基本介紹
- 中文名：海洋監視衛星
- 外文名：Marine surveillance satellite
- 類別：衛星
- 套用：探測、識別、跟蹤、定位
- 完成方式：由主動/被動型兩類衛星協同進行
- 舉例：“白雲”系列，“US-P”系列
套用,作用範圍,分類,定位方式,關鍵技術,發展概況,
套用
海洋監視衛星海洋監視衛星主要用於探測、監視海上艦船和潛艇活動，是一種實時或近實時地偵收竊聽艦載雷達信號和無線電通信信號的偵察衛星。它能在全天候條件下監測海面，有效鑑別敵艦隊形、航向和航速，準確確定其位置，能探測水下潛航中的核潛艇，跟蹤低空飛行的巡航飛彈，為作戰指揮提供海上目標的動態情報，為武器系統提供超視距目標指示，也能為本國航船的安全航行提供海面狀況和海洋特性等重要數據。同時，也能為水面艦船提供通信。另外，它還能探測海洋的各種特性，例如海浪的高度、海流的強度和方向、海面風速、海水溫度和含鹽量及海岸的性質等，可為國民經濟建設服務。因此，海洋監視衛星在民用及軍事套用中均有重大意義。
海洋監視衛星能利用太空優勢和高度，覆蓋廣闊海洋，能實時監視艦船、潛艇活動，偵察監聽和監測艦艇雷達信號，發現、跟蹤和定位；監測艦艇的無線電通信，從而發現艦艇的接發的秘密信息，並根據信號源定位，同時破譯通信秘密。海洋監視衛星的高科技監視儀器能詳盡地探測和鑑別海上艦船，並準確地確定坐標方位、航向和航速。根據海洋監視衛星裝載的偵察、監視設備的不同，分為主動監視型和被動監視型；根據海洋監視衛星的偵察方式，分為雷達監視型和電子監視型。各種海洋監視衛星互相發揮特長、彌補缺陷，達到全方位全時空監視海洋。
作用範圍
一般來說，需進行監視的海洋目標具有以下特點：（1）幾何尺寸較大，對探測的空間解析度要求不高；（2）通常是金屬結構，輻射、散射特性及對可見光的反照率有明顯特徵，特別對無線電波具有較強反射能力，使無線電探測成為對海洋目標進行探測的有效途徑；（3）大都是低速運動目標，不需要採用對高速運動目標進行監視的凝視手段，但是，要求有較高的時間解析度和較高的定位精度對航速和航向進行測定；（4）時刻在輻射無線電信號，可以採用電子偵察的技術途徑實現對海洋目標的監視。
一般來說，海洋監視衛星應該具有寬闊的覆蓋範圍，以便於發現稀疏的海洋目標；從武器的性能和實戰的需要考慮，海洋目標的定位精度必須優於5km；由於海洋軍事情報總是動態的，對海洋目標進行跟蹤監視、測量位置、航速和航向，要求海洋目標監視系統時間解析度至少在2～4h。綜合這些方面考慮，衛星由於其本身所具有的覆蓋範圍大，定位精度高，重訪時間短，探測手段多的特點，使它成為對海洋目標進行監視的有效途徑。通常，我們把由海洋監視衛星組成的系統，稱為衛星海洋目標監視系統。
分類
海洋監視衛星按所攜帶的偵察、監視設備的不同和採用的偵察手段的不同，大體可分為電子偵察型海洋監視衛星和雷達型海洋監視衛星，前者又稱被動型海洋監視衛星，後者又稱為主動型海洋監視衛星，兩者相互配合協調工作。主動型海洋監視衛星一般載有大功率、大孔徑、核動力雷達，它發射雷達波束來對海面掃描並接收由目標反射的回波信號，以確定艦船的位置和外形尺寸。這類衛星能在惡劣的氣象條件和海況下實施晝夜監視。被動型海洋監視衛星利用電子偵察設備截獲海面目標發射的無線電通信和雷達信號以測定海面艦隻的位置，或利用毫米波輻射儀和紅外掃瞄器等探測潛航中的核潛艇。
電子偵察型（又稱被動型）
