复杂电磁环境中海军作战对抗电子侦察卫星研究

总第１９３期　舰船电子工程　Ｖｏ１．３０　Ｎｏ．７　２０１０年第７期　Ｓｈｉｐ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　１４　复杂电磁环境中海军作战对抗电子侦察卫星研究　沈振华”　姚景顺　’　陈晓曦”　罗育洪”　（海军大连舰艇学院研究生２队”　大连　１１６０１８）（海军大连舰艇学院作战指挥系　’　大连　１１６０１８）　摘要在研究电子侦察卫星工作原理和侦察能力的基础上，文章基于卫星侦察效能分析，提出了复杂电磁环境中水　面舰艇对抗电子侦察卫星的战术和技术措施，为水面舰艇反空间电子侦察提供了理论依据。　关键词海军作战；电子侦察卫星；对抗措施　中图分类号ＴＭ１５　Ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　Ａｇａｉｎｓｔ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｕｎｄｅｒ　Ｃｏｍｐｌｅｘ　Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　Ｓｈｅｎ　Ｚｈｅｎｈｕａ　Ｙａｏ　Ｊｉｎｇｓｈｕｎ　Ｃｈｅｎ　Ｘｉａｏｘｉ　Ｌｕｏ　Ｙｕｈｏｎｇ”　（Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ　Ｔｅａｍ　２　ｏｆ　Ｄａｔｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙ”，Ｄａｌｉａｎ　１１６０１８）　（Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｍｍａｎｄ　Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｄａｌｉａｎ　Ｎａｖａｌ　Ａｃａｄｅｍｙｅ　，Ｄａｌｉａｎ　１１６０１８）　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　ｓｙｓ—　ｔａｍ，ｔｈｅ　ｔｈｅｓｉｓ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｔｈｅ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｇａｉｎｓｔ　ｔｈｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｎａｖａｌ　ｃｏｍｂａｔｓ　ｕｎｄｅｒ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｅｌｅｃｔｒｏ—　ｍａｇｎｅｔｉｃ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ａ　ｔｈｅｏｒｅｔｉｃ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｔＯ　ｃｏｎｆｒｏｎｔ　ｓｐａｃｅ　ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｗａｒ—　ｓｈｉｐ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　ｎａｖａｌ　ｃｏｍｂａｔｓ，ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ，ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　ｒｅｃｏｎｎａｉｓｓａｎｃｅ　ｓａｔｅｌｌｉｔｅ　Ｃｌａｓｓ　ＮＩｍｂｅｒ　ＴＭ１５　１　引言　对敏感海域的海上舰艇实施侦察监视的特点，已成　为获取海战场电磁情报的重要手段，对水面舰艇作　现代海战中，水面舰艇作战依赖海战场情报的　战行动及电磁情报安全造成较大影响［　。