衛星偵察在復雜電磁環境下的感知效果影響分析

姚月松

（中國人民解放軍某部隊，北京 100094）

0 引言

近年來，越來越多的國家和地區開始打造自己的軍用衛星系統特別是偵察衛星系統，以增強對本國及周邊地區的防御能力，世界軍事航天活動多極化趨勢開始顯露[1]。而衛星偵察不可避免地要在周邊各類復雜的電磁環境下工作，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。所謂的復雜電磁環境主要是指信息化戰場上在交戰雙方激烈對抗條件下所產生的多類型、全頻譜、高密度的電磁輻射信號，以及己方大量使用電子設備引起的相互影響和干擾，從而造成在時域上突發多變、空域上縱橫交錯、頻域上擁擠重疊，嚴重影響武器裝備效能、作戰指揮和部隊作戰行動的無形戰場環境[2]。衛星感知不僅僅受到地表和大氣中各類電磁環境的干擾，而且其本身系統內在運行過程中也可能產生互相干擾，因此其電磁環境比地面上的電子設備更復雜。本文針對復雜電磁環境對電子偵察衛星、衛星導航定位系統、光電成像衛星與雷達成像衛星感知效果的影響與對策作了簡要探討。

1 復雜電磁環境對電子偵察衛星感知效果的影響

電子偵察范圍很大，往往是全球普查，因此電子偵察衛星要面臨很復雜的信號環境。在各類衛星載荷中，電子偵察設備所面臨的信號環境是最復雜的——信號流密度高，信號形式復雜。我們知道通信與測控信號多為連續信號，雷達信號多為脈沖掃描信號，在偵察時要能適應復雜信號環境而且要避免互相干擾。電子偵察衛星由于接收頻段寬，而且還要做到避免內部干擾，因此一般采用帶通濾波以減少這方面的干擾；同時，采用擴展頻譜、星上接收天線調零技術、多星偵察與組網，不定期對衛星偵察的空間環境進行評估以采取相應的抗干擾措施都能有效保護衛星免受電子干擾。特別要指出的是，星上在開機接收目標信號以及在用戶接收范圍內釋放下行信號時容易對周邊系統產生很大的瞬時電流沖擊，一般可采用二次濾波消除此類干擾。

除了星上系統內部的電磁互擾外，常見的對電子偵察衛星有影響的很多是地面有意或者無意的大量干擾。例如通過在雷達系統周圍部署大量有源欺騙設備，并使其載頻、重頻及相位與雷達相關，這樣可使衛星難以對雷達系統進行準確的定位[3]。外界的人為干擾可分為高強度壓制干擾信號和數字調制加載干擾，對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；對于欺騙式數字調制干擾，一般是在載波上附加干擾信號，使接收方誤碼率增加，最終無法正確解調出信號或者解調出來但無法分析。

無論是人為的還是無意的電磁環境，都有必要先科學評估周邊電磁環境，在此基礎上提高衛星的系統靈敏度，以改進截獲輻射源信號的功率措施。被觀測的信號源的參數經常有所變動以逃避偵察，星上觀測信號的參數需要即時進行調整；地面接收站應對這些信號進行歸類并建立數據庫，根據事件的發生對信號進行長期跟蹤以描繪出輻射源的活動軌跡。對新出現的信號需要謹慎處理，單次的出現不適宜作為判據，因為其中也可能存在一些人為或者星載設備噪聲引起的虛假信號，而對信號的統計意義上的處理結果對判斷電磁態勢的變化是更加有效的。對于敵方有意采取的假目標布設干擾，可采取多星多時刻聯合偵察和數據對比來排除虛假目標信號。

2 復雜電磁環境對衛星導航定位系統的影響

衛星導航定位系統信號功率遠遠低于電視衛星信號的功率，因此只要知道信號特征，就可用功率較小的干擾機對其干擾；而且信號有可能受到大氣電離層和對流層的延遲效應、多徑效應、阻擋信號的建筑物以及其他周邊通信設備的無意干擾。這里以美國的GPS（全球定位系統）為例。GPS是美國國防部研制的軍民兩用的全球范圍定位、測速以及授時系統，主要由空間段（24顆衛星）、地面段和用戶段組成。接收機的工作方式、接收頻率等固定已知，對干擾方是透明的。到達地球表面的衛星信號電平非常弱，一般不大于-150 dBW，信噪比相對較低，因而對其主瓣實施干擾所需的功率較小。GPS導航定位面臨的最大問題就是信號強度不夠，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在幾十km范圍內無法正常工作。實際上，美國的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；軍用碼有適當改變以應付干擾的能力，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，提高接收機的抗干擾能力是比較有效的一種方法。常見的干擾接收機的類型為欺騙式和壓制式：欺騙式主要是在接收機開機前就存在，幅度較真實信號大，由于時間不同，隨機相位也不同，較易被接收機鎖定。壓制式干擾較有效的一般是采用與衛星信號有相關性的信號，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，能做到增加接收機的抗干擾冗余、有效對抗已知的干擾類型并對未知的干擾信號作出估計，提供給操作員可靠的參考。另一個更有效的方法就是提高軍用碼發射功率，但目前尚未大規模應用。總的來說，GPS抗電磁干擾能力還是比較弱的。

