SBIRS-GEO预警卫星工作机理与探测参数分析
美军SBIRS GEO-1预警卫星探测预警能力分析
摘
要： 为有 效 应对 弹道 导 弹威胁 ， 维 护本 土 与盟 国利 益 ， 美 军 不 断发 展 完 善其 天 基 红 外预 警
系统。介绍 了美军 天基红 外系统 的发展现 状， 分 析 了首颗 天基 红外 系统静 止轨道 （ Ｓ Ｂ Ｉ Ｒ Ｓ Ｇ Ｅ Ｏ一１ ） 卫星 的覆 盖范 围 ， 建立 了Ｓ Ｂ Ｉ Ｒ Ｓ Ｇ Ｅ Ｏ一１卫 星 的红 外探 测模 型和 弹道预 警模 型 ， 对 其
・ 综述 与评 论 ・
美军 Ｓ Ｂ Ｉ Ｒ Ｓ Ｇ Ｅ Ｏ一１ 预警 卫 星 探 测 预警 能力 分 析
李小 将 ， 金 山 ， 廖 海玲 ， 王 建 华。
（ １ ． 装备学 院航天装备系 ， 北京 １ ０ １ ４ １ ６ ； ２ ． 沈 阳军 区司令部 ， 沈阳 １ １ ０ ８ ０ ５ ； ３ ． 装备学院研究生管理大队 ， 北京 １ ０ １ ４ １ ６ ）
Ｌ Ｉ Ｘ ｉ ａ ｏ － ｊ ｉ ａ ｎ ｇ ， Ｊ Ｉ Ｎ Ｓ ｈ ａ ｎ 。 ， Ｌ Ｉ Ａ Ｏ Ｈ ａ ｉ ． １ ｉ ｎ ｇ ， ＷＡ Ｎ Ｇ Ｊ ｉ ａ ｎ — ｈ ｕ ａ
（ １ ． Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｓ ｐ ａ ｃ ｅ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ １ ４ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ Ｍｉ ｌ ｉ ｔ ａ ｒ ｙ Ａ ｒ ｅ ａ Ｃ ｏ ｍ ｍ ａ ｎ ｄ ， Ｓ ｈ ｅ ｎ ｙ ａ ｎ ｇ １ １ ０ ８ ０ ５ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ； ３ ． Ｃ ｏ ｍｐ ａ ｎ ｙ ｏ ｆ Ｐ ｏ ｓ ｔ ｇ ｒ ａ ｄ ｕ ａ ｔ ｅ Ｍａ ｎ ａ ｇ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ， ｔ ｈ ｅ Ａ ｃ ａ ｄ ｅ ｍ ｙ ｏ ｆ Ｅ ｑ ｕ ｉ ｐ ｍ ｅ ｎ ｔ ， Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ １ ４ １ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
美国洛克希德·马丁公司完成SBIRSGEO-2卫星的最后系统测试工作
ＢＲ Ｈ Ｏ 有效 载荷、四颗 Ｇ Ｏ 领 导 这 支 Ｓ Ｉ Ｓ研 究 团 队 。洛 Ｅ Ｒ Ｏ ２卫 星 。他 们 正在 从 事 道 （Ｅ ） ＳＧＥ 一 马丁 公 司是 Ｓ Ｉ Ｓ项 ＢＲ 该 卫 星 的发 射 准备 工 作，并尽 卫星 以及 用 于接 收、处 理和 发 克希 德 ・ 目的主承 包商 ，Ｎ ｒ ｒｐＧ ｕ — ｏｔ ｏ ｒｍ ｈ 送 红 外任 务数 据 的地 面设施 。 可能地 以更 高 的效 率 来研制 下
・ ・ ・
红 外相 机 来说 ，特 制 的价 格 昂 贵 的透镜 或者 适 应 恶劣 环境 的 外 壳几 乎 是不 必 要 的。这 就 使 得 它 们 可 以 用 于 各 种 各 样 的应
・尺 寸小
・功 率 低
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口 高 国 龙
美 国 洛 克 希 德 ・ 丁 公 司 完 成 Ｓ ＲＳ ＧＥＯ一 马 ＢＩ ２ 卫 星 的 最 后 系 统 测 试 工 作
Ｂ ＲＳＧ Ｏ一 据 ｗｗｗ． ｃ ｈ ｅ ｍａ ｔｎ ｃ 后 ， Ｓ Ｉ Ｅ ２卫 星 计 划 最 １ ｋ ｅ ｄ ｒｉ ．— ｏ
