太空態勢感知體系結構及發展趨勢研究

中國電子科技集團公司第三十八研究所 洪興勇安徽新華學院電子通信工程學院 李文瑾

太空態勢感知體系結構及發展趨勢研究

中國電子科技集團公司第三十八研究所 洪興勇
安徽新華學院電子通信工程學院 李文瑾

太空態勢感知作為太空攻防對抗作戰主要活動，是太空信息化戰爭的主要支撐力量。本文研究了太空態勢感知技術及其功能，分析了太空態勢感知活動類型，建立了太空態勢感知體系結構，最后總結了太空態勢感知的發展方向，為我國態勢感知系統建設和發展奠定技術基礎。

太空目標；態勢感知；監視探測；輔助支持

1 引言

進入新世紀以來，以信息網絡、太空運載、有效載荷等技術為核心的高新技術蓬勃興起并得到廣泛應用，推動了世界范圍內的軍事變革，將戰爭空間逐步引向太空[1]。可以預見，在未來，戰爭的基本形式之一將會是太空信息化戰爭，其主要戰斗力將集中于信息技術，而主要作戰形式將著眼于如何通過太空獲取制勝權。通過伊拉克戰爭、科索沃戰爭和阿富汗戰爭等局部軍事沖突可知[2]，情報信息和環境特性參數的獲取、利用、分發、共享由過去的以地?？栈脚_為主逐步過渡到以天基網絡為主的廣域信息系統，實現了情報信息的實時獲取和近實時的處理分發，提高了態勢感知的能力和水平。

本世紀以來，美軍不斷修改完善《國家太空政策》和《太空作戰》等法規制度和條例條令，意在規范并提高美軍的太空作戰能力[3]。太空攻防對抗是指在太空態勢感知基礎上，針對空間系統展開的進攻與防御作戰行動，確保己方空間行動自由，并在必要時限制、拒止和摧毀敵方空間能力，可見，未來戰爭中對空間的控制和利用能力是太空攻防對抗能力優劣的反映，進而成為奪取制天權和制勝權的關鍵。根據太空作戰任務目的和特性不同，太空攻防對抗包括空間態勢感知、進攻性空間對抗和防御性空間對抗三大任務。太空態勢感知作為太空攻防對抗作戰活動的主要組成部分，本文研究了太空態勢感知技術及其功能，探討了太空態勢感知類型，構建了太空態勢感知體系結構，最后總結分析了太空態勢感知的發展方向，推進為我國態勢感知系統建設和發展。

2 太空態勢感知及其功能

太空態勢感知是指對太空戰場環境、限制、能力和行為的了解和掌握，對敵我雙方太空力量一切要素、行動和活動的當前認識和未來預測，目的是分析、評估來自太空的各種威脅，為太空攻防提供全方位信息支持、輔助航天測控和彈道導彈預警等，包括太空目標監視探測、環境監控和與空間系統及行動有關的情報信息搜集與處理等[4]。太空態勢感知是各種空間活動的基礎，支持多個關鍵任務目標，包括支持國家安全戰略、執行和確認國際條約協定、確?？臻g飛行安全、保護太空活動和設施、為太空對抗提供目標信息，支持太空作戰指揮控制等。

太空態勢感知服務于全維太空作戰態勢感知，提供太空環境、空間系統以及太空效應之間的聯系，達到實現攻擊敵方空間系統、保護己方空間系統的目的，其主要功能有：

（1）太空環境的準確預報使在軌航天器的管控成為可能，及時調整太陽能電池板使其平行于即將來臨的流星雨以減小破壞，或者改變衛星軌道以避免碰撞或攻擊，或及時關閉偵收接收機和光學鏡頭等。

（2）獲得的太空目標和環境感知信息，加上關聯各種效應的能力，融入各種接收處理的先驗信息，使得操作人員可以預測和避免電磁干擾和有意攻擊，對于準確判定空間系統故障原因（太空環境影響，無意干擾，還是敵方有意攻擊等）也具有重要作用。

