天基海洋目标监视的系统分析及相关研究综述
海洋环境监测数据管理系统的设计与实现的开题报告
海洋环境监测数据管理系统的设计与实现的开题报告一、选题的背景和意义海洋环境是历史悠久、复杂多变的自然环境之一，其变化对全球生态和经济发展产生着深远的影响。
因此，海洋环境监测成为了日益重要的任务。
随着海洋环境监测技术和手段的不断提升，采集的监测数据越来越庞大，导致海洋环境监测数据管理成为制约其发展的重要瓶颈。
因此，设计与实现一个基于网络的海洋环境监测数据管理系统，对于科学有效地利用已有监测数据、推动海洋环境监测工作的进一步开展、促进海洋发展和保护海洋生态具有极其重要的现实意义。
二、研究内容和目标本研究的主要内容是设计与实现一个基于网络的海洋环境监测数据管理系统。
该系统将包括监测数据采集、存储、管理和使用等方面的功能，具体工作内容如下：1. 系统需求分析：通过对海洋环境监测数据管理的需求和用户需求的调研，明确系统功能，系统性能，用户使用场景等。
2. 系统架构设计：根据需求，设计系统的软硬件架构，确定系统的基本模块，功能分析、设计，技术选型、数据字典定义、界面规划、数据库设计等。
3. 系统实现：通过使用现在已经成熟的相关技术，对系统的软硬件进行开发，完成系统的主要功能的实现。
4. 系统测试：通过对系统进行功能测试、性能测试和安全测试，保证系统的稳定和安全性本研究的目标是：通过设计与实现一个基于网络的海洋环境监测数据管理系统，建立起便捷、高效的海洋环境监测数据管理体系，为海洋环境保护和海洋资源开发提供技术支持。
三、研究方法本研究的主要研究方法如下：1. 系统需求调研：通过问卷调查和深度访谈等方式，了解用户的需求和使用场景。
2. 系统设计：通过分析需求，确定系统的软硬件架构，具体实现方式等。
3. 系统实现：采用Web前端技术、服务器端技术、数据库等相关技术对系统进行开发和实现。
4. 系统测试：完成各项功能的测试、性能测试以及安全测试。
四、研究的预期成果1. 实现一套基于网络的海洋环境监测数据管理系统。
2. 实现海洋环境监测数据的采集、存储、管理和使用等功能。
新型海洋观测技术研究与应用
新型海洋观测技术研究与应用沉睡于地球表面的70%是海洋，全球海洋充满了未知的奇妙之处。
海洋深处是一个未知的世界，通过海洋观测技术的研究与应用，可以更好地了解这个全球最大、最为广阔的资源。
一、海洋观测技术的发展历程人类使用最原始的方法而发展出来的海洋观测技术是风帆和船只。
但是时间不断发展，人类开始使用更加高效和先进的海洋观测技术，以了解海洋深处的秘密。
目前的海洋观测技术已经包括了遥感技术、海洋探测技术和海底探测技术，在实现海洋生命的研究和利用海洋资源以及保护海洋环境方面起到了重要作用。
二、遥感技术在海洋观测中的应用遥感技术可以通过卫星为观测人员提供最新的海洋信息，便于他们了解海洋面积和深度，并探测海面的风浪等状况。
此外，遥感技术还可以采集云的分布，太阳辐射、海面温度等重要数据，帮助科学家们更好地了解海洋生命及其他海洋生态环境的情况。
三、海洋探测技术在实现海洋资源的开发中的作用现如今，海洋是人类未来发展的重要领域，因此海洋资源的开发是一个热门问题。
对于海底的矿产资源、油气开采等研究，海洋探测技术更是起了至关重要的作用。
海底勘探设备可以通过船只或水下测量器材分析海洋底部地质状况，挖掘海底矿产资源、气田以及埋藏在海底的化石燃料。
海洋探测技术的发展，使得石油天然气公司和矿业公司能够更有效地利用海洋资源。
四、海洋测控技术在环境保护方面的应用生物多样性和海洋环境的保护是海洋观测之中非常重要的一个环节。
为此，科学家们特别注重开发海洋测控技术，目的是保护生态系统和维护海洋环境的稳定与均衡。
例如，通过浮标，散布在海洋上的自动采样器和监测设备等，可以在海洋中传送环境数据、水质状况、物理学和生物学细节等方面的信息，科学家们可以更好地观测到海洋环境的变化并及时采取保护措施。