ｏ 网 站 报 道 ，美 国 洛 克 希 早于 ２１ 年 ７ ｍ ０２ 月发 射 升空。 德 ・马 丁 公 司 已经 成 功 完 成 Ｓ Ｉ ＳＧ Ｏ ２卫 星 集 成与 ＢＲ Ｅ 一 美 国 空 军 的 第 二 颗 天 基 红 外 系统 （Ｂ Ｒ ） 球 同步 轨 道 卫 Ｓ ＩＳ 地 星 （ Ｅ 一 ）的 最 后 集 成 系 统 Ｇ Ｏ２ 测 试 工 作 。他 们 验 证 了 Ｓ Ｉ Ｓ ＢＲ 发射 部 的负 责 人称 ，他 们 这支 政企 合 作 的研 究 团队在 成功研 制 Ｓ Ｉ ＳＧＥ １卫 星 能 力 还 允许 短 波 红外相 机 安装 在 一个 保护 窗 口内， 当将 相 机 系 统 固定 在 一种 潜在平 台上 时， 这将 可 以提供很 大 的灵活 性。 所 以，为何 要 使 用 短 波 红 外 呢 ？因为 短波 红外 具有 以下 些优 点 ： 高灵敏度 高分辨 率 能 在 夜 空 辉 光 下 观 测 ・昼 夜 成 像 ・隐 蔽 照 明 ・能 看 到 隐 蔽 的 激 光 器 和
卫星载荷
一、红外成像技术概述二、国内外卫星载荷研究现状阿特拉斯-5火箭发射SBIRSGEO-1卫星：世界协调时2011年5月7日18时10分，美国空军使用联合发射联盟公司（ULA）阿特拉斯-5火箭在卡纳维拉尔角空军基地成功发射首颗天基红外系统（SBIRS）地球同步轨道卫星GEO-1。
GEO-1卫星星上载有扫描与凝视（staring sensors）传感器，且其红外敏感度及重访周期均较现役卫星星座有所提高。
据该星建造方洛克希德·马丁公司（以下简称“洛·马公司”）消息，SBIRSGEO-1的卫星是目前技术最为先进的军事红外卫星，可大大提高美国的导弹预警能力，星上扫描传感器可进行大范围导弹发射侦察和覆盖全球的自然现象监测。
同时，由于星载凝视传感器敏感性绝佳，因此其将用于小范围目标区域观测。
该“宇宙神”-5火箭将“天基红外系统”（SBIRS）“静地轨道”-1（GEO-1）卫星送入轨道。
发射43分钟后，星箭分离。
卫星距地约185千米，目标是远地点高度约为3.58万千米的轨道位置。
美国空军SBIRS项目官员厄姆斯塔德（Ryan Umstattd）中校表示：由6个液体远地点发动机（LAE）组成的发动机组计划点火9天多，将卫星送至距地约3.54万千米的静地轨道上，并进行初始检测与运行。
在该轨道上，卫星将打开其防光设备（设计用于保护传感器有效载荷）、天线以以及有效载荷舱门。
预计发射后35天，红外有效载荷（通过“视达地面”能力在短波、中波红外波段收集信息）将被开启，并开始传送来自卫星的原始数据。
发射后18个月内会实现全面综合战术预警与攻击评估确认能力，以使卫星能够正式参与导弹防御。
日本ASTRO-F红外成像卫星的观测设备试验成功2004年12月初，日本ASTRO-F红外成像卫星的观测设备在住友重机械工业株式会社的Nihama工厂进行了试验，冷却剂和观测仪使用良好。
这是该设备组装完后的首次试验。
此次试验对各种装置的性能进行了一周的测试，所获得的结果与组装前各单元的试验数据相当或更好。
美国导弹防御系统全域红外探测装备发展、体系分析及能力预测
美国导弹防御系统全域红外探测装备发展、体系分析及能力预测范晋祥中国航天科技集团公司八院八部摘要：红外探测跟踪系统在美国目前部署的弹道导弹防御体系中，尤其在弹道导弹发射早期预警和动能拦截弹高精度制导等方面，起着关键的作用。
为了进一步完善和改进其弹道导弹防御体系，近年来美国正在进一步发展新一代的弹道导弹防御红外系统与技术，正在大力发展改进弹道导弹发射早期预警能力的天基高轨道红外预警系统，发展旨在实现对弹道导弹威胁的全弹道（从助推段到中段、末段）监视跟踪的空间监视与跟踪系统，发展先进的、高性能大规格红外焦平面阵列、双色（多色）大规格红外焦平面阵列以提高星载红外告警系统、天基监视与跟踪系统以及动能拦截弹红外导引头的性能，发展用于拦截效果评估和弹道导弹发射早期预警性能改进的先进的多光谱、超光谱探测技术，此外还在发展用于弹道导弹防御的机载红外探测系统，以构建包括天基高轨早期预警、天基低轨全弹道跟踪、机载助推段、上升段跟踪和弹载跟踪导引的弹道导弹防御全域红外探测武器装备。
本报告概述了近年来美国弹道导弹防御系统中红外系统与技术的新进展，分析了美国弹道导弹防御系统的全域红外探测武器装备的体系构成，预测了美国未来弹道导弹防御系统红外探测装备的能力。