3 復雜電磁環境對光學成像衛星感知效果的影響

光學成像衛星探測工作頻率一般在300 GHz以上，主要用于軍事上的紅外預警、資源探測、氣象監測，大范圍監測紅外熱源、對地表的小目標進行高精度成像。而如何在地表和大氣層復雜電磁環境中提高光電探測效能是提高光學成像衛星探測精確度的關鍵。光感知的核心設備就是光探測器，這些設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影響。

對光學成像衛星探測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境因素的干擾。對紅外成像衛星來說，除去目標刻意降低自己紅外輻射強度外，最常見的就是提高自己的背景紅外輻射強度或者是背景噪聲，以便使目標湮沒在背景中；而由于背景噪聲變大了，系統為了能夠正常識別，勢必進行自動增益控制，這樣會導致噪聲強度的提高，在探測器中接收到的就是一片模糊的難以識別的紅外圖像。另一種干擾是考慮到紅外窗口的存在，采用煙幕吸收目標發射的紅外信號，直接對紅外輻射強度造成衰減，主要通過采用干擾材料和器件，阻斷光路傳播路徑，改變目標輻射特性以及與背景的輻射差異，削弱光電探測器的探測效果?？刹捎脽熌?、水幕、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，達到降低光電探測準確度的目的。實戰證明采用煙幕遮蔽方式是比較有效的。例如在海灣戰爭中，伊拉克點燃了數百口油井；科索沃戰爭中，南聯盟燃燒了大量的廢舊汽車輪胎。這都使戰場上空形成了持久的彌天煙霧，在一定程度上起到了保護自己的作用，有效地降低了敵方空天光電探測系統的工作效能。

實際上，光學成像衛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生強大的光束。由于激光束抗干擾能力強，傳輸時不受外界電磁波影響，可在電磁干擾環境中工作，使目標難以利用電磁干擾手段避開激光武器的射擊，因而可對光電成像傳感器造成不可逆的致盲損傷[4]。

為了實現有效的對抗，光電對抗裝備工作波段必須進行相應的擴展，且須將多波段的信息進行融合，這不僅能大大降低告警設備的虛警率，也可提高對抗敵方裝備的成功率[5]。

4 復雜電磁環境對雷達成像衛星感知效果的影響

從上節的探討可知，光學成像衛星有其弱點，即光學頻段易受氣候、地形等自然不利因素的影響，在一些場合無法正常完成有效探測。而雷達成像衛星不受此類干擾因素影響，可以彌補光學成像衛星不能全天候、全天時進行偵察的不足，并對非金屬覆蓋建筑有一定的穿透能力，從而能識別偽裝，發現地下軍事設施。其幅寬也比較大，因此時間分辨率較高，這對全面觀測戰區和偵察全球性軍事動態有重要意義。上節提到的伊拉克和科索沃點燃油井與廢舊輪胎以產生煙霧逃避光學衛星的探測，但雷達成像衛星完全無視此類影響，它是靠自身提供照射（雷達脈沖），因此不論白天還是黑夜，都可以隨時對目標成像。而且，由于雷達的波長要比可見光或紅外光長得多，所以合成孔徑雷達（SAR）還能夠透過云霧和煙塵探測到地面目標，這一點是可見光和紅外遙感儀器無法做到的。雷達成像的缺點是分辨率不如光學成像高。因此，從目前的技術水平來看，兩者結合使用是最佳搭配。

影響星載SAR目標定位的主要誤差源包括衛星的星歷誤差、回波時延誤差、電磁波傳播效應誤差、目標高度誤差、多普勒中心頻率誤差、時鐘誤差等[6]。就電磁影響方面來說，SAR對回波信號的處理可分為距離和方位兩部分。從干擾方程來看，SAR發射的信號經過目標反射有一次衰減，傳輸路徑衰減與距離4次方成正比；而干擾信號未經過反射，所以其衰減只與距離2次方成正比，因此較小功率的信號可能干擾一定范圍內的SAR信號。目前對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域和頻域上考慮?？偟膩碚f，SAR的干擾與抗干擾突破點較多，研究價值較高。

5 結束語

衛星偵察由于其結構和空間的特殊性，抵御電磁干擾要比一般情況下更加復雜，而復雜電磁環境對衛星感知的影響決定著整個信息獲取的成敗。研究電磁環境和衛星感知關系的根本目的是系統地研究電磁現象的規律和特點，以提高裝備系統以及電子感知體系對復雜電磁環境的適應性，進而控制、利用復雜電磁環境，保證衛星感知能力的有效發揮。

（References）

[1]士元.歐洲偵察衛星系統的發展[J].國際太空,2005(1)： 1

[2]王慧娟.復雜電磁環境抗干擾對策[J].科技資訊,2008(34)： 103

[3]焦遜.電子偵察衛星對抗技術研究[J].電子對抗技術,2004(1)： 36

[4]胡以華.衛星對抗原理與技術[M].北京： 解放軍出版社, 2009-01： 195

[5]易明.美軍光電對抗技術、裝備現狀與發展趨勢初探[J].紅外與激光工程, 2006, 35(5)： 602

[6]雷武虎.衛星偵察與信號處理[M].北京： 解放軍出版社, 2008-09： 52