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照相侦查卫星

发布时间:2019-07-09 19:37 来源:未知 编辑:admin

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  照相侦察卫星是利用所携带的光学遥感器和微波遥感器拍摄地面一定范围内的物体产生高分辨率图像的卫星。主要用于战略情报收集、战术侦察、军备控制核查和打击效果评估等目的。这类卫星的高度一般为几百公里。它把目标的图像信息记录在胶片或磁记录器上,然后通过返回式卫星送回地面,或用无线电传输方式实时或延时传回地面。这些信息经过加工处理后,就能判读和识别目标的内容细节并确定其地理位置。与一般的民用对地观测卫星相比,照相侦察卫星的最主要特点是地面分辨率较高,至少优于5m。为了提高分辨率,照相侦察卫星不仅需要先进的遥感器,而且卫星本身要运行在近地轨道,并进行高精度轨道及姿态控制,以保持所拍摄图像的清晰。照相侦察卫星种类繁多,性能各异。

  按星载遥感器的不同,可分为光学照相侦察卫星和雷达照相侦察卫星两类。光学照相侦察卫星作为一种重要的空间侦察手段,被喻于太空中的“眼睛”,它是利用光学成像设备进行侦察,获取军事情报的卫星。目前最好的光学照相侦察卫星所拍摄的图像可以分辨出汽车尾部的牌照。雷达成像侦察卫星则可以弥补光学成像侦察卫星的不足,其独特的穿透侦察能力,对于夜间和全天候监视非常有用。比较典型的是美国的“长曲棍球”系列。

  按侦察信息送回地面方式的不同,可分为返回型和传输型。返回型是将拍好的胶卷存入回收舱中返回地面,其优点是图像分辨率高、直观,易于识别分析,缺点是回收不及时,容易贻误战机。传输型是先把图像信息记录在磁带上,当卫星飞到地面接收站的控制区时,将图像信息发送到地面,由地面进行处理、识别。它的优点是地面收到信息快,但图像分辨率不高。

  按侦察能力可分为普查型和详查型两种。前者分辨率为3~5m,一幅图片的面积达几千到一两万平方千米,主要用于大面积监视目标地区的军事活动、战略目标和设施的特征以及对危机地区和局部地区的战略侦察;后者的分辨率优于2m,一幅图片可覆盖几十到几百平方千米,主要用于获取局部地区重要目标详细信息的战略和战术侦察。

  美国从1959年开始研制照相侦察卫星。“发现者”号是第一代回收型照相侦察卫星。该卫星采用可见光照相和胶片舱返回的方式,从1962年美国开始KH(即keyhole“锁眼”)系列卫星研制计划。

  其中“科罗纳”计划的卫星KH-1、2、3、4为第1代,“氩”计划的卫星KH-5,“火绳”(又叫牵索)计划KH-6为第2代,“后发制人”(又叫策略)计划的卫星KH-7、8为第3代,“六角”计划的卫星KH-9(俗称“大鸟”)为第4代,“凯南/晶体”计划的卫星KH-11为第5代,“偶像”计划的卫星KH-12为第6代。

  KH-1到KH-4均使用差别不大的全景式相机或画幅式相机,而KH-7以后的卫星所携带的遥感器则有了质的飞跃,对军事目标判别有重要意义。KH-7是第一批真正的详查型卫星,每颗卫星用两个回收胶卷舱将胶卷送回地面,其分辨率为0.5m,工作寿命一般为5天;KH-8是KH-7的改进型,该卫星除了有红外相机和多光谱扫描仪外,还装备了高分辨率测绘全景相机,分辨率达0.15m,而且卫星具有机动变轨能力,工作寿命达30天;KH-9代表了美国光学照相侦察卫星向综合型侦察卫星发展的趋势,既能普查,又能详查。这种卫星兼有回收型和传输型两种工作方式,每颗卫星重13.1~13.4吨,装有多种遥感器,其中4个独立的胶卷回收舱用于传送分辨率达0.3m的详查信息,星上直径6.1m的展开式天线过顶传输普查信息,卫星工作寿命达71~275天;1976年12月19日发射的第1颗KH-11卫星使美国获得了卫星实时侦察能力,KH-11既能详查也能普查,普查时的分辨率为1~3m,详查时的分辨率可达0.15m。目前在轨运行的KH-12是1990年2月28日开始发射的,对地分辨率达0.1m。

  继美国之后,前苏联也于1962年4月26日成功发射了首颗照相侦察卫星“宇宙-4”号。迄今为止,前苏联光学侦察卫星共历经了6代。第1~4代为胶片回收型光学成像卫星,其中第1~3代的分辨率为1~4m,第4代采用两台相机,分辨力达到0.3m。第5代属可机动高分辨率传输型卫星,带有光电遥感仪(CCD相机),使卫星具有实时侦察能力,重约6700kg,其地面分辨率大于3m,是类似于KH一11的普查卫星。第6代照相侦察卫星装有高性能的光学系统及供实时数字图像传输的现代电子设备,可提供实时数字图像,具有多次变轨能力,可降到150km高度清晰拍照,它也可以抛下回收型胶卷舱,具有双重功能。

  目前,法国,德国,意大利、西班牙和英国等欧洲国家正在合作研究多种侦察卫星系统,建立自己的侦察卫星体系,旨在21世纪成为世界上第三军事空间集团。另外,日本、以色列、印度等国也在建立本国的侦察卫星体系。

  KH-12是美国现役的光学成像侦察卫星,从1990年2月28日开始发射的,至今已经发射了5颗,是美国目前空间照相侦察的主力。星上载有一个反射望远镜系统,一台红外扫描仪,一个独立的遥感器包(包括光电增强管、专题测绘仪、多谱段扫描仪等)和高分辨率CCD可见光相机等设备。星体全长13.1m,直径4m。直径4m的星体本身就是一个大的反射望远镜的镜体,可以在800km的空中分辨0.1~0.15m的物体。还装有被称为“星光视野”的暗视装置,可以进行夜间侦察。