关键词：弹道导弹防御系统、导弹防御、预警卫星、空间目标监视与跟踪系统、动能拦截器、导引头、红外、焦平面阵列1 弹道导弹防御红外探测、跟踪系统发展简况红外探测跟踪系统与动能拦截弹红外导引头在美国目前部署的弹道导弹防御系统中起着举足轻重的作用，天基红外预警系统是导弹防御系统实现对弹道导弹发射的早期预警的关键,是确保实施成功拦截的先决条件,而动能拦截器红外导引头则是拦截目标的关键。
然而，美国目前部署的弹道导弹防御系统仅具备初始作战能力，尚不具备助推段、上升段防御能力，以地基、海基雷达为主的弹道导弹防御探测跟踪传感器不具备对弹道导弹威胁的全球范围内的持久监视、跟踪能力，而且原有的天基红外预警系统也存在着一些固有的缺点，如不能跟踪中段飞行的导弹，对国外设站的依赖性大，在南北极地区存在一些无法监视的盲区,星上红外探测器扫描速率低、频段少，对射程近的战区导弹难以给出充足的预警时间，虚警问题始终未得到根本解决，目前装备的动能拦截弹也存在着识别能力不足的缺点。
08-美国预警卫星系统分析-16
1美国预警卫星系统分析摘 要 美国已经装备应用的预警卫星系统主要是国防支援卫星系统(DSP)，正在研制并将替代DSP 的是天基红外系统（SBIRS)。
本文详细介绍并分析了两个系统的基本情况，比较了两个系统的技术性能，给出了计算探测预警概率的模型。
随着世界大国对弹道导弹防御系统研制的不断升温，作为弹道导弹防御系统重要组成部分的预警系统也愈来愈受到人们的关注。
就预警而论，可分为地面预警雷达系统与空间预警卫星系统。
随着弹道导弹技术的发展，预警卫星系统逐渐显露出其优势，目前世界上预警卫星主要集中于美、俄两国，其中美国最为发达。
下面我们把视野放在美国的预警卫星系统范围内来研究。
迄今为止，美国已装备应用的预警卫星系统主要是国防支援卫星系统（DSP ），正在研制并将于2010年左右全面承担导弹预警任务的是天基红外系统（SBIRS)。
下面就针对DSP 、SBIRS 的情况作分析。
l DSP 预警卫星系统如图1所示。
图1 “国防支援计划”卫星1.1 主要任务DSP的主要目的是对来袭的洲际导弹进行预警。
首要任务是实时的探测并报告导弹和航天器的发射，同时还承担监视核爆炸、监督核试验条约的履行情况和收集其感兴趣的红外辐射数据的任务。
1.2 发展过程及技术特点DSP计划自上世纪70年代初开始执行至今已有30余年的历史，已发展了三代并经历了试用阶段、应用阶段和完成阶段的发展历程。
（1）1970～1974年为试用阶段，1975～1978年为试用改进阶段。
在此阶段共发射了7颗卫星，常驻卫星有3颗，称此阶段的卫星为第一代，主要技术特点是：∙红外敏感探测器采用2000个探测元的硫化铅线阵列，结合电荷耦合器件（CCD）技术，其探测波长为2.7μm，光谱带宽约为0.1μm，能提供地平线下的覆盖范围。
∙使用这种接近大气吸收带中心的窄光谱波段进行探测，有效地抑制了地球和大气背景的辐射干扰，从而降低了虚警概率，但由于需要等到导弹穿出约8km 的云层才能对其进行探测，故而减少了预警时间。
红外遥感技术的军事应用
２００６年第５期28TECHNOLOGY F OUNDA TION O F N A TIONAL D EFENCE国防技术基础 红外遥感技术的军事应用冯雪艳 摘要：红外遥感是一种通过探测目标的红外辐射能量获取目标有关信息的遥感手段，它具有不受暗夜限制和穿透云雾的优点。
本文主要介绍了红外遥感在军事领域的应用，其主要包括３个方面，即机载红外成像、星载红外成像和星载导弹预警。
红外遥感是继可见光遥感之后发展起来的又一种光学遥感手段，它可以通过探测目标的红外辐射能量获取目标的有关信息，具有不受暗夜限制和穿透云雾的优点。
随着红外探测技术的不断进步，红外遥感能力不断增强，红外遥感已经广泛应用于军事领域和地球勘探、天气预报、森林火灾监视等民用领域。
红外遥感在军事领域的应用主要集中在３个方面，即机载红外成像、星载红外成像和星载导弹预警，这也是本文所要介绍的内容。
一、军事应用１．机载红外成像伊拉克战争的经验证明，从空中昼夜获取战场的情报信息，对获取战场的主动权及至最后夺取战争的胜利极为重要。