電子偵察型海洋監視衛星系統採用多顆衛星組網工作，利用星載電子偵察接收機同時截獲海上目標發射的無線電信號，來測定目標的位置和類型。這種方式與導航衛星採用的雙曲線導航法類似，即測出2 顆衛星收到海面某信號源的時間差(兩衛星到信號源的距離差)，即可獲得以這2 顆衛星為焦點的雙曲面，再用另外2 顆衛星又可獲得另一雙曲面，兩雙曲面之交線與地面的交點就是海面信號源的位置。它能監聽敵方艦船的電子輻射信號，可測定輻射源的坐標，並根據輻射信號特徵對目標進行識別。多顆衛星，即由1 顆主衛星和若干顆子衛星組成，同時測定目標方位，子衛星將數據傳輸到主衛星，由主衛星計算目標的位置和速度，然後發回地面。衛星上安裝有無線電接收裝置，用於接收目標的通信信號或雷達信號，並探測和確定目標位置；裝有紅外探測器，用以探測核潛艇尾流的紅外輻射；裝有微波輻射儀，用於調查海面狀況或海洋特性。這種衛星隱蔽性好，但定位精度較低。
雷達型（又稱主動型）
雷達型海洋監視衛星由於星上帶核電源，所以還被稱作核動力型海洋監視衛星。星上的雷達偵察設備主動發射脈衝信號並接收由目標返回的波束，以確定目標的位置及其外形。採用2 顆衛星為一組，成對運行在同一軌道上，相互保持準確的時間間隔，由2 顆衛星同時測量可以消除或減少海面雜波的干擾，容易探測到較小的目標。這類衛星通常載有側視或前視雷達，一次掃描覆蓋寬度可達460km 。近年來由於合成孔徑雷達的出現，以及更為先進的處理技術引入雷達系統，因此目前雷達系統能產生解析度相當高的探測圖像，並且能在惡劣氣象條件和海況下實施晝夜偵察與監視。這種衛星獲取的目標特徵直觀、定位精度高，但由於採用主動方式，易受干擾，要求有大功率的能源。
定位方式
海洋目標監視系統的一個重要功能就是對海洋目標進行定位。衛星海洋目標監視系統已採用的定位方式主要有單星多基線定位和三星時差定位。“白雲”系統採用的就是三星時差定位方式。需要指出的是，類似“白雲”系統這樣“一主三副”型的海洋目標監視系統主要通過SSU子衛星來實現定位，而主衛星則大多用於其它偵察方式，如成像偵察。因此，三星定位主要是基於電子型衛星的定位方案。這種方案技術簡單，有效載荷技術成熟，信號的分選、脈衝配對容易解決，星座的數據處理可以在地面進行，只用較少的衛星即可滿足目標監視時間解析度的要求，是衛星海洋目標監視系統對目標實施定位監視的一種高效解決方案。
其基本原理是：測出2顆衛星收到海面某信號源的時間差（兩衛星到信號源的距離差），即可獲得以這2顆衛星為焦點的雙曲面，再用另外2顆衛星又可獲得另一雙曲面，兩雙曲面之交線與地面的交點就是海面信號源的位置。採用三星時差定位方案，衛星本身的姿態控制精度要求可以降到0.5～0.7°，定位基線也可根據需要拉長，定位精度較高。但是，它對衛星的軌道控制要求很高，同時還必須有嚴格的時間同步系統。因此，要實現三星時差定位，不但要有極高的軌道控制技術，高精度時鐘技術，而且要有星間鏈路。
關鍵技術
多星組網技術
採用多星組網技術並在世界不同地區配置地面站，可以連續而實時地對特定目標與指定地區進行偵察監視，實現全球偵察區域的無縫連線。通過最佳選擇衛星間的軌道間隔，可獲得滿意的輻射目標定位精度並且使其具有偵聽密集信號的能力。通過靈活的空間布置，衛星海洋目標監視系統能夠通過監視空間的廣域換取較長時間段的連續對地觀測，提高單次偵察情報的準確性和時效性。
元器件集成化技術
元器件集成化技術是衛星小型化的基礎。元器件集成水平越高，在相同的體積內就能攜帶越多種類和數量的探測器和遙感器。使衛星的功能密度更高，技術性能更強。
衛星遙感器技術
採用大動態快速自適應遙感器技術，增加嵌入保護措施，軟、硬一體的冗餘設計和備份，以及增加可適應不同作戰需求背景的多種工作模式，可以提高有效載荷部分的整體效能。利用衛星上的遙感器對海洋環境進行監測，可以進一步提高偵察目標的精度。
發展概況
海洋監視衛星是20世紀70年代發展起來的先進衛星技術。
前蘇聯是世界上最早發展海洋監視衛星的國家。世界上第一顆海洋監視衛星是前蘇聯1967年12月27日發射的“宇宙-198”衛星，這是一顆雷達型海洋監視試驗衛星（US-A）。從1974年起，蘇聯開始發射電子偵察型海洋監視衛星（US-P）。這兩類偵察衛星均混編在“宇宙”號衛星系列中。後來，由於帶有熱離子核反應堆的US-A衛星兩次墜入大氣層，前蘇聯不得不停止發射這種衛星，而全力發展採用雙星組網工作方式的US-P衛星。截至1997年底，US-P衛星已發射了46顆，其中24顆屬於基本型，後22顆屬於改進型（US-PM）。