总结在海洋观测技术的研究和运用中，科学家们通过各种各样的手段和技术深入探索海底等未知区域，以便我们获得更好的了解和认识海洋的知识。
新型海洋观测技术的研究与应用正在悄然发生，这将会引导我们对于海洋更广阔地认识和更全面的应用，同时也将促进我们更好地探索和保护海洋资源的可持续性利用。
基于机器学习的海上目标识别与跟踪研究
基于机器学习的海上目标识别与跟踪研究摘要：海上目标识别与跟踪是一项具有重要意义的技术，可以应用于海洋航行安全、边防安全等领域。
本文主要研究基于机器学习的海上目标识别与跟踪技术，并提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的方法。
通过训练大量的海上目标图像样本数据，利用CNN模型实现对不同类型海上目标的自动识别和跟踪。
实验结果表明，该方法具有较高的准确性和鲁棒性，为海上目标识别与跟踪提供了一种有效的解决方案。
1. 引言海洋是人类社会中重要的资源之一，海上航行活动以及海洋边防安全对于国家的发展和安全具有重要意义。
因此，海上目标的准确识别与跟踪成为保障海洋安全的关键技术。
传统的海上目标识别与跟踪方法通常依赖于人工制定规则，需要人工提取特征和进行分类判别，效率低且受限于人的主观因素。
而基于机器学习的方法可以通过大量的样本数据进行训练，自动学习目标特征，提高识别和跟踪效果。
本文将基于机器学习的方法应用于海上目标识别与跟踪，提出了一种基于卷积神经网络（CNN）的方法。
2. 方法2.1 数据集采集与预处理为了构建有效的机器学习模型，需要采集包含不同类型海上目标的数据集。
可以通过传感器、卫星图像或者其他可靠的数据源收集数据。
接着对采集到的数据进行预处理，包括去噪、图像增强、裁剪等操作，以提高模型的训练和识别性能。
2.2 卷积神经网络（CNN）卷积神经网络是一种深度学习的模型，具有良好的图像特征提取能力。
在海上目标识别与跟踪中，可以利用CNN模型学习目标的特征表示。
通过多个卷积层和池化层的组合，可以有效地提取图像的局部特征和全局特征，并进行分类和识别。
2.3 训练与优化在训练阶段，将准备好的数据集划分为训练集和验证集，利用训练集进行模型的训练，使用验证集进行模型的评估和调整。
选择适当的损失函数和优化算法，如交叉熵损失和随机梯度下降法（SGD），来优化模型的参数，提高模型的性能。
3. 实验与结果分析本文使用了一个包含海上舰船、渔船和救生筏的数据集进行实验。
我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望
我国海洋大地测量基准与海洋导航技术研究进展与展望一、本文概述随着全球经济的不断发展和海洋资源的日益重要，我国海洋大地测量基准与海洋导航技术的研究和应用显得愈发重要。
本文旨在全面概述我国在这一领域的最新研究进展，并对未来的发展趋势进行展望。
海洋大地测量基准是海洋测量的基础，它提供了海洋地理信息的基准框架，对于海洋资源开发、海洋环境保护、海洋灾害预警等方面都具有重要意义。
海洋导航技术则是海洋运输、海洋探测、海上作业等领域的关键技术，其精确度和稳定性直接影响到海上活动的安全性和效率。
近年来，我国在海洋大地测量基准与海洋导航技术研究方面取得了显著进展。
通过实施多项国家重大科技项目，我国在海洋测量设备研制、数据处理方法、系统集成等方面取得了重要突破。
我国积极参与国际交流与合作，推动了相关技术的国际标准化和产业化发展。
然而，面对全球海洋事业发展的新挑战和新机遇，我国在海洋大地测量基准与海洋导航技术方面仍面临诸多问题和挑战。
例如，海洋测量数据的精度和覆盖范围仍有待提高，海洋导航技术的智能化和自主化水平还需进一步加强。