采用机载成像技术直接从空中获取地面信息，对地面目标进行侦察监视方法的应用已有几十年时间。
美国军方一直强烈地依赖于这一手段获取情报，其Ｕ－２、Ｐ－３和“食肉者”侦察机就是这种应用的典型实例。
Ｕ－２飞机上装有高分辨率的摄像系统，可获得地面目标的高分辨率清晰图像，其侦察范围沿飞行航线纵深可达数十公里的大面积地区，为指挥机关和作战部队提供了极为直观的准确情报。
美、英、法等国军队一直非常重视发展这种先进的战术机载成像侦察监视系统，从越南战争到波斯湾战争，仅美国海军就有５００多架ＲＦ－４侦察机，迄今为止仍有１００多架ＲＦ－４鬼怪式侦察机在世界各地服役。
特别是在最近几年美军发动的几场战争中，如科索沃、阿富汗和伊拉克战争，美军的机载战术侦察技术发挥得淋漓尽致，在夺取战争的主动权方面起到了至关重要的作用。
美军已成功研制出机载战术双波段监视侦察系统，其优点是能在存在杂乱回波的情况下识别和分辨出目标。
美国西太平洋地区导弹防御系统建设情况分析.doc
美国西太平洋地区导弹防御系统建设情况分析导弹防御系统是美国亚太安全战略的重要组成部分。
美军在1993年正式提出“战区导弹防御计划”路线图时就表示，要将东亚地区作为重点，建成以美国为主，日、韩、澳大利亚以及台湾地区参加的“联合战区导弹防御体系”。
随着其重返亚太战略的不断推进，美国将更加重视在西太平洋地区的导弹防御系统建设与发展。
美国西太平洋地区导弹防御系统部署现状目前，美国已经开始在西太平洋地区部署陆基和海基弹道导弹防御系统，并加紧开展与盟友的导弹防御合作，充分利用日本、韩国的战略资源，建设强强联合、情报共享的导弹防御体系。
预警探测系统美国在西太平洋地区的导弹预警探测除了得到“国防支援计划”（DSP）、“天基红外系统”（SBIRS）、“空间跟踪与监视系统”（STSS）等天基预警探测系统的支援外，还重点部署了陆基预警雷达和海基“宙斯盾”系统。
陆基预警雷达主要是部署在日本航空自卫队车力基地（青森县）的AN/TPY-2陆基X波段雷达。
该雷达隶属美陆军第94防空反导司令部，是一种多功能雷达，可以搜索、探测、跟踪和识别弹道导弹威胁，并与其他弹道导弹防御系统无缝集成。
目前，美国还计划在日本部署第二部X波段雷达，初步选定京都西北部的丹后市航空自卫队基地作为部署基地。
除了前沿部署预警雷达外，美军还支持该地区的盟友购买或发展相关系统为其提供支持。
例如，美国将本土退役的“铺路爪”大型预警监视雷达出售给台湾，该雷达探测距离超过3000千米，可监视大陆东部纵深内陆地区的导弹发射。
这部预警监视雷达名义上为台湾建设，实际可能是美空军弹道导弹预警系统的组成部分。
此外，在美国支持下，日本也生产部署了用于导弹预警的J/FPS-5雷达，虽然雷达波长为L波段，探测和跟踪精度较差，但有效探测距离在1200千米以上，已分别部署在鹿儿岛县的下甑、本州岛中部的佐渡、青森的大凑和冲绳的与座岳4个基地，实现了覆盖日本全国的预警能力。
除陆基系统外，美国还在该地区部署了多艘“宙斯舰”舰，它们携带有AN/SPY-l多功能雷达，能对空中和海面目标进行自动搜索、检测、跟踪并对“标准-2”（SM-2）、“标准-3”（SM-3）拦截弹进行制导。
太空鹰眼-SBIRS与STSS
太空鹰眼-SBIRS与STSS作为侦察和导弹防御体系的一部分，美国的天基红外预警系统有着悠久的历史。
目前的预警卫星系统是第三代国防支援计划系统。
目前的DSP星座由4颗工作性和1颗备用星组成，运行在地球静止轨道上，具备变轨到大椭圆轨道的能力以实现对高纬度地区的有效监测。
现在使用的天基预警系统卫星DSP Phase III由于DSP卫星设计之初是为了探测远程和洲际弹道导弹，对于中短程弹道导弹的探测能力不足，此外DSP卫星不能穿透云层，滤波和跟踪能力不足，整个系统尤其是地面站的信息融合能力远远不足以满足新时期弹道导弹防御预警的要求。
为了完善预警探测能力，美国国防部启动了天基红外系统(SBIRS)以取代DSP系统提供导弹预警等功能，同时为了实现对弹道中段目标的探测识别，增加了继承自星球大战亮眼(Brilliant Eyes)低轨道星座，由此形成了SBIRS-High和SBIRS-Low的高低轨道复合型星座配置。
