卫星侦察在复杂电磁环境下的感知效果影响分析

姚月松

（中国人民解放军某部队，北京 100094）

0 引言

近年来，越来越多的国家和地区开始打造自己的军用卫星系统特别是侦察卫星系统，以增强对本国及周边地区的防御能力，世界军事航天活动多极化趋势开始显露[1]。而卫星侦察不可避免地要在周边各类复杂的电磁环境下工作，工作效能如何很大程度上取决于受到的电磁干扰影响大小。所谓的复杂电磁环境主要是指信息化战场上在交战双方激烈对抗条件下所产生的多类型、全频谱、高密度的电磁辐射信号，以及己方大量使用电子设备引起的相互影响和干扰，从而造成在时域上突发多变、空域上纵横交错、频域上拥挤重叠，严重影响武器装备效能、作战指挥和部队作战行动的无形战场环境[2]。卫星感知不仅仅受到地表和大气中各类电磁环境的干扰，而且其本身系统内在运行过程中也可能产生互相干扰，因此其电磁环境比地面上的电子设备更复杂。本文针对复杂电磁环境对电子侦察卫星、卫星导航定位系统、光电成像卫星与雷达成像卫星感知效果的影响与对策作了简要探讨。

1 复杂电磁环境对电子侦察卫星感知效果的影响

电子侦察范围很大，往往是全球普查，因此电子侦察卫星要面临很复杂的信号环境。在各类卫星载荷中，电子侦察设备所面临的信号环境是最复杂的——信号流密度高，信号形式复杂。我们知道通信与测控信号多为连续信号，雷达信号多为脉冲扫描信号，在侦察时要能适应复杂信号环境而且要避免互相干扰。电子侦察卫星由于接收频段宽，而且还要做到避免内部干扰，因此一般采用带通滤波以减少这方面的干扰；同时，采用扩展频谱、星上接收天线调零技术、多星侦察与组网，不定期对卫星侦察的空间环境进行评估以采取相应的抗干扰措施都能有效保护卫星免受电子干扰。特别要指出的是，星上在开机接收目标信号以及在用户接收范围内释放下行信号时容易对周边系统产生很大的瞬时电流冲击，一般可采用二次滤波消除此类干扰。

除了星上系统内部的电磁互扰外，常见的对电子侦察卫星有影响的很多是地面有意或者无意的大量干扰。例如通过在雷达系统周围部署大量有源欺骗设备，并使其载频、重频及相位与雷达相关，这样可使卫星难以对雷达系统进行准确的定位[3]。外界的人为干扰可分为高强度压制干扰信号和数字调制加载干扰，对于大功率干扰一般不常见，除非将干扰源放在接收方天线附近；对于欺骗式数字调制干扰，一般是在载波上附加干扰信号，使接收方误码率增加，最终无法正确解调出信号或者解调出来但无法分析。

无论是人为的还是无意的电磁环境，都有必要先科学评估周边电磁环境，在此基础上提高卫星的系统灵敏度，以改进截获辐射源信号的功率措施。被观测的信号源的参数经常有所变动以逃避侦察，星上观测信号的参数需要即时进行调整；地面接收站应对这些信号进行归类并建立数据库，根据事件的发生对信号进行长期跟踪以描绘出辐射源的活动轨迹。对新出现的信号需要谨慎处理，单次的出现不适宜作为判据，因为其中也可能存在一些人为或者星载设备噪声引起的虚假信号，而对信号的统计意义上的处理结果对判断电磁态势的变化是更加有效的。对于敌方有意采取的假目标布设干扰，可采取多星多时刻联合侦察和数据对比来排除虚假目标信号。

2 复杂电磁环境对卫星导航定位系统的影响

卫星导航定位系统信号功率远远低于电视卫星信号的功率，因此只要知道信号特征，就可用功率较小的干扰机对其干扰；而且信号有可能受到大气电离层和对流层的延迟效应、多径效应、阻挡信号的建筑物以及其他周边通信设备的无意干扰。这里以美国的GPS（全球定位系统）为例。GPS是美国国防部研制的军民两用的全球范围定位、测速以及授时系统，主要由空间段（24颗卫星）、地面段和用户段组成。接收机的工作方式、接收频率等固定已知，对干扰方是透明的。到达地球表面的卫星信号电平非常弱，一般不大于-150 dBW，信噪比相对较低，因而对其主瓣实施干扰所需的功率较小。GPS导航定位面临的最大问题就是信号强度不够，容易受到压制式干扰，用10 W以下的干扰功率即可使接收机在几十km范围内无法正常工作。实际上，美国的GPS分为军用码和民用码：民用码公开，不具备抗电磁干扰能力；军用码有适当改变以应付干扰的能力，但仍然有限。目前提高GPS抗干扰能力的困难是如何量化干扰威胁，提高接收机的抗干扰能力是比较有效的一种方法。常见的干扰接收机的类型为欺骗式和压制式：欺骗式主要是在接收机开机前就存在，幅度较真实信号大，由于时间不同，随机相位也不同，较易被接收机锁定。压制式干扰较有效的一般是采用与卫星信号有相关性的信号，比普通的白噪声压制干扰效果更好。抵御此类电磁干扰最好加装干扰抑制装置，能做到增加接收机的抗干扰冗余、有效对抗已知的干扰类型并对未知的干扰信号作出估计，提供给操作员可靠的参考。另一个更有效的方法就是提高军用码发射功率，但目前尚未大规模应用。总的来说，GPS抗电磁干扰能力还是比较弱的。