因此，本文在概述研究进展的还将对未来发展策略进行探讨，以期为我国在这一领域的持续发展提供有益参考。
二、我国海洋大地测量基准的研究进展随着我国海洋事业的快速发展，海洋大地测量基准的研究取得了显著进展。
海洋大地测量基准是海洋测量工作的基础，对于保障海洋权益、推动海洋经济发展具有重要意义。
在海洋大地测量基准建设方面，我国已经建立起较为完善的海洋测量基准体系。
这一体系以国家大地测量基准为基础，通过卫星大地测量、海洋重力测量、海底地形测量等手段，逐步实现了从陆地到海洋的无缝衔接。
其中，卫星大地测量技术的发展尤为突出，我国已经成功发射了多颗高分辨率的卫星，为海洋测量提供了丰富的数据源。
在海洋导航技术研究方面，我国也取得了重要突破。
随着北斗卫星导航系统的全面建成和投入使用，我国海洋导航技术迈上了新台阶。
北斗卫星导航系统不仅提高了导航精度和稳定性，还为我国海洋测量提供了自主可控的技术支持。
微型天基空间目标监视系统及其运控模式分析
微型天基空间目标监视系统及其运控模式分析
汤亚锋;杨庆
【期刊名称】《航天电子对抗》
【年(卷),期】2013(029)004
【摘要】天基空间目标监视系统在空间态势感知中发挥着日益重要的作用.微小卫星平台因其成本、技术优势而受到大量研究机构关注.首先总结了国外微小型天基空间目标监视系统的现状,其次对该类典型系统的运控模式进行分析,最后对发展类似系统提出了几点建议.
【总页数】4页(P11-14)
【作者】汤亚锋;杨庆
【作者单位】装备学院,北京101416;装备学院,北京101416
【正文语种】中文
【中图分类】TN971;V423.4
【相关文献】
1.天基空间目标监视与跟踪系统轨道确定技术研究 [J], 潘晓刚;李济生;段晓君;周海银
2.国外天基空间目标监视系统发展现状与启示 [J], 汤泽滢;黄贤锋;蔡宗宝
3.天基光学监视的GEO空间目标短弧段定轨方法 [J], 李冬;易东云;程洪玮
4.天基空间目标监视的短弧段定轨技术 [J], 李冬;易东云;程洪玮
5.天基监视空间目标轨迹提取算法 [J], 奚晓梁;周晓东;张健
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空天地海一体化海洋监测体系研究
空天地海一体化海洋监测体系研究空天地海一体化海洋监测体系研究概述随着人类社会的发展以及全球化的加快进程，海洋资源的开发与利用日益增多，海洋生态环境的破坏日益严重。
为了有效地保护海洋环境、实现可持续发展，空天地海一体化海洋监测体系的研究变得尤为重要。
本文将对该领域的研究进行探讨，并提出发展空天地海一体化海洋监测体系的建议。
一、海洋监测的重要性海洋是地球上最宝贵的资源之一，拥有巨大的经济价值和生态价值。
同时，海洋也是全球气候系统的调节者，对全球气候具有重要影响。
然而，由于人类的活动和自然因素，海洋面临多种威胁，如海洋污染、过度捕捞、海洋酸化等。
为了保护海洋资源以及维护生态平衡，必须采取一系列监测措施。
二、空天地海一体化海洋监测体系的概念空天地海一体化海洋监测体系是指通过利用不同领域的技术手段和资源，将各类监测手段整合起来，实现对海洋环境的全面监测和管理。
该体系的构建依赖于先进的遥感技术、海洋物理模型、数据融合和分析等手段。
空天地海一体化海洋监测体系具有多种优势，如高时空分辨率、全方位监测、快速响应能力等。
三、空间方面的研究1. 遥感技术遥感技术是空天地海一体化海洋监测体系中的重要组成部分。
通过卫星和飞机等载体采集海洋的多种数据，包括海面温度、海洋生物量、海洋污染等。
利用遥感技术，可以实现对海洋环境的实时观测和动态监测。
2. 数据融合与分析海洋监测过程中涉及到大量的数据，如何将海洋监测数据与其他海洋数据进行融合和分析是一个关键问题。
通过融合和分析海洋气象、海洋生态、海洋地理等多源数据，可以获得更准确、全面的海洋环境信息。