SBIRS的早期规划里，计划高轨道部分配置4颗静止轨道卫星和2颗高椭圆轨道卫星，主要用于探测和跟踪助推段的弹道导弹；低轨道部分配置约24颗卫星，轨道高度约1600公里，用于捕获，跟踪飞行中段的弹道导弹，分辨诱饵和弹头，为拦截器提供目标精确定位。
SBIRS-High和STSS. STSS可以做到全程跟踪探测2001年，随着SBIRS-Low系统由美国空军移交给弹道导弹防御局，系统改称太空跟踪与监视系统(STSS)，现在所称的SBIRS系统一般特指原有的SBIRS-High。
红外传感器采用双探测器方案，每颗高轨道卫星安装一台宽视场的高速扫描探测器和窄视场凝视跟踪探测器，通过两者的结合，使SBIRS卫星的扫描速度和灵敏度远远高于DSP卫星，同时覆盖面积也大得多。
高轨道卫星之间本身不进行通信，不过可以和低轨道进行相互通信以做到接力跟踪。
STSS 卫星分布在三个不同平面的太阳同步轨道上，这些低轨道卫星装备了宽视场扫描探测器和窄视场凝视多光谱探测器。
卫星载荷
一、红外成像技术概述二、国内外卫星载荷研究现状阿特拉斯-5火箭发射SBIRSGEO-1卫星：世界协调时2011年5月7日18时10分，美国空军使用联合发射联盟公司（ULA）阿特拉斯-5火箭在卡纳维拉尔角空军基地成功发射首颗天基红外系统（SBIRS）地球同步轨道卫星GEO-1。
GEO-1卫星星上载有扫描与凝视（staring sensors）传感器，且其红外敏感度及重访周期均较现役卫星星座有所提高。
据该星建造方洛克希德·马丁公司（以下简称“洛·马公司”）消息，SBIRSGEO-1的卫星是目前技术最为先进的军事红外卫星，可大大提高美国的导弹预警能力，星上扫描传感器可进行大范围导弹发射侦察和覆盖全球的自然现象监测。
同时，由于星载凝视传感器敏感性绝佳，因此其将用于小范围目标区域观测。
该“宇宙神”-5火箭将“天基红外系统”（SBIRS）“静地轨道”-1（GEO-1）卫星送入轨道。
发射43分钟后，星箭分离。
卫星距地约185千米，目标是远地点高度约为3.58万千米的轨道位置。
美国空军SBIRS项目官员厄姆斯塔德（Ryan Umstattd）中校表示：由6个液体远地点发动机（LAE）组成的发动机组计划点火9天多，将卫星送至距地约3.54万千米的静地轨道上，并进行初始检测与运行。
在该轨道上，卫星将打开其防光设备（设计用于保护传感器有效载荷）、天线以以及有效载荷舱门。
预计发射后35天，红外有效载荷（通过“视达地面”能力在短波、中波红外波段收集信息）将被开启，并开始传送来自卫星的原始数据。
发射后18个月内会实现全面综合战术预警与攻击评估确认能力，以使卫星能够正式参与导弹防御。
日本ASTRO-F红外成像卫星的观测设备试验成功2004年12月初，日本ASTRO-F红外成像卫星的观测设备在住友重机械工业株式会社的Nihama工厂进行了试验，冷却剂和观测仪使用良好。
这是该设备组装完后的首次试验。
此次试验对各种装置的性能进行了一周的测试，所获得的结果与组装前各单元的试验数据相当或更好。
美军预警探测系统组成概述
美军预警探测系统组成概述
黄挺松 李长军 中国电子科技集团公司第二十八研究所 ２１０００７
摘要 本文对美军预警探测系统组成进行了一定 程度的描述，按照不同种类目标（外层空 间目标、空中威胁目标、陆上目标、海上 目标、水下目标）的预警探测机制，分别 介绍了美军的相应装备情况以及技术特 点，对我军构建预警探测系统具有一定的 参考价值。 关键词 预警探测系统；预警卫星；弹道导弹；“宙 斯盾”；超视距雷达
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分类、跟踪大量地面目标，提供实时目 标位置及战场态势，并与飞机、远程炮、导 弹等纵深武器组成系统的装备。此外，E －8A还能提供打击后的实时战果情报。该 系统的关键技术是在地杂波中发现慢速目 标，以及在远距离（100km～200km）实 时分辨活动和静止的坦克、车辆等。