3 复杂电磁环境对光学成像卫星感知效果的影响

光学成像卫星探测工作频率一般在300 GHz以上，主要用于军事上的红外预警、资源探测、气象监测，大范围监测红外热源、对地表的小目标进行高精度成像。而如何在地表和大气层复杂电磁环境中提高光电探测效能是提高光学成像卫星探测精确度的关键。光感知的核心设备就是光探测器，这些设备必须有较高的灵敏度和较低的虚警率，因此极易受外界干扰光信号影响。

对光学成像卫星探测的干扰主要分为自然光辐射干扰和人为制造的光辐射干扰以及光在传播过程中受到的环境因素的干扰。对红外成像卫星来说，除去目标刻意降低自己红外辐射强度外，最常见的就是提高自己的背景红外辐射强度或者是背景噪声，以便使目标湮没在背景中；而由于背景噪声变大了，系统为了能够正常识别，势必进行自动增益控制，这样会导致噪声强度的提高，在探测器中接收到的就是一片模糊的难以识别的红外图像。另一种干扰是考虑到红外窗口的存在，采用烟幕吸收目标发射的红外信号，直接对红外辐射强度造成衰减，主要通过采用干扰材料和器件，阻断光路传播路径，改变目标辐射特性以及与背景的辐射差异，削弱光电探测器的探测效果。可采用烟幕、水幕、气溶胶、光箔片、光箔条、气象武器、涂层、伪装、遮蔽和隐身等方法，达到降低光电探测准确度的目的。实战证明采用烟幕遮蔽方式是比较有效的。例如在海湾战争中，伊拉克点燃了数百口油井；科索沃战争中，南联盟燃烧了大量的废旧汽车轮胎。这都使战场上空形成了持久的弥天烟雾，在一定程度上起到了保护自己的作用，有效地降低了敌方空天光电探测系统的工作效能。

实际上，光学成像卫星最易受到干扰的器件是光电成像传感器。目前较为常见的干扰方法是用激光武器产生强大的光束。由于激光束抗干扰能力强，传输时不受外界电磁波影响，可在电磁干扰环境中工作，使目标难以利用电磁干扰手段避开激光武器的射击，因而可对光电成像传感器造成不可逆的致盲损伤[4]。

为了实现有效的对抗，光电对抗装备工作波段必须进行相应的扩展，且须将多波段的信息进行融合，这不仅能大大降低告警设备的虚警率，也可提高对抗敌方装备的成功率[5]。

4 复杂电磁环境对雷达成像卫星感知效果的影响

从上节的探讨可知，光学成像卫星有其弱点，即光学频段易受气候、地形等自然不利因素的影响，在一些场合无法正常完成有效探测。而雷达成像卫星不受此类干扰因素影响，可以弥补光学成像卫星不能全天候、全天时进行侦察的不足，并对非金属覆盖建筑有一定的穿透能力，从而能识别伪装，发现地下军事设施。其幅宽也比较大，因此时间分辨率较高，这对全面观测战区和侦察全球性军事动态有重要意义。上节提到的伊拉克和科索沃点燃油井与废旧轮胎以产生烟雾逃避光学卫星的探测，但雷达成像卫星完全无视此类影响，它是靠自身提供照射（雷达脉冲），因此不论白天还是黑夜，都可以随时对目标成像。而且，由于雷达的波长要比可见光或红外光长得多，所以合成孔径雷达（SAR）还能够透过云雾和烟尘探测到地面目标，这一点是可见光和红外遥感仪器无法做到的。雷达成像的缺点是分辨率不如光学成像高。因此，从目前的技术水平来看，两者结合使用是最佳搭配。

影响星载SAR目标定位的主要误差源包括卫星的星历误差、回波时延误差、电磁波传播效应误差、目标高度误差、多普勒中心频率误差、时钟误差等[6]。就电磁影响方面来说，SAR对回波信号的处理可分为距离和方位两部分。从干扰方程来看，SAR发射的信号经过目标反射有一次衰减，传输路径衰减与距离4次方成正比；而干扰信号未经过反射，所以其衰减只与距离2次方成正比，因此较小功率的信号可能干扰一定范围内的SAR信号。目前对SAR的干扰主要分为有源遮盖和欺骗性干扰，而SAR的抗干扰也可以从时域和频域上考虑。总的来说，SAR的干扰与抗干扰突破点较多，研究价值较高。

5 结束语

卫星侦察由于其结构和空间的特殊性，抵御电磁干扰要比一般情况下更加复杂，而复杂电磁环境对卫星感知的影响决定着整个信息获取的成败。研究电磁环境和卫星感知关系的根本目的是系统地研究电磁现象的规律和特点，以提高装备系统以及电子感知体系对复杂电磁环境的适应性，进而控制、利用复杂电磁环境，保证卫星感知能力的有效发挥。

（References）

[1]士元.欧洲侦察卫星系统的发展[J].国际太空,2005(1)： 1

[2]王慧娟.复杂电磁环境抗干扰对策[J].科技资讯,2008(34)： 103

[3]焦逊.电子侦察卫星对抗技术研究[J].电子对抗技术,2004(1)： 36

[4]胡以华.卫星对抗原理与技术[M].北京： 解放军出版社, 2009-01： 195

[5]易明.美军光电对抗技术、装备现状与发展趋势初探[J].红外与激光工程, 2006, 35(5)： 602

[6]雷武虎.卫星侦察与信号处理[M].北京： 解放军出版社, 2008-09： 52