（3）太空態勢感知提供了有關敵方空間系統和計劃的詳盡情報，使得太空攻防對抗從計劃、行動到評估成為可能。

3 太空態勢感知類型

按太空態勢感知系統的功能要素劃分，主要包括情報搜集、目標監視、目標偵察、環境監測和指揮控制等五種活動類型[5]。

（1）情報搜集

對國外（敵方或第三方）空間能力及運用情況的特征描述、分析與評估，包括利用太空力量獲取優勢的所有信息，太空力量和設施的運作方式及對軍事行動的影響，太空力量弱點、優勢和企圖等，有可能構成威脅的發展動向情報信息等[6]。對敵方太空能力的描述與分析，不僅支持太空防御措施規劃和進攻行動中目標遴選，也支持太空攻防對抗效能評估。需求推動太空態勢情報產品生成，太空專業人員必須明確關鍵性信息需求，從而使得情報策劃人員可以確定情報需求基本要素和優先級，以指導太空態勢情報開發。同樣，情報人員必須積極主動地與太空部門保持交流，確保情報功能、選擇和限制能夠被準確把握。

（2）目標監視

目標監視是指對太空目標進行系統、連續的觀測和信息收集，包括航天器軌道運動參數、預期和非預期的航天器發射、機動、再入等活動，以及太空環境監測，生成在軌航天器編目數據庫和相關情報產品，為軌道安全、威脅預警和目標指示提供支持[7]。航天器編目數據庫是一個提供太空目標位置、速度等運行信息的綜合產品，由此進行軌道預報，分析太空目標的威脅和友方、敵方以及第三方空間活動態勢。

（3）目標偵察

利用光電、紅外、雷達和偵收設備等手段，提供太空目標狀態分析、目標確定和打擊效果評估等所需的特征信息，以及太空非持續性信號情報。利用空天平臺對敵方空間系統地面設施和地基空間武器的偵察也屬于太空態勢感知范疇。很多情況下，執行偵察活動的設備也能夠引導監視活動。

（4）環境監視

環境監視是指對太空電磁和氣象環境的特征描述和預報，包括太陽風、宇宙射線、地球與行星際磁場、流星體、空間電磁和氣象等環境信息[8]，不僅改善了太空態勢感知性能，也有助于自然環境效應預報與作戰行動規劃，極大地增強了決策者做出決策反應的能力。

（5）指揮控制

指揮控制是太空態勢感知的核心，一方面太空態勢感知提供了指揮控制所需的目標與態勢信息，支持指揮控制活動及時、精確、有效；另一方面指揮控制通過提供作戰力量狀態信息和太空能力，提高了作戰行動的支持理解的準確性，增強了空間態勢感知能力。

4 太空態勢感知體系結構

太空態勢感知系統是對太空作戰空間內所涉及的各方兵力、太空平臺、武器裝備和作戰環境等信息進行實時掌控的信息系統，主要由雷達、通信、光電傳感器和偵收接收機等設施設備、數據處理分析識別平臺等組成，能對作戰環境中的各種信息進行實時采集、處理、分發、顯示，并具備作戰態勢可視化的功能[9]。太空態勢感知體系結構主要由監視探測系統、太空態勢感知中心和輔助支持系統組成。

4.1 監視探測系統

對太空目標進行測軌編目與軌道識別是所有太空目標監視系統的基本任務，因此太空目標監視探測系統必然包括各種搜索、捕獲、跟蹤與偵收設備，且盡可能廣域分開布設。現有空間目標監視系統是由地基空間目標監視系統和天基空間目標監視系統共同構成。其中，地基空間目標監視系統的作用主要是利用地基光電觀測、雷達探測、無線電偵測等手段，對太空目標進行搜索和跟蹤，其技術成熟，收索跟蹤效果較好，但易受氣象、地理位置和時間的限制，需進行坐標轉換和氣象參數修正等處理[10]。采用將傳感器部署在天基平臺上的方式，可保證天基太空目標監視系統不受地理位置和氣象條件的限制，其優勢為良好的探測效果，和較強的戰時生存能力，其缺點為造價成本較高，并且目前星上信息處理的能力和功率尚未達到地基監視探測系統的級別。