反电子　程度提高，交战双方舰艇均使用各种电磁辐射装备　侦察卫星已成为确保水面舰艇作战训练行动隐蔽　获取战场海空情态势，除此之外军用侦察卫星系统　性和安全性的重要课题。　也已成为战争中直接支援战场行动的情报来源，并　逐步发展为作战指挥系统的重要组成部分。军用　２　电子侦察卫星工作原理分析　侦察卫星系统主要包括电子侦察卫星、成像侦察卫　２．１卫星工作原理　星、海洋监视卫星、导弹预警卫星和核爆炸探测卫　电子侦察卫星主要通过星载高灵敏度电磁信　星等，星上主要载荷为光电传感器、雷达或无线电　号接收机侦察截获地面或海上的各种雷达系统和　信号侦察接收机、数据处理和分发装备等。其中电　通信系统的辐射源信号，探测和鉴别其电磁信号参　子侦察卫星具有覆盖空间范围大、接收频域范围　数、体制和工作模式等信息，并获取目标位置、航向　宽、轨道机动和组网侦察能力强、灵敏度高、侦察行　和航速等战术情报，以监视各种电磁辐射源的活　动不受地理和国界的限制，能够全天候、全时段的　动。从当前实际部署情况看，电子侦察卫星分为普　＋收稿日期：２０１０年２月３日，修回Ｅｔ期：２０１０年３月５日　作者简介：沈振华，男，硕士研究生，研究方向：卫星侦察应用、雷达对抗。姚景顺，男，博士，教授，硕士生导师，研究方　向：雷达预警探测、雷达对抗作战、水面舰艇指挥自动化。陈晓曦，男，硕士研究生。罗育洪，男，硕士研究生。　２０１０年第７期　舰船电子工程　查型和详查型两种。普查型电子侦察卫星主要用　于大范围侦察，对各种无线电和雷达信号辐射源进　行概略定位，确定其频段、脉冲重复周期、工作体制　和扫描方式，覆盖范围一般可达２０００ｋｍ以上。详　查型电子侦察卫星主要用于精确核定普查过程中　其进行全天候跟踪，还运用星载红外探测器和毫米　波辐射计，通过探测热尾流来发现并跟踪低空飞行　的导弹，可为装备有“战斧”反舰巡航导弹的美舰提　供超视距侦察和目标指示。　２．２侦察水面舰艇能力分析　２．２．１卫星空间覆盖水面舰艇判别方法　发现的敏感目标，获取雷达和通信信号的特性和参　数并判别辐射源的位置、速度、航向、型号等高价值　设水面舰艇当前经、纬度分别为　，　。，卫星星　下点的当前纬度、经度分别为　，　，卫星的覆盖角　情报。电子侦察卫星侦察海上舰船的主要方法是　侦察海上舰艇的雷达和通信等信号，探测和鉴别海　上舰船型号并确定其位置、航向和航速等，以监视　水面舰艇活动，并及时为本方攻击编队提供海上目　标的远程目标指示。　截至目前，美国电子侦察卫星已经发展了５代　９型，前后共发射８Ｏ余颗，第５代正在逐步部署之　中。目前美国在空间中共部署有十余颗电子侦察　卫星，其中低轨道卫星４颗、大椭圆轨道３颗、地球　同步轨道４颗，其中主要包括２颗组网工作的“流　纹岩”、１颗“漩涡”、４颗“大酒瓶”、４颗“喇叭”卫星　等，卫星轨道覆盖地球椭圆轨道、大椭圆轨道、极地　轨道等，频域覆盖范围为１００ＭＨｚ￣４０ＧＨｚ。上述　侦察卫星可实现全球覆盖及重点敏感区域的定点　全时段覆盖，主要侦察监视洲际导弹遥测及发射信　号、核潜艇活动情况、军用雷达信号、各波段的通信　和广播信号等。　