四、天空方面的研究1. 航空监测航空监测是空天地海一体化海洋监测体系的重要组成部分。
通过飞机等载体在海洋上空进行监测，可以获取更高分辨率、更丰富的海洋信息。
2. 卫星监测卫星监测是空天地海一体化海洋监测体系中的核心技术。
通过卫星的遥感技术，可以实现对全球范围内海洋环境的监测。
同时，卫星还可以提供更长时间序列的数据，为长期环境变化的研究提供支持。
我国“陆海空天”一体化水上交通安全保障装备设施建设研究
三、建设任务
“陆海空天”一体化水上交通安全保障体系
4. 船舶防污染建设 主要用于港口以 外水 域 船 舶溢 油围控、沉船存油 和难船溢油清除，防治船舶污染水域，保护水域生态环 境。在危险品区、高风险作业区及港口等区域建设溢油 监视系统。在重点沿海水域建设船舶溢油应急设备库， 建设部分危化品应急设备库。配置污染清除装备，建设 溢油鉴别鉴定系统。 5. 综合PNT岸基建设 在国家 综合导 航 定位 和 授时（P N T）体系构建 背 景 下，综合e航海战略，构建e罗兰等陆基备份导航系统；在 沿海、内河北斗地基增强系统和RBN-DGNSS系统基础 上，融合星基增强系统（SBAS）海上应用与陆基播发， 构建面向船舶导航、航道疏浚、海洋测绘等应用的综合 PNT导助航陆基建设。 6. 综合指挥系统与数据中心建设 依 托 海 事、救 捞、长 航 等 系 统 综 合业务（船 舶 、船 员、通航环境、港航设施等）数据中心，统一整合“陆海 空天”各类设施，包括VHF、V TS、AIS、CCT V（含固定和 移动CCT V）、M/ HF、卫星系统等通信监控资源。根据各 类业务需求，建立业务综合指挥平台，实现预警管理、指 挥调度、应急值守、辅助决策、统计分析、模拟演练等。 加强各类管控系统的集成整合。构建水上交通数据国家 云，研 究智能 感 知 预 警的海 事 指 挥 与应 急 决 策 模 型，突 破水上交通大数据融合与智能决策服务信息技术，提升 重 点覆 盖、精 准识 别、自主可 控的全 域 船 舶 动态监 控 及 智能分析、高效决策的动态感知和决策能力。 （二）海基能力建设 海基能力建设重点在于打造技术领先、智能完备的 海基设施体系，提升深远海安全监管、海事执法、应急处 置和救助打捞能力。具体包括几个方面：
新一代海洋观测与探测技术研究
新一代海洋观测与探测技术研究随着科技的不断发展，人们对于海洋的探测与观测也越来越精准。
新一代海洋观测与探测技术的研究，旨在打破传统海洋探测的局限性，开拓新的研究领域，为人类探究海洋的奥秘提供更为精准的数据支持。
1. 突破传统海洋探测工具的限制传统的海洋探测工具大多只能获取海洋表层的数据，对于深度较大的海洋盆地等区域则无法进行深入观测。
而新一代海洋观测与探测技术，精准的突破了传统海洋探测工具在操作深度上的限制。
例如水声浮标，可以在深海中进行多种多样的观测，包括水深、温盐度、流速、海洋声音和生物等数据。
同时，利用卫星遥感技术，可以对全球海洋进行实时、连续的观测，获取更多更为精准的海洋数据，如海洋表面温度、海面高度、海洋风等信息，从而为全球海洋环境变化的研究提供更为可靠的数据依据。
2. 利用智能化技术提高数据处理速度和准确度新一代海洋观测与探测技术的研究，也包括利用智能化技术提高数据处理速度和准确度，为研究提供更为可靠的数据支持。
例如，利用机器学习技术，可以在大量海洋数据中自动发掘隐藏的模式和规律，并从中提取有用的信息，提高数据处理的准确性和速度。
此外，深度学习等人工智能技术的应用，也可以使新一代海洋观测与探测技术在各个环节实现高效智能化，建立更加智能化、自动化的海洋观测和探测系统。
3. 探索海底资源，实现可持续发展新一代海洋观测与探测技术的研究，不仅将为海洋环境变化的研究提供更为可靠的数据支持，还将为人类探索海洋资源提供更加可靠的技术支持。