太空目標監視系統的基本工作方式有：搜索、跟蹤、偵察?！半娮踊h笆”專門工作在搜索方式，用于發現太空目標，并進行初軌確定和目標識別；大型相控陣雷達既可以工作在搜索方式下，也可以工作在跟蹤方式下，用于發現、跟蹤太空目標，并進行初軌確定、軌道改進和目標識別；光電望遠鏡、各種光學/雷達成像設備主要工作在跟蹤方式，在太空目標態勢感知中心的引導下，發現、跟蹤太空目標，進行精密定軌、高分辨率成像和目標識別。

雷達/光學設備和電磁偵收設備組網工作作為太空目標監視探測偵收集成融合模式，利用了不同體制、不同頻（譜）段的雷達/光學設備交錯配置、盲區互補，能及時發現和掌握來自不同高度、不同方向的各類目標和太空環境，可顯著增大對太空目標的探測概率和電磁環境的截獲概率，增加目標的監視探測和偵收數據率；采用先進的數據處理技術和高性能計算處理平臺體系，快速融合處理探測數據，可提高對目標航跡探測、太空電磁特性和氣象特性的連續性和測量精度，增強對隱身目標、低空飛行目標、快速機動目標和電磁與氣象環境等的探測跟蹤和偵收監測分析能力。

4.2 太空態勢感知中心

太空態勢感知中心的工作主要圍繞太空目標數據庫，對各監視探測設備進行任務計劃安排，數據采集分配，電磁和氣象等環境監測分析，軌道確定與修正，并進行目標識別，同時又以太空目標數據庫為終結，將數據處理結果存入數據庫，如圖1所示。

圖1 太空態勢感知中心主要任務流程圖

太空態勢感知中心利用太空目標的初定軌結果進行過境預報，分析太空目標穿越態勢感知系統的監視空域，并且預報出現時刻和出現位置，并利用太空環境特性數據，綜合制定觀測任務計劃，為各個設備分配觀測任務，引導各個設備進行搜索、跟蹤、成像、測量、偵收等操作，利用多組設備的多組測量結果進行信息關聯、集合與融合處理，達到空間目標編目、管理、識別的目的。太空目標態勢感知中心監視探測處理流程如圖2所示。

圖2 太空目標態勢感知中心監視探測處理流程

太空態勢感知系統數據庫主要包括太空環境數據庫和太空作戰態勢數據庫，以及數據輸入和更新程序，并可采用可視化方式，為用戶提供各種太空作戰態勢信息應用服務，其內容包括了對太空環境信息的顯示與查詢、對于各種作戰要圖進行輸出、標繪出對抗雙方的態勢和推演預案等。

4.3 輔助支持系統

為保證太空態勢感知系統的有效運轉，需要提供必要的輔助支持系統，主要包括時間統一系統、通信系統和數據鏈路等。

（1）時間統一系統。由時統中心和若干時統分中心組成，系統設備主要是由無線電接收機、原子頻率標準(原子鐘)、標準信號發生器等組成，也可應用GPS、GLONASS等導航定位衛星系統為各設備提供精準授時服務，保證整個太空態勢系統工作在同一個時統下。

（2）通信系統。主要組成是無線、有線和光纖的通信設備設施等，其作用是保證系統中心與各監測臺站之間的通信聯絡已及數據傳輸，最終實現太空態勢感知活動的指揮控制和對設備遠程操作。