4.4 海上目标的预警探测系统 海洋监视系统不是单一的卫星系统， 而是由电子侦察，照相侦察，雷达成像侦 察和海洋环境侦察等多种卫星及雷达组成 的综合应用系统，目前只有美国和俄罗斯 装备了该系统。 美国“白云”海洋电子侦察卫星 第一代“白云”卫星采用 1 颗主卫 星 3 颗辅卫星的星座形式，采用被动式雷 达平衡测量仪对目标实施定位，可有效跟 踪潜航的核潜艇。第二代卫星仍采用一主 三副的卫星簇模式，但主卫星已采用 KH 卫星和“长曲棍球”卫星，可对动态目标 快速定位，美国目前正着力发展第三代卫 星系统[2]。 4.4.1 海洋环境观察卫星 因为海流、海浪对舰船的航行影响很 大，因此在海洋监视系统中，必须要配置 海洋环境监视卫星，利用这种卫星观测海 浪高度、海流强度、海面风速、海水温度 以及浅海危险物等，所探测的海洋环境作 为动态舰船目标的活动背景，可以准确定 位海上活动情况，对确定海洋监视目标的 特性关系重大。 4.4.2 航母编队预警系统 美军航母编队的预警探测系统是指航 母载预警机 E－ 2C、航母载远程三坐标雷 达 SPS-48E 和宙斯盾 AEGIS 系统的 SPY － 1 相控阵雷达。美军航母载预警机 （E-2C）可向整个编队所有防空和反舰武 器系统提供预警和目标指示，并对防区和 防区外的留空飞机实施指挥控制。美军航 母装备的远程三坐标雷达（SPS－48E）可 以为航母编队提供早期预警，具有强大的 目标搜索能力，并提供三坐标数据，其他 舰艇在14秒内便可发射导弹迎击，将早期 预警时间提前至 5～6 分钟。 4.5 水下目标的预警探测系统 水下目标探测以水声探测为主，有 光、电、磁、温等多种探测方式，探 测的主要对象是潜艇，水雷等水下目 标。现代声纳已经与运载平台的其他探 测设备，武器发射系统和通信导航设备 组成舰艇反潜作战系统和机载反潜作战系
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第48卷第3期 2018年3月激光与红外LASER & INFRAREDV o l.48,N o.3March, 2018文章编号:1001-5078(2018)03-0363-06 •光电技术与系统•SBIRS- G E O预警卫星工作机理与探测参数分析刘尊洋，李修和(电子工程学院3〇4教研室，安徽合肥23〇〇37)摘要:针对SBIRS-GEO预警卫星的工作机理和基本探测能力开展研究。
首先从目标探测原 理、参数估计原理以及基本工作流程三个方面详细分析了 SBIRS-GEO预警卫星工作机理；然后，针对计算预警卫星的基本探测能力，建立了预警卫星探测范围计算模型，并针对星载扫描 和凝视两种探测器的工作特点，综合考虑了探测器规模、像元尺寸和衍射极限对分辨率的影 响，建立了目标分辨率、扫描探测器目标驻留时间以及凝视探测器瞬时视场覆盖范围等基本探 测参数计算模型，进一步结合典型参数开展了仿真分析。
该研究可为预警卫星探测效能分析 以及系统设计提供参考依据。
关键词：SBIRS-GEO预警卫星；工作机理;探测参数；建模分析中图分类号:TN215 文献标识码：A DOI： 10. 3969/j. issn. 1001 -5078.2018.03.017 Study on working mechanism and detecting parametersof SBIRS-GEO early warning satellitesLIU Zun-yang,LI Xiu-he(Electronic Engineering Institute,Hefei 230037,China)Abstract：The working mechanism and basic detecting ability of the SBIRS-GEO warning satellites were studied. The working mechanism is analyzed in detail from the targets detecting principles, parameter estimation principles and the basic work flow. For the basic