例如，在深海等难以到达的地方，利用遥控器技术，可以通过潜水器和无人机等特种载具，进行深入、高效的海底勘探，从而挖掘海洋资源，探索新的发展领域。
同时，借助新一代海洋观测与探测技术的研究，还可以更加准确地评估不同海洋产业的影响和海洋环境压力，为实现可持续发展提供更有力的数据支持。
总之，新一代海洋观测与探测技术的研究，将为人类对于海洋的认知提供更加精准的数据支持，并为探索和利用海洋资源提供更加强有力的技术支持。
天基侦察监视系统发展现状与军事应用分析
与跟踪导弹发射全过程 的任 务 ， 可同时探 测来袭 的战略导 弹和战术导弹 ， 能够提供 导弹预 警 、 导弹防御 、 技术情 报侦 察 以及空 间特征描述等功能 。Ｓ Ｉ Ｓ由高轨卫 星和低轨卫 ＢＲ 星两部 分组成 。高 轨部分 由 ４颗地 球 同步 轨道卫 星、 １颗 备份星 和２颗大椭圆轨道 卫星组成 ， 主要用于探测 、 发现和 跟踪助推段 的导 弹。高轨卫 星 上带 有扫 描型 和凝视 型两 种红外探测器 。扫描型探 测器可 以快 速 的建 立全球 覆盖 ，
战略需求 ， 相继 开发 了“ 未来成像 体系 ” ＦＡ） “ 基红外 （Ｉ 、天
收 稿 日期 ：０ ０— ６— ９ ２ １ ０ ２
天 基 侦 察 监 视 系 统 的发 展 现 状 进 行 分 析 。
对导弹发射 时喷 出的尾焰进 行初始探 测 ， 然后将探 测结果
提供给凝视 型探测 器 ， 后者进 行精 确 跟踪 ， 定弹道 方位 确
角 以及导 弹进入 弹道 时 的高 度 和速度 。低轨 部分又 称为
空 间跟踪与监视 系统 ， ４颗小型 、 由２ 低轨道 、 大倾 角卫 星组
性能弱 的卫 星。ＦＡ包括 可见 光／ Ｉ 近红 外传输 型详查 卫星 和合成孔径雷达 卫星 ２部 分 ， 采用 太 阳同步 轨道 【 ， ２ 设计 Ｊ
寿 命 为 ８年 ， 量 不 足 Ｋ 一１ 重 Ｈ ２卫 星 的 一 半 ， 个 星 座 由 整
ｌ Ｏ一１ 颗卫 星组成 。该 系统 的优 点 是大 幅度 降低 了单星 ２ 发射成本 ， 通过增加 卫星数量使 卫星 的重访率 由原 系统 并 的 ２～ ３天 １次提高到 １天 ２次 以上 ， 同时 ， 其星 载相 机 的 分辨率提高到 ６— 定位精度 提高到 １ 拍摄速度提高 ７ｍ， ｍ，
29天空基海洋目标探测与识别基础研究
29.“天空基海洋目标探测与识别基础研究”重大项目指南随着国家海洋战略逐步从近海走向远洋、从区域走向全球，迫切需要具备全球海洋感知能力，当前面临的瓶颈问题是远海远洋目标的实时精细化探测与识别。
依托“天基平台广域粗分辨”与“空基平台局域细分辨”相结合的天空基联合探测与识别，成为上述瓶颈问题解决的有效途径。
旨在通过本项目研究，在天空基海洋目标探测与识别理论方面取得突破的基础上，探索海上小目标、集群目标探测与识别的关键方法，为提升我国全球海洋感知能力奠定基础。
一、科学目标建立广域复杂海洋环境下海洋目标的检测与识别新理论、新方法，解决海上小目标、集群目标等快速准确发现与识别难的问题，突破广域高速动态天空基平台信息传输关键技术，构建新型的海上天空基平台信息传输网络，提出海量混杂信息融合新理论，实现天空基平台异构多源信息的自动聚合与海洋目标态势的一致性分析，并验证理论方法、关键技术的正确性和可行性，为我国全球海洋大面积、全方位、高精度的感知提供基础理论与方法支撑。
二、研究内容（一）稀疏条件下基于天空基协同感知的海洋目标检测。
建立天空基观测知识协同的杂波/杂斑模型，通过天空基平台间共享海面环境的观测知识实现杂波/杂斑的有效抑制；研究天空基平台对海洋目标协同分布式检测理论和性能界限，以及检测性能对通信条件、信噪比、处理时间等因素的需求；研究天空基海洋目标检测新方法、新体制，实现对海上小目标、集群目标的精准发现。