对水面舰艇威胁较大的是美海军海洋监视系　统的“高级白云”电子情报卫星（ＳＳＵ－Ⅱ）。该系统　卫星为低轨道，轨道倾角为６３．４。，由４组星座共　１６颗卫星（４颗主星，１２颗子星）组网工作，每组卫　星由一颗主星和三颗伴星构成，标准星座由彼此相　隔１２０。的３个轨道面组成，每个轨道面上都部署一　组卫星，卫星之间间距为３Ｏ～１１０ｋｍ，采用三角时　差定位法（ＴＤｏＡ）对海上目标进行定位。该系统　卫星瞬时地面覆盖幅宽可达３５００ｋｍ，工作频率　０．５～１０ＧＨｚ，电子侦察定位精度可达２～３ｋｍ，灵　敏度４５￣９７ｄｂｍ。由４组卫星组成的系统能够对　地球４０￣６０。纬度范围内的任何区域每天监视３Ｏ　次以上，即过顶某区域时间分辨率可达４８分钟。　该卫星系统的侦收、处理和传输能力较强，每组卫　星的瞬时侦察区域可达７０００ｋｍ　。新“白云”海洋　监视卫星的主卫星装载了红外扫描仪和毫米波辐　射仪，子卫星上有射频天线。利用星载全向射频天　线阵及石英晶体视频接收机来侦收海上舰艇发射　的雷达和通信信号；利用无源雷达干涉测量法来测　定这些舰艇的位置、航向和航速等运动要素，并对　为ｄ，卫星星下点与地面点的大圆弧长为ｄ　（Ｏ＝三三　ｄ　兀）。当　ｄ　，即满足式（１）时，该舰艇在卫　星传感器覆盖范围内。　ｃｏｓｄ＿￣ｓｉｎ　ｓｉｎ￣，＋ｃｏｓ￣ｏｃｏｓ￣５ｃｏｓ（ａｏ－－ａ　）（１）　２．２．２卫星栽荷覆盖特性分析　１）瞬时视场　假定卫星侦察天线具有圆形截面，其视角宽度　为　，则瞬时视场的长度ＬＦ由下式决定：　ＬＦ＝＝＝ＫＬ（ａＦｏ—ａｎ）≈Ｄｓｉｎ０／ｓｉｎｅ　（２）　式中：ＫＬ为常数，ＫＬ一１１１．３１９５４３ｋｍ；口的单位　为。。式（２）中的近似关系式在ｅ很小（即地平附　近）时误差很大，不能使用此计算式。　卫星过顶目标区域时的瞬时视场宽度Ｗ　为：　Ｗ　一ｓｉｎ＿。（Ｄｓｉｏｎ／Ｒ　）￣Ｄｓｉｏｎ　（３）　假定波束在地面的投影是一椭圆，由瞬时视场　宽度推导出瞬时视场区域的面积ＦＡ为：　ＦＡ—ｕＬＦ・ＷＦ／４　如果天线波束侦察区域为以星下点方向为中　心的锥形区域，那么瞬时视场的面积将由更简单的　公式给出：　ＦＡ＝＝＝ＫＡ（１一ＣＯＳ￣）　（４）　式中：ＫＡ一２．５５６０４１８７×１０。ｋｍ。，ａ对应于波束半　张角０／２的地心角。　２）可用侦察时间　假定目标位置距星下点轨迹的偏差角为　的　某一点上，而天线波束能侦察的最大偏差角为　，则能侦察该目标的轨道弧段为：Ｆ　一ｇ，／１８０。。　上式中：ｅｏｓＸＰ＇￣－ＣＯＳＳｍ￣　／ｃｏｓ￥，则在该圈轨道中　对目标的覆盖侦察时间为：ｔ—Ｔ　，式中丁为轨道　周期。　２．２．３侦察设备完全截获辐射源信号的功率条件　Ｇ　（　．厂）＋Ｐ　（　．厂）一２Ｒ一１１三三三Ｓ　，　ｉＥ　，ＪＥＪ，ｋＥＫ　（５）　式中：Ｇ（　，厂）为辐射源　个发射波束序列中第ｉ　号波束的增益（ｄＢ）；Ｐ　（　，厂）为辐射源．，个发射功　率组合中第Ｊ种功率的强度（ｄＢＷ）；Ｓ　为侦察设　沈振华等：复杂电磁环境中海军作战对抗电子侦察卫星研究　总第１９３期　备Ｋ个侦察模式中第ｋ种侦察模式的系统灵敏度　（ｄＢＷ／ｍ。）；Ｒ为侦察设备距离辐射源的距离，ｄＢ　（ｍ）；　为辐射源相对于侦察设备的角位置；ｆ为辐　射源信号频率。　