detecting ability of warning satellites,a calculation model of detecting range is constructed. For the characteristics of satellite borne scanning and staring detectors,considering the effects of detector scale, pixel size and diffraction limit on resolution, the calculation models of basic detecting parameters are built, including target resolution,dwell time and coverage area of IFO V,etc. Furthermore, the basic detecting abilities of the SBIRS- GEO are analyzed based on typical parameters. The results can provide some references for the detecting performance analysis and system design of warning satellites.Key words：SBIRS-GEO warning satellites；working mechanism；detecting parameters；modeling and analyzingi引言SBIRS-GEO预警卫星系统[1]是当今世界上技 术水平最高的弹道导弹预警系统，主要任务是替代 已经服役近40年的D SP预警卫星系统，进行全球 覆盖、全天候工作的弹道导弹助推段早期预警，并引导低轨预警卫星及预警雷达等进行进一步跟踪，进 而引导拦截系统实施拦截。
目前，相关学者针对 SBIRS-GEO预警卫星系统工作机理和探测能力开 展了一系列的研究，并取得了一定的进展[2_5]。
但 上述工作对SBIRS-GEO预警卫星工作原理和工作基金项目：十三五预研项目（N。
. 30603050303)资助。
作者简介:刘尊洋（1984 -)，男，博士，讲师，主要从事电磁建模仿真方面的研究。
E-m m l: lmkP2003 @ 163. com 收稿日期=2017-06-20364激光与红外第48卷流程的分析尚不够清楚[2_4]，在计算探测范围和探 测参数时考虑因素尚不够全面，例如分析探测范围 分析时假设视场最大范围与地表相切[4]，而没有考 虑预警卫星对导弹助推段的探测需求。
在计算预警 卫星瞬时视场和地面分辨率时，仅考虑了单象元视 场的作用[5]，而没有考虑衍射极限和探测器视场的 影响。
针对系统分析了 SBIRS-G EO预警卫星的工作 原理和流程，并尽可能全面考虑预警卫星任务需求 和技术条件建立了 SBIRS-G EO预警卫星的探测范 围、分辨率、驻留时间等基本探测参数计算模型，结 合典型参数对预警卫星探测参数进行仿真分析。
2 SBIRS-GEO预警卫星工作机理分析2.1工作原理SBIRS-G EO预警卫星对弹道导弹的预警可分 为目标探测和参数预报两个层次。
其中，目标探测 是依据助推段弹道导弹尾焰与背景在特定波段红外 辐射强度的高对比度及其特有的运动规律完成的；而参数预报则是依据对目标多次探测的定位信息，拟合出导弹的弹道，进而完成对其发射点、关机点和 落点等关键参数的估计。
2.1.1目标探测原理助推段弹道导弹的尾焰红外辐射强烈，(^02和 H20作为尾焰中的主要辐射气体在2.7 p m和4. 3 p m两个波段发出强烈的红外辐射;尽管固体火箭 尾焰中A1203粒子的辐射为连续谱，且在短波部分 也具有较强的辐射，但是，为了实现对所有类型导 弹的预警，SBIRS-G E O预警卫星选择探测波段时仍会考虑上述两个波段。