（二）天空基大差异不确定环境下海洋目标信任识别。
研究强干扰、低信噪比情况下海洋目标特征深度学习方法，构建重要海域内重点目标特征数据库；研究先验知识严重匮乏情况下海洋目标多源异构数据交互识别机理与方法；研究高动态不确定数据集下在线信任识别理论与方法；针对天空基成像雷达、红外、光学等传感器属性大差异问题，研究多源高冲突数据联合证据推理方法，实现对海上小目标、集群目标中重要目标等的信任识别。
（三）海洋环境下高动态平台间宽带传输与探测通信融合组网技术。
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第31卷第3期2010年3月宇 航 学 报Journal of AstronauticsVol.31MarchNo.32010天基海洋目标监视的系统分析及相关研究综述徐一帆,谭跃进,贺仁杰,李菊芳(国防科技大学信息系统与管理学院,长沙410073)摘 要:天基海洋目标监视是现代卫星应用技术的重要发展方向。
分析了海洋目标、海洋监视环境的特点,介绍了天基海洋目标监视资源的分类和发展情况,分析了各种不同类型监视平台及有效载荷的特点和适用性。
综合评述了天基海洋监视中海洋目标检测、分类、识别等目标信息处理技术,对监视任务的规划调度方法及其他相关研究,分析了这些技术手段的特点、适用性及发展现状。
最后分析了当前天基海洋目标监视相关研究和应用的发展趋势。
关键词:卫星;海洋目标监视;舰船检测;卫星任务规划;传感器管理;S AR 中图分类号:TP72 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2010)03-0628-013DOI :10.3873 j.issn.1000-1328.2010.03.002收稿日期:2009-05-25; 修回日期:2009-07-02基金项目:国家自然科学基金(70601035);国防科技大学博士创新项目(B080504)0 引言得天者独厚 。
天基平台及其有效载荷为人类提供了获取地球上各种信息的有效手段,在军事和民事的各类应用中备受青睐。
从上世纪六十年代末,人们就开始考虑使用卫星搜索、跟踪和监视海洋目标[1]。
时至今日,天基海洋目标监视在海洋目标预警、跟踪、监视、态势评估等军事应用和海洋营救搜索、渔业管理、环境监视、海关缉私等民事需求中的优势日益凸显。
随着天基平台及有效载荷等硬件技术和遥感技术等信息收集、处理能力的不断发展,天基海洋目标监视成为各国卫星应用技术的重要发展方向。
从理论上讲,天基海洋监视并不是特定单一学科门类中的研究问题,然而如果该应用问题的复杂性和技术综合能够得到恰当地系统分析和优化,其潜在价值和应用前景将是值得期待的。
天基海洋监视的应用目标必须依赖系统才能实现,这个复杂的系统应该既是硬件系统的集成,又是信息处理能力和管理决策等软方法的集成。
本文旨在以现有的和近期可能发展的航天技术和遥感技术为基础,从系统分析、资源分配、信息获取与处理、规划调度的系统管理角度和层次,系统分析天基海洋目标监视的任务和构成要素,综合评述其相关研究。
第1节主要介绍军用、民用中的应用背景和意义;第2至第4节系统分析构成要素及其特点;第5节综述作为关键技术的目标信息获取技术的相关研究;第6节综述支持管控优化的监视任务规划和监视资源调度的相关研究;第7节总结相关研究和应用的发展趋势。
1 天基海洋监视的应用背景1.1 天基海洋目标监视在军事需求中的战略价值和信息优势兵法云: 善攻者,动于九天之上 。
信息化战争中宇宙空间是侦察监视的制高点。
通过海洋侦察监视,可从海上军事活动中窥见战争的端倪,在战时提供丰富和宝贵的战场情报信息。
然而一方面,海洋面积广大,获取情报困难;另一方面,海洋目标通常是运动目标,海上情报是动态的,并且变化迅速。
