常功能比較完備，可以針對各種信號形式實(shí)施偵察，對各種電子目標(biāo)實(shí)施定位。而微納電子偵察衛(wèi)星的應(yīng)用往往具有極強(qiáng)的短期時(shí)效性，任務(wù)使命比較單一，這就使得其所面對的目標(biāo)對象也有較強(qiáng)的針對性。所以微納電子偵察衛(wèi)星有效載荷所覆蓋的工作頻段、接收信號的動態(tài)范圍、能適應(yīng)的目標(biāo)信號形式等都是傳統(tǒng)電子偵察衛(wèi)星的一個(gè)子集，這與微納衛(wèi)星在體積、質(zhì)量、功耗方面的限制是相適應(yīng)的。

盡管在全面性上有所不足，但是微納衛(wèi)星的任務(wù)針對性和專一性也為偵察定位性能的提升創(chuàng)造了條件，可以針對本次任務(wù)中主要目標(biāo)對象的信號形式開發(fā)高效的偵察處理算法。以信號檢測為例，理論上已經(jīng)證明在加性高斯白噪聲條件下，采用匹配濾波形式的檢測算法具有最高信噪比的優(yōu)良特性，如果在偵察數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有目標(biāo)對象的信號樣本，那么以此樣本來對該目標(biāo)對象實(shí)施信號檢測，將極大地提高偵察靈敏度，增加對該目標(biāo)信號的截獲概率。實(shí)際上針對特定目標(biāo)的信號偵察，還可以從接收天線的形式、信號采集的時(shí)序控制、信號參數(shù)提取算法等多個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)采用傳統(tǒng)偵察流程和處理方法所不能達(dá)到的效果。在星載定位方面，針對不同任務(wù)的特定目標(biāo)對象，也可以擇優(yōu)選擇無源定位的體制，提高參數(shù)測量精度，優(yōu)化數(shù)據(jù)處理算法。從理論上講，時(shí)差定位的精度一般都遠(yuǎn)高于測向交叉定位，而微納電子偵察衛(wèi)星在應(yīng)用數(shù)量上具有天然的優(yōu)勢，所以針對電子目標(biāo)的特點(diǎn)，有針對性地設(shè)計(jì)編隊(duì)構(gòu)型，可以進(jìn)一步提高對輻射源目標(biāo)的定位精度。而上述與目標(biāo)對象相適應(yīng)的偵察定位處理方法也是后續(xù)微納電子偵察衛(wèi)星在技術(shù)上需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容之一，這也在一定程度上體現(xiàn)出了微納電子偵察衛(wèi)星的特色與優(yōu)勢所在。

4 結(jié)束語

可以預(yù)見，在未來的航天電子偵察領(lǐng)域中電子偵察衛(wèi)星的實(shí)體形態(tài)將主要向兩個(gè)方向發(fā)展：一個(gè)是超大型電子偵察衛(wèi)星，將攜帶大型可展開天線，功能強(qiáng)大、性能極高，主要用于執(zhí)行戰(zhàn)略性電子偵察任務(wù)；而另一個(gè)就是微納電子偵察衛(wèi)星，研制周期短、成本低、發(fā)射速度快，在針對性任務(wù)中性能也不弱，具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)，主要用于執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)性電子偵察任務(wù)。這兩種電子偵察衛(wèi)星相得益彰，互為補(bǔ)充，可滿足未來一段時(shí)期內(nèi)航天電子偵察任務(wù)的主要需求。而本文重點(diǎn)對發(fā)展微納電子偵察衛(wèi)星的相關(guān)問題進(jìn)行了探討，在分析了研發(fā)與應(yīng)用微納電子偵察衛(wèi)星所面臨的各種挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，根據(jù)微納電子偵察衛(wèi)星自身所具備的主要特點(diǎn)與航天電子偵察的應(yīng)用要求，提出了應(yīng)對挑戰(zhàn)的相關(guān)措施與辦法，研究結(jié)果對于后續(xù)微納電子偵察衛(wèi)星的研制與應(yīng)用具有一定的借鑒意義?！?/p>

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Challenge and pondering on the development of micro-nano electronic reconnaissance satellite

Shi Rong，Zhang Wei
（Science and Technology on Electronic Information Control Laboratory，Chengdu 610036，Sichuan，China）

The traditional electronic reconnaissance satellites are almost large-scale or medium-scale satellites.It is expensive in the cost of development and the long-term for production is required.It is very difficult for rapid response to the tactical application.With the development of technique，all kinds of micronano satellites have come forth in recent years.Micro-nano satellite development is briefly introduced.The challenge on the development of micro-nano electronic reconnaissance satellite is analyzed in technique and application.The resolving measurements for these problems，such as denser integration，satellite formation and network，microwave and optical communication among satellites，integration of payload and platform，reconnaissance and passive location method adaptive for the special objects，are put forward and explained in detail． It is the important reference for development and application of the micro-nano electronic reconnaissance satellites.

aerospace electronic reconnaissance；micro-nano electronic reconnaissance satellite；chip integration；satellite formation and network；optical communication among satellites；integration of payload and platform；reconnaissance and passive location

TN971；V474.2+7

A

2015-03-13；2015-05-15修回。

石榮（1974-），男，博士，主要從事電子對抗、雷達(dá)與通信系統(tǒng)方面的研究。