资料表明[^7]，s b i r s-G EO预警卫星使用的是碲镉汞探测器，通过改变 碲化镉和碲化汞的组分比可以将碲镉汞的截止波 长调整到3.0 p m和4.8 p m两个波段，从而完成 对2.7 p m和4. 3 p m这两个波长附近红外辐射的 探测。
由于地球和大气是导弹探测的背景，而大气同 时又是辐射传输的介质，所以还需要考虑地球/大气 的辐射以及大气传输对目标探测的影响。
在红外 区，大气中主要吸收气体是〔02和H20,所以在2.7 p m和4.3 p m附近存在较强的吸收带[8]。
这产生 了两个方面的作用，一方面，由于底层大气的强烈吸 收，卫星难以探测到刚刚点火的弹道导弹。
另一方面，大气的吸收作用可最大限度减弱地球/大气背 景，降低虚警率，一旦导弹穿过底层稠密的大气层，将在探测器表面形成一个对比度明显的亮点，因为 无论是低层云对太阳辐射的反射，还是地表发射的 红外辐射，经过低空稠密的大气层后，这两个波段的 红外辐射大部分会被吸收，从SBIRS-G EO预警卫星 的红外探测器上观察，地球/大气背景辐射相当于一 个暗背景。
另外，SBIRS-G EO预警卫星还使用一个 可以直视地面的大气窗口波段，用于发现目标后的 标定，以及完成其他任务[94°]。
SBIRS-G EO预警卫星工作时，扫描探测器以恒 定的周期在整个视场不间断地搜索，当其探测到暗 背景上出现了亮点，并满足一定的探测准则时，则可 认为探测到的可能是导弹发射事件。
然后预警卫星 通过累积多个探测周期亮点的运动特性，进一步推 断目标是否为导弹。
在确定是导弹目标后，将引导 凝视探测器以更高的精度和采样率对目标实施进一 步详查、跟踪。
2. 1.2 参数估计原理SBIRS-G EO预警卫星需要估计的参数主要包 括:发射地点、发射时间、射向角、导弹落点、落地时 间等参数。
SBIRS-G E O预警卫星对导弹的探测是 无源探测，单颗卫星只能获取角度信息，目前导弹预 警卫星对目标定位有两种方法，一种是基于双星 (多星)交叉定位，另一种是单星（双、多星）结合导 弹模板数据定位。
SBIRS-G EO预警卫星在完成目标的探测与定 位后，通过连续多次的定位数据初步拟合导弹的弹 道，进而估计导弹的发射点、发射时间、导弹的类型 以及射向角，根据发射点就可以确定导弹属于哪个 国家，可以限制导弹类型为模板匹配提供参考。
如 果不使用导弹模板数据，或探测到的数据与模板库 中数据无法匹配，将根据探测到的弹道特征判断是 否符合助推段弹道导弹特征参数时序变化的基本规 律，如果不符合，则放弃该目标的跟踪，否则，继续跟 踪该目标。
随着探测信息的不断累积，弹道参数将 不断更新，弹道拟合越来越准确，最后，通过对导弹 关机点的捕捉，就可以估计关机点的位置和速度，进 而根据被动段飞行规律推测导弹落点参数。
若导弹 与数据库中导弹模板完成匹配，后续参数的估计则 可以结合弹道模板资料完成。
但是，由于同类型的激光与红外No.3 2018刘尊洋等SBIRS- GEO预警卫星工作机理与探测参数分析365导弹可以通过改变飞行程序和控制关机时间来实现 弹道变形，所以仍需要对导弹持续探测以修正弹道 误差和捕捉导弹关机点[11]。
2.2工作流程SBIR S-G E0预警卫星基本工作流程如图1所 示。
扫描探测器采用一维阵列沿地球南北向进行推 扫探测，当探测到可疑辐射源后，对其角度、辐射强 度等进行测量。
然后预警卫星根据对该目标多个周 期探测结果，判断该目标是否满足星上目标探测累 积准则（m - 逻辑）[8'12]，在目标满足该准则且运 动特征满足助推段弹道导弹的一般规律后，开始引 导凝视型探测器对辐射源进行详细的观察。
SBIRS- G E0预警卫星将凝视和扫描探测器的得到的信息 发送回地面站。
地面站通过融合多个卫星的探测数 据，初步拟合出疑似目标的运动轨迹[14];进而，将疑 似导弹目标特征与数据库中各类型导弹的参数进行 对比，如果识别成功，则根据数据库中相关参数对前 期估计的弹道参数进行修正，并逐渐累积探测信息 不断提高导弹精度，估算出导弹的发射点、射向等重 要预警参数，进而引导ST SS卫星或远程警戒雷达进 行进一步跟踪。
同时继续保持对目标的跟踪，捕获 导弹准确的关机点，并根据关机点的参数，推算出被 动段弹道和落点参数。