未来局部战争在海上作战的可能性很大,海上作战具有范围大,战线长、事件突发性强、敌情及海洋战场环境复杂多变、综合作战保障要求高等特点,对天基海洋目标监视提出了较高的应用要求和性能指标。
较之其它陆、海、空基探测手段而言,作为C 4ISR 重要组成部分的天基海洋目标监视具有覆盖区域广、持续时间长、不受空域国界和地理条件限制、安全性高的战略价值和信息优势。
1.2 天基海洋目标监视在民事需求中的民生价值和社会管理效益天基海洋目标监视最初往往与军事应用相联系,许多论及天基海洋目标监视的文献没有强调它在军事领域之外的应用,因此认为只有美国和苏联拥有实用型天基海洋监视系统。
实际上在民用领域,美国、加拿大、法国、挪威、澳大利亚等国家在海洋交通管理、海岸巡逻搜救、渔业监控、海洋环境污染监视和海关缉私等方面已有比较丰富的技术积累和成功的应用[2-8]。
2 海洋目标特点从军事应用的角度来讲,天基海洋监视的目标物包括水面舰艇(编队)、潜艇、大型飞机和远程导弹,其中最主要的是水面舰艇,包括海面上航行的、港口或近岸驻泊的船舶、舰艇、航母(编队)等。
还有携带特殊载荷的卫星通过尾迹探测潜艇或通过电磁特征探测大型飞机和低空飞行的巡航导弹,但国外通过海水温度变化和航迹侦察较浅深度的潜艇尚未达到实用阶段[9]。
从民用的角度来讲,海洋目标包括各类水面舰只的同时,还包括海洋中某些较大的人造散落物、标志物、受污染的海区等等。
本文如不加特殊说明,下文所指的海洋目标均指水面舰艇。
海洋目标通常具有以下三个方面的特点。
(1)海洋目标的几何特征海洋目标的几何尺寸通常较大,一般从几十米到数百米。
比车辆、飞机、导弹而言,海洋目标是机动目标中几何尺寸较大的物体。
另外,以水面舰只为主的海洋目标的几何外形相对简单,种类也比较单一。
在空间分布上,海洋目标在监视范围内密度很低,目标之间的距离通常较大,即使是由多个海洋目标构成复合型的海洋目标,如航母作战群或商船队这样的舰船编队,在航行中舰船之间仍保持较大距离。
鉴于上述特征,天基海洋目标监视的空间分辨率通常要求不高。
在军用背景下如需观测目标细节特征,需要更高的分辨率要求。
(2)海洋目标的运动特征从机动性来讲,如果不是在港口或沿岸地区,海洋目标通常不是静止目标,而是中低速的运动物体。
从机动方式来讲,与物理学中花粉的布朗运动和分子的热运动不同,舰只运动不是纯粹的随机无规则运动,它们必须遵守一定的航行规程。
例如包括军舰在内的各种舰船的航行,在大多数情况下可以视作近匀速直线运动或多段近匀速直线运动的组合,很少会在大洋中停泊或突然倒车逆向运动。
需要说明的是,地球表面是球面,实际航行中舰船运动并不是按照球面两点之间的大圆弧,作距离最短的圆弧航行。
这是因为沿地球表面的大弧航行需要不断调整航行方向角,操控起来并不方便。
因此,实际航行中舰船在海图上保持一定的航行方向角。
这样航行虽然不是最短路径,但操控起来比较方便并能够保证目的地不变。
从运动的维度来讲,海洋目标是在海面运动,除去地球曲率不严格地说,海洋目标是做二维运动,而不是三维运动。
从运动的障碍和路径特征而言,海洋目标不像陆地目标与地形和道路的限制和依赖关系那么紧密。
从目标规避能力来讲,天基海洋监视是非接触式的,通常海洋目标不能发现监视平台,所以通常海洋目标无法对监视平台做出有效的规避。
鉴于上述特征,天基海洋目标监视需要具有较高的时间分辨率和较高的定位精度及航向航速测定能力[10]。
(3)海洋目标的信号特征由于海洋监视环境是开放式的,因此海洋目标很难借助地形或人工遮蔽物隐藏、消除自身的信号。
根据探测方式划分,可分为主动和被动两种方式。
舰船的主体结构是金属的,即使在现代舰船隐身技术条件下,舰船金属结构对光照、雷达波、无线电波的反射特征明显,其自身也具有一定的金属辐射和散射特征,成为主动式目标探测的信号源。