功率条件分析：同步轨道的电子侦察卫星位于　３６０００ｋｍ高的轨道上，而低轨电子侦察卫星一般部　署在５００￣６００ｋｍ高的轨道上，前者接收到的功率　大小为低轨卫星的１／５１００，同步轨道卫星的侦察　ＵＨＦ　表１　典型舰载雷达频段分类　雷达波段标称频段范围　各波段舰载雷达主要用途　３００￣１　０００ＭＨｚ远程搜索警戒，约２００￣５００ｋｍ　Ｌ　Ｓ　Ｉ￣２ＧＨｚ　２￣４ＧＨｚ　远程搜索警戒，约２００￣４００ｋｍ　中程搜索警戒，约１００￣２００ｋｍ　远程目标跟踪，约５０￣１５０ｋｍ　近程搜索警戒、目标指示和武　器制导，１５～１００ｋｍ　极高精度的近程目标指示和武　器制导，约５￣２５ｋｍ　Ｘ　８￣１２ＧＨｚ　Ｋｕ和Ｋａ　１２￣４０ＧＨｚ　灵敏度可达一１１７～一１６９ｄＢＷ／ｍ　。而现代舰载　雷达都采用了低副瓣天线技术，降低了卫星侦察的　概率，当卫星过顶针对这类雷达进行侦察时，卫星　感知的雷达平均副瓣增益Ｇ（　，－厂）＜Ｏ。　２．３　电子侦察卫星侦察效能分析　根据工作原理，电子侦察卫星发现目标的概率　与其携带的侦察载荷的频率范围、空间覆盖范围、　探测灵敏度以及辐射源情况相关。若目标使用的　频段不在侦察载荷覆盖范围内，及在卫星过顶期间　目标保持无线电静默，则探测概率均为ｏ。鉴于舰　载雷达一般不关机的工作特点，可不考虑无线电静　默影响，需要对其他情况进行计算分析。论文假定　电子侦察卫星载荷灵敏度极高，且可覆盖舰载雷达　信号的所有频段。　设电子侦察卫星可接收”个频段，探测到第ｉ　个频段的概率为Ｐ　，对于辐射脉冲信号的目标Ｐ　可统一采用下式计算：　１　一一　Ｐ　一寺［１～Ｐｒ厂（√　尺　）］　ｌ　ｅｘｐ［－－　—√Ｒ　）。］　Ｉ．．．．．．．．．．．一　４７ｃ￣／Ｒ　ｒ　３　１＋（　］　）。］　Ｌ　４　４　　’１６￣ＳＮ一　＿Ｊ　（６）　式中：．Ｒ　为信噪比，主要表征传感器灵敏度的影　响；　一ｌｎ（１／户　）；　为星载传感器的虚警概率，一　般可取为１Ｏ一。　误差函数为：　ｒ）　——　ｇｒ＂厂（ｚ）＝＝＝√丌Ｊ三ｉ＇－－Ｉｎ　　ｅｘｐ（－－ｔ　）ｄｔ　。－－４ａｃ　（７）　星载传感器探测到目标的概率为：Ｐ　一ｌ　一门（１－－ｐ　），式中：　为频段数量；Ｐ　为探测到　ｌ一１　第ｉ个频段的概率。由于舰载雷达工作频段覆盖　米波、分米和厘米波段，各波段雷达的主要用途及　大致性能如表１所示。　上述分析说明电子侦察卫星对不同频段的侦　察、截获和识别概率不同，在处理分析星载传感器　截获的电磁信息并结合辐射源平台情报后，建立对　当前侦察海区的目标识别矩阵，卫星能以一定经验　概率确定侦察目标的类型。具体识别经验概率如　表２所示。　表２电子侦察卫星识别典型雷达目标经验概率估计值　频段　航母编队战斗舰艇编队　ＵＨＦ波段０．７　０．３　Ｌ波段０．５　０．４　Ｓ波段０．６　Ｏ．４　３水面舰艇反电子侦察卫星措施　分析［６￣。］　电子侦察卫星对水面舰艇作战行动及电磁情　报安全造成了严重影响，针对海上作战需求和电子　侦察卫星特点，论文从战术和技术两个方面探讨水　面舰艇对抗电子侦察卫星措施。　３．１战术对抗电子侦察卫星　１）辐射源控制，电磁静默　尽管美军海洋监视系统的电子卫星数量较多　且每天可对敏感目标和区域进行多次侦测，但由于　其卫星运行轨道可预测，由此可推算出卫星在舰艇　机动区上空的滞留时间，所以在海军日常训练和演　习中，水面舰艇必须严格控制辐射源的发射，当舰　艇在其过顶前后５分钟内位于电子侦察卫星覆盖　范围内时关闭所有雷达和无线电设备，保持电磁静　默可有效反侦察。　２）假目标迷惑欺骗　根据不同作战意图，在电子侦察卫星过顶时，　用与我现役舰载雷达和无线电频率相仿甚至相同　的假辐射源或虚假信号开机运行或真假同时开机、　轮流开机等，将假目标辐射源故意暴露给敌电子侦　察卫星。由于假目标能以主瓣对准卫星侦察设备，　可能会将弱真实信号抑制掉，降低其截获概率。　