（3）數據鏈路。主要采用無線通信方式，連接太空平臺與太空平臺、太空平臺與地面節點的通信鏈路?？臻g系統依賴無線電頻率或激光鏈路來提供太空平臺和地面節點間（衛星到地面站或衛星到用戶）、地面節點間（地面站到用戶）和衛星間（衛星到衛星）的數據信息傳輸。在軌衛星和衛星地面站/用戶通過上、下行鏈路來傳送數據與信息。上行鏈路為衛星平臺和傳感器載荷傳送指揮控制指令，衛星平臺狀態和傳感器載荷數據信息則通過下行鏈路傳回地面站進行處理。

5 太空態勢感知發展結論

太空態勢感知是一個比較前沿的具有挑戰性的前瞻研究領域，國內外研究熱情目前方興未艾。為提高太空態勢感知的能力，需隨著雷達、光學等傳感器技術、分布式數據融合處理和網絡化云計算處理挖掘技術等的快速發展，建設先進的天地基監視探測設備設施和數據處理挖掘系統，將逐步提高工程應用水平。通過太空態勢感知的研究，主要結論有：

（1）不斷加強太空態勢感知體系結構規劃，構建分布式網絡化態勢感知系統，確保海量太空感知數據的精準有效處理和分發共享，提供有效適量的情報信息數據產品。

（2）隨著光學/光電和雷達設備監視跟蹤探測超遠程化、微波器件工藝高功率化、太空信息圖像化（逆合成孔徑成像）等，進一步增強原始監視探測數據的獲取能力，將有效推動太空態勢感知技術的發展。

（3）采用地海空基和天基監視探測設備，不斷推出多維數據融合提取方法，將有力推進太空目標特性數據獲取處理分析識別等技術的發展。

（4）隨著智能數據處理、云數據挖掘和分布式處理計算平臺等的進步，目標特性數據庫將越來越完善，可以快速提升太空目標感知的水平和質量。

（5）研究弱小信號檢測和多源圖像融合處理等算法，不斷提高太空目標監視識別能力，實現在軌有效載荷的規避防護、太空目標監視識別和環境監視等，確保有效進出、控制、開發和應用太空。

（6）研究采用信息支援和網絡防護等抗干擾手段，抵消因采用電子戰和計算機網絡攻擊手段造成的信息欺騙、干擾和拒止等行為，確保態勢感知系統的信息安全。

[1]沈懷榮,張占月,徐艷麗等．航天任務分析與設計基礎[M]．北京:科學出版社,2015:34-55．

[2]耿衛東,杜小平,李智等．空間態勢感知導論[M]．北京:國防工業出版社,2015:21-26．

[3]李穎,張占月,方秀花．空間目標監視系統發展現狀及展望[J]．國際太空,2004(6):28-29．

[4]許小劍,黃培康．防空雷達中的目標識別技術[J]．系統工程與電子技術,1996,18(5):48-62．

[5]卜正明,李相迎,黃順東．基于小波功率譜估計的空間目標RCS特性分析[J]．現代雷達,2004,26(2):47-49．

[6]蔡幸福,張雄美,高晶．空間目標特性分析與識別[M]．北京:國防工業出版社,2015:8-12．

[7]黃小紅,姜衛東．空間目標RCS序列周期性判定與提取[J]．航天電子對抗,2005(2):29-30．

[8]金勝,高梅國,王洋．基于RCS的空間目標識別技術[J]．現代雷達,2010,32(6):59-62．

[9]金勝,李玉書．利用RCS信息的空間目標雷達識別[J]．飛行器測控技術,1998,17(4):43-51．

[10]蔣立正,李宗利,劉淑茜等．雷達空間目標識別仿真系統設計[J]．現代防御技術,2005,33(2):56-60．

Research of Space Situation Awareness Infrastructure and Development Trend

Space situation awareness is the main activity of space attack and defense countermeasure operation，and the main supporting force.The space situation awareness technology and its function are studied in the paper，the activity types is analyzed regarding of the space situation awareness，and then its infrastructure is set up，in end the development direction is summarized，all that provide the technical basis for the construction and development in our country.

Space Target；Situation Awareness；Detection and Surveillance；Assistant support