被动式探测的情况主要是针对军事应用背景的。
舰船上搭载多种电子设备,尤其在军用背景下某些雷达系统始终处于工作状态,例如与舰船安全相关的警戒雷达。
这些电子设备时刻在发射各种无线电型号,成为被动式目标探测的信号源。
从海洋目标影响环境而产生的信号来看,舰船尾迹能够估计航向航速,甚至由于舰船向大气中排出热气体而形成的云迹也可以为海洋目标监视提供信息[11-13]。
3 海洋监视环境特点海洋监视环境与陆地有明显的区别,主要从以下两个方面分析其特点。
629第3期徐一帆等:天基海洋目标监视的系统分析及相关研究综述3.1 海洋监视环境的区域范围和信号背景海洋监视环境的区域范围广大,大范围的水域提供了比较单一的环境背景和信号背景。
由于目标密度低,因此各种信号的密度较低,人为干扰源较少,相对陆地而言电磁信号较单一的海洋环境中,对海洋目标信号的侦收、测量、信号处理比较容易实现。
3.2 海洋监视环境的地理因素和气象因素海洋监视环境的地理因素没有陆地环境复杂,但需要考虑大陆、岛屿、海峡等地理因素对海洋目标运动的制约。
海洋目标通常不可能在陆地上运动,因此理论上目标状态估计不应该得到违反这一事实和常理的结果。
然而在实际应用中至少有以下的情况可能出现并需要加以考虑。
首先,需要具备详细的描绘海岸线的地理数据。
但海岸线地图的准确度有限,而且卫星运动和地球自转会导致成像的几何形变和偏移[1,3],潮汐作用也可能导致海岸线的显著改变。
所以如果监视范围是沿岸较小范围的区域,上述的地理因素对目标状态的估计和判读的影响更大。
其次,由于传感器的成像原理和特定的物理效应,沿岸地区的陆地目标可能在观测结果中表现为海洋目标,同样海洋目标的成像位置也可能偏移至陆地,容易形成关联虚警。
除了地理因素,气象因素会对监视效果和监视资源的选择产生影响。
气象条件较差,在高海况情况下,目标虚警和漏判概率增大,观测效果会明显受到影响。
可见光成像受光照、云度的影响很大,而SAR能实现全天候观测,受天气影响相对较小。
因此在气象条件比较复杂的地区,例如热带地区强对流天气较多、容易形成云层,使用SAR比较常见[14]。
4 天基海洋监视资源4.1 天基海洋监视资源的构成及特点按卫星所携带的侦察设备和侦察手段的不同,海洋监视系统大体可分为电子型和成像型[1]。
电子型又分为被动无源的电子侦察型和主动有源的雷达侦察型,电子侦察型主要应用于军事领域。
成像型又分为可见光、红外和微波成像等类型。
因此海洋监视系统也可直接划分为电子型(专指电子侦察型)、雷达型和成像型[15]。
从功能上讲,电子型主要用于测定海洋目标的位置、航向及航速,成像型不但获得位置信息,还更为详细地提供目标形状、用途等细节特征。
二者结合并辅以气象、中继等卫星,构成拥有多种侦查监视手段的复杂系统,进一步增强对海洋目标的侦察、监视和情报信息的侦收、处理能力。
由于海洋监视卫星的侦察对象是海上舰船等目标,其应用需求、目标及环境特点决定了海洋监视卫星与一般意义的电子侦察及成像等卫星有一定区别和针对性。
对成像卫星而言,其覆盖范围较小,数据处理量大,受气象等因素制约,对广阔大洋上密度极低的目标进行侦察无异于大海捞针,因此尤其是可见光成像的局限性较大,必须有电子侦察卫星做信息先导。
另外在监视对象、内容和方式上与陆地电子侦察卫星有明显区别。
陆地电子侦察卫星的侦察监视主要针对静止目标或信号内容,而海洋型则主要针对运动目标及其位置速度等状态特征,侦收频段比陆地电子侦察卫星更有针对性。
除了电子侦察卫星,随着合成孔径雷达SAR技术的问世和发展,SAR在海洋监视中越来越受到重视。
由于SAR能够全天候观测,分辨率较高,且覆盖范围较大,能提供多种类型的观测数据,一定条件下在海洋目标监视中具有可见光成像卫星不具备的优点,成为成像型海洋监视系统的重要观测手段。