美國從1971年12月開始發射“一箭四星”的試驗電子偵察型海洋監視衛星。1976年4月發射正式使用的第一組“白雲”號電子偵察型海洋監視衛星，1977年和1980年又各發射第二、三組。這三組衛星的軌道面互相間隔120°，組網工作。後來發射的衛星都用作替補失效的衛星。每顆衛星重約1噸。美國正在執行“聯合天基廣域監視系統”（SBWASS-Consolidated）計畫，該計畫由“海軍天基廣域監視系統”（SBWASS-Navy）和“空軍與陸軍天基廣域監視系統”（SB-WASS-Air Army）合併而成，兼顧了空軍的戰略防空和海軍海洋監視的需求。美國在發展“白雲”系列的同時，也開展了代號為“飛弓”的雷達型海洋監視衛星的研製工作，並曾執行了“海軍海洋遙感衛星”（NROSS）計畫，試圖使用一種重量更重、傾角更大的衛星，以同時滿足國防和民用需要。
利用海洋監視衛星，採用無源被動定位方式對海上艦船進行監視是一種比較有效的手段。目前實際套用的無源被動定位體制主要有兩種：一種是美國的“白雲”系列海洋監視衛星，這種衛星以四顆星為一組，採用時差定位方法，定位精度為2~3km；一種是俄羅斯的“US-P”系列海洋監視衛星，這種衛星利用單星或雙星配對工作，採用基線干涉定位方法，定位精度為6~13km。採用時差定位法定位精度相對較高，覆蓋範圍大，對衛星姿態要求不高，是一種比較好的無源被動定位體制。
“US-P”系列海洋監視衛星
“US-P”系列海洋監視衛星典型的海洋監視衛星系統
世界上典型的衛星海洋目標監視系統是美國的“白雲（White Cloud）”系統。該系統於20世紀60年代末開始建設，到1995年發射了最後一組衛星，共發展了三代“白雲”系列電子型海洋監視衛星。“白雲”系統每個星座均由1顆主衛星和3顆子衛星（SSU）組成。其中，主衛星主要利用各種偵察手段來獲取情報，子衛星則裝有射頻天線，通過射頻天線測定的電子信號到達時間，來計算出精確的信號發射源距離和方位。
相對而言，第三代“白雲”系統衛星比前兩代在功能密度和技術性能上有了很大的提高，主要體現在：⑴主衛星用高級“KH-11”衛星和“長曲棍球”成像偵察衛星替換了紅外掃瞄器和毫米波輻射儀，使海洋監視衛星成為可對動態目標快速定位、具有可見光、紅外、微波等多種偵察手段的複雜系統；⑵採用了新的設計基線（定位基線長度縮短了約1/2）和經過改進的偵察與數據轉發設備，在衛星上取消了對射電天文台造成干擾的、工作於1427～1434MHz的轉發器；⑶除攜帶被動射頻感測器外，還攜帶了電光/紅外成像感測器。從而使衛星能夠探測到潛艇為冷卻反應堆排放的熱水余跡，達到跟蹤水下潛艇的目的；⑷衛星系統對海洋目標進行監視的範圍更大，達到每組衛星7000 km2的偵察區域，在一定條件下還可在108 min後監視同一目標。由4組衛星組成的系統能夠對地球上40～60°緯度的任何地區每天監視30次以上。由此可見，在布局結構、偵收設備和數據處理設備等方面經過改進的“白雲”系統（即第三代），對海洋目標進行監視的動態範圍、實時性和準確性都有了顯著的提高，同時，也很容易滿足前面提到的時間解析度要求。
“白雲”系列海洋監視衛星
“白雲”系列海洋監視衛星各種設備的改進和增加在帶來系統性能提升的同時，也使得三代“白雲”系統衛星在重量和體積上有了較大的增加。其中，第三代“白雲”系統主衛星重達7000kg，前兩代的主衛星重量僅600 kg；第三代系統的子衛星重量達到了300 kg，遠超過前兩代子衛星的重量45kg。但是，雖然重量和體積增加了，但第三代“白雲”系統衛星的功能密度更高，技術性能更強，使海洋目標監視系統的整體性能也大大增強了。