  据新的报道,KH-12/5和KH-12/6已分别于2001年10月5日和2005年10月19日由大力神4发射升空,用于替代即将退休的KH-12/3和KH-12/4。

  KH-12主要通过星上的CCD可见光相机获取地面可见光谱段图像型侦察信息。望远镜系统将地物的辐射能量引入视场,然后进行光谱分离,形成的图像经放大数字化后,传送到中继卫星或其它卫星,再转发至地面处理中心。地面处理中心首先进行原始观测图像的光学和几何学校正预处理,然后进行卫星图像的应用处理,提供标准规格图像产品,编制图像型或数据型情报信息,进行战略或战术的判读作业。星上的红外和多谱段扫描仪则可不分昼夜地确定导弹、车队和发射架的位置,并能把伪装的人工植被同真实的树木区分开来。

  KH-12能以与“哈勃”空间望远镜一样的方式进行成像,卫星上的红外相机可发现地面伪装物、飞机发动机和大烟囱等有热源的目标。卫星上的高级“水晶”测量系统(ICMS)可使数据以网格标记进行传输。另外星上还装有雷达高度计和其它用于测量地形高度的传感器。除第1颗KH-12运行在800km以外,其它5颗都运行在270~1000km的轨道上。KH-12的燃料用完之后可由航天飞机进行在轨加注,因而该星的机动变轨能力很强,其设计寿命达8年。不仅有可见光/近红外成像仪,还增装了热像仪,可用于监测地下核爆炸或其它地下设施。总结起来,KH-12有以下几个特点。

  (1)采用大型CCD多光谱线阵器件和凝视成像技术,使卫星在取得高几何分辨率能力的同时还具备多光谱成像能力;

  (2)星载光学传感器结合图像增强管技术大大提高了低光度条件下的成像质量;

  (4)通过跟踪与数据中继卫星实现大量高速率的图像数据实时传送,因此能在全球进行实时侦察;

  (5)星上装有GPS接收机、雷达高度计和水平传感器等,对目标定位十分准确。

  一是发展更大的照相像侦察卫星,如新的照相侦察卫星KH-13,其重量将达20吨;二是向小卫星方向发展,美国将小卫星划分为微卫星(10~100kg)、纳米卫星(1~10kg)、微微卫星(小于1kg)等。现在已经出现了一些性能保持不变,但成本和重量比传统卫星降低一个数量级的微卫星、纳米卫星,甚至更小的微微、毫微微卫星。微卫星和纳米卫星由于批量生产降低制造费,重量和体积小,发射费用低,所以全寿命费用也较低。

  像解决KH-11、12存在的地面覆盖范围太窄、驻留时间太短等问题,有两种方法,一是发射小卫星群代替目前的KH-12;二是卫星运行在高轨道,几颗卫星组网建立星座系统。在提高单星侦察能力的基础上,发展信息获取网络并把时间、空间、光谱3种分辨率进行有机结合。美国国家侦察局设计出的下一代成像侦察卫星星座——“未来成像体系结构(FIA)”,以取代现有的成像侦察卫星群。法国也发射了一颗性能与“太阳神1A”基本相同的“太阳神1B”卫星,二星配对使用;同时正在研制中的分辨率更高的“太阳神2”卫星也准备配对使用。日本也将发射由4颗卫星组成的日本侦察卫星星座。以色列也表示要建立本国的侦察卫星星座。

  超多谱段成像技术利用几百个窄的频谱通道获得高分辨率,以提高探测伪装和模糊目标的能力。超多谱段遥感器具有精细的光谱分辨能力,能从获取的遥感数据中直接分析目标的物质成分,从而有效地分辨目标。1997年8月,美国空军与轨道科学公司签订了合同。轨道科学公司使其将于1999年发射的“轨道观察-3”(OrbView-3)高分辨率商业遥感卫星增加超多谱段成像能力,以向空军提供超多谱段图像。该卫星的超多谱段遥感器将以数百个谱段和5~8m的分辨率对地面成像,能给出被成像表面常规光学仪器所探测不到的细节。美国军事官员认为,这种遥感器将能探测到诸如坦克之类的战术目标,即使这类目标隐蔽在树冠或伪装网下面也逃不过它的眼睛。超多谱段遥感器的应用将大大提高对目标的识别能力。另外轨道科学公司与空军合作的“作者战1”(WF-1)、航宇局的“地球轨道者1”、海军的“海军地球测绘观察者”都属于这类探索性卫星。超多谱段探测成像只是为探测目标提供一些数据,如果同全色和雷达探测装置的立体信号相结合,探测目标能力将有大幅度提高。“轨道观察-4”(OrbView-4)的成像装置将提供幅宽为8km的1m分辨率的全色图像和4m分辨率的多频谱图像;以及幅宽为5km的200个通道的超频谱图像。这些图像可以实时传输给世界各地的地面站,也可以存储在星上,回传给位于美国的主站。

  另外,天基雷达探测技术发展也很快。其主要优点是可以昼夜、全天候侦察和监视。美国于1988年发射了第一颗雷达侦察卫星,目前美国雷达卫星领先于其他国家。美国防高级研究计划局1997年初提出发现者-2倡议,它由轨道高度为700km的24颗卫星组成,15min可以重访任何地点,若增加另外13颗卫星,则每8min就可以重访一次,分辨率达1m。如果详查,可达0.3m。天基雷达监视的支撑技术包括时空自适应处理、薄ESA天线、低功耗处理器、地理数据库等。

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