３）实施干扰压制侦察　２０１０年第７期　舰船电子工程　利用舰载噪声干扰机或欺骗干扰机有意施放　电磁干扰或有意辐射干扰信号以干扰欺骗星载设　备。适当调整干扰信号对准侦察卫星，加重其侦察　设备信号处理负担，使其截获概率降低。该方法既　抑制卫星对真实信号的侦测能力，也不至于对我方　电磁设备的使用造成太大影响。实施噪声干扰的　信号强度一般应比被保护雷达的最大旁瓣电平高　２０ｄＢ左右，干扰机功率须在４００ｋＷ以上。　３．２技术实现对抗电子侦察卫星Ｌ８］　由于美军电子侦察卫星经过多年的发展，其技　术手段已经非常成熟，加之多年来对舰艇电磁装备　持续不断的侦察，以基本掌握重要战技术参数，必　须改进对抗的技术手段。具体如下：　１）破坏星载侦察设备完全截获辐射源信号的　功率条件　舰载雷达系统采用低、极低或超低副瓣天线、　窄波束天线、旁瓣消隐、随机波束和低雷达发射峰　值功率技术，通信系统采用微波通信体制，使侦察　卫星完全截获雷达信号的功率条件难以满足。　２）破坏星载侦察设备完全截获辐射源信号的　测量条件　采用类似于信息加密原理，使由雷达参数（发　射峰值功率、发射频率、脉冲宽度、信号波形、波束　宽度、波束位置等参数）构成的信息空间远大于侦　察卫星对雷达参数的可测空间，且工作模式的变化　速度快于侦察截获反应时间。同时，雷达系统工作　模式的智能化、随机化应使卫星获取的侦察情报难　以相关融合，致使侦察卫星截获雷达信号的测量条　件难以满足。　３）破坏星载侦察设备完全截获辐射源信号的　分析条件　采用电子欺骗和电子伪装，使完全截获电磁信　号的分析条件难以满足。电子欺骗是电磁设备自　身在发射有用的脉冲信号的同时有意将无用的假　脉冲掺入一并发射，如利用“脉冲多载频率调制信　号”实施雷达反侦察。电子伪装是在电磁设备之外　配置电磁信号发射装置（如诱饵雷达），同时向外发　射信号。电子欺骗和电子伪装的目的是减少被侦　察截获信号的鉴别信息，使电磁侦察方程难以联　立，或侦察结果难以收敛，增大卫星侦察系统处于　病态侦察状态的可能性，从而减小卫星侦察系统的　信息检测概率。　４　结语　海军作战中，水面舰艇对抗电子侦察卫星以隐　藏战术意图及获取电磁情报安全已刻不容缓，采取　相应措施防止无形中的电磁泄密和暴露战术意图。　应当清醒看到随着技术的进步，主要作战对手的电　子侦察卫星技术发展迅猛，比如多颗电子侦察卫星　与数颗成像侦察卫星组网、多星多类型轨道组合侦　察及单星多功能侦察的方法，实现全时段反复覆盖　敏感海域，使水面舰艇远洋作战面临更加严峻的挑　战。论文的研究为水面舰艇对抗电子侦察卫星提　供了理论依据和指导方法，但今后需更进一步研究　以寻求水面舰艇对抗电子侦察卫星的制胜之策，以　有效保护水面舰艇的电磁信息安全，掌握海战场制　电磁权。　参考文献　Ｅｌｉ总装备部卫星有效载荷及应用技术专业组应用技术分　组．卫星应用现状与发展ＥＭ］．北京：中国科学技术出　版社，２００１　［２］陶本仁．战场电磁环境信息分析技术［Ｊ］．航天电子对　抗，２００４（２）：２～３　Ｅ３］焦逊，陈永光．电子侦察卫星对抗技术研究［Ｊ］．电子对　抗技术，２００４（１）　Ｅ４］罗群．雷达系统分析与建模［Ｍ］．北京：电子工业出版　社，２００７：１２３～１２５　Ｅ５］齐欢，王小平．系统建模与仿真ＥＭ］．北京：清华大学出　版社，２００４，１１　Ｅ６］朔渭焰，杨波。雷达反卫星侦察方法＿Ｊ］．现代雷达，２００４　（２）　［７］王柏杉，杨连洪．脉冲多载频调制的雷达反侦察ＥＪ］．舰　船电子对抗，２００６（１Ｏ）　Ｅｓ］赵国庆．雷达对抗原理ＥＭ］．西安：西安电子科技大学　出版社，２００６：１９８￣２００