国外天基信息系统装备及技术发展水平研究

杨艳洲 王佳雯 张玮 赵馨 施鸿雁

摘  要：未来战争将是以信息化为本质特征的高技术战争，天基信息系统作为制胜的战略制高点，以其作用范围广、时效性强、不受国界限制、生存能力强的有利优势，为作战提供战场侦察、目标监视、作战导引、电子对抗、打击效能评估、通信保障、战场环境保障等全方位信息。文章重点研究美国天基信息系统装备、能力及技术发展水平，基于美国局部战争中的典型作战应用，分析其天基信息装备特点和发展趋势，提出对我国航天装备及天基信息应用发展的启示及建议。

关键词：天基信息系统;局部战争;典型作战;航天装备

中图分类号：TN927       文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2020）06-0053-05

Abstract：The future war will be a high-tech war characterized by information technology. Space-based information system，as the strategic commanding point of victory，will provide battlefield reconnaissance，target surveillance，battle guidance，electronic warfare，strike effectiveness evaluation，communication support and battlefield environment support for operations with its advantages of wide range，strong timeliness，not limited by national boundaries and strong viability And so on. This paper focuses on the equipment，capability and technology development level of American space-based information system. Based on the typical combat applications in American local wars，it analyzes the characteristics and development trend of its space-based information equipment，and puts forward enlightenment and suggestions for the development of Chinas space-based information equipment and application of space-based information.

Keywords：space-based information system;local war;typical operation;space equipment

0  引  言

未来战争将是以信息化为本质特征的高技术战争，天基信息系统是制胜的战略制高点。当前，世界各主要军事国家大多开展了天基信息系统的军事应用[1]，就实战应用而言，最具代表性的是美国天基信息系统，在近几场规模化战争或局部战役中发挥了较为显著的战斗力。由此可以看出，美国已经充分认识到制天权在未来战争中的重要作用，并将天基信息应用能力的加强作为未来美国空军发展的主要方向，从而确保其在信息斗争领域的决定性优势。

目前，我国天基信息系统装备支持的战役战术还没有得到广泛应用，各军兵种通过天基信息系统进行联合作战没有形成一套体系，具备稳定的战役战术信息保障能力的卫星装备力量不足，战时任务响应快、机动能力强，有效支持战役战术应用的快速响应卫星亟待大力发展，确保空间力量制衡的空间攻防与对抗系统建设（包括静止轨道信息传输链路节点对抗卫星系统、低轨天对地雷达干扰卫星系统、天对地打击卫星系统等）还需加强。本文通过对国外天基信息系统装备及技术发展水平的研究，提出我国天基信息系统装备（主要是卫星资源）及技术研究的一些发展思路，加速我军天基信息装备支持战役战术应用的转变，发展我国空间攻防与对抗系统，加强天对地打击卫星系统建设等手段，为未来打赢信息化、体系化战争做好充分的准备。

1  国外发展现状

1.1  美军现役天基信息系统装备及能力概况

现代战争离不开天基信息系统的支持，最近国外几场高科技局部战争证明了这一点。美国经过几十年坚持不懈的发展，目前已經建成了包括气象与环境监测、陆海侦察与监视、空天预警探测、通信、导航等卫星装备在内的全方位与多样化的天基信息系统，为武器装备和作战部队提供通信、情报、监视、侦查、导航等支持，大大提高美军在现代化战争中的作战能力。

美国空军战时可供调用的卫星资源包括两部分，一是战时联合航天司令部有权使用的卫星，二是空军航天司令部所属卫星。根据美军联合作战条例，战时美军有权使用本国和盟国全部航天资源，包括征用商业卫星数据。因此，空军在战时可用的卫星资源十分丰富。以下是美军现役天基信息系统装备及能力发展现状。

1.1.1  陆海侦察与监视领域

美国在陆地目标侦察监视方面发展了大量的高分辨率成像侦察卫星及高轨电子侦察卫星，例如“锁眼”光学成像侦察卫星、“长曲棍球”雷达成像侦察卫星，8X光学与雷达一体化成像侦察卫星、水星（Mercury）、门特（Mentor）电子侦察卫星[2]等;在海洋监视卫星系统方面先后发展了“白云”计划、天基广域监视系统和“联合天基广域监视系统”。

美国现役光学成像侦察卫星具备轨道机动、侧摆成像、快速改变镜头焦距等能力，基本实现了测绘/侦察一体。可见光空间分辨率可达0.1 m～0.15 m，红外分辨率为0.6 m～1 m;雷达成像侦察卫星空间分辨率可达0.3 m～1 m。Mercury主要进行通信和侦察，同时收集导弹武器试验时的遥测、遥控、雷达射频等非通信电子信号。Mentor属宽频卫星，能获得敌方雷达及其他探测系统的关键频率信息，可侦收地面微弱通信信号，可侦收导弹遥测信号（UHF、L频段）、核潜艇通信信号等[3]。

1.1.2  空天预警探测领域

美国导弹预警卫星系统通过50年的发展，经历了Midas、國防支援卫星（DSP）、天基红外预警卫星（SBIRS）几个阶段，共发射40余颗卫星。美国高轨预警体系建设日趋成熟，中低轨卫星正在开展在轨试验验证，计划构建SBIRS-High+中低轨PTSS和雷达预警的全程跟踪能力，当前在轨7GEO+2HEO预警卫星。

天基红外预警卫星（SBIRS）是世界上规模最大、耗资最多、技术最先进的战略导弹预警系统。它集成了战略导弹预警、防御、情报与战场态势、信息支援等功能，SBIRS-High用于中低纬度及北半球高纬度地区发射导弹的早期预警，SBIRS-Low全球部署低轨预警星座，实现早期预警和对弹道导弹中段目标的探测识别，引导拦截弹拦截目标。当前在轨7GEO+2HEO预警卫星，具备对俄罗斯、中国、印度、朝鲜、伊朗24 h连续预警能力，对洲际弹道导弹的预警时间长达30 min，后续SBIRS系统进一步升级为捕获跟踪一体化的3GIRS系统。

1.1.3  军用通信卫星领域

美国目前拥有世界上最庞大、最先进的军用通信卫星体系，大概有30多颗军用通信卫星在轨运行[4]，形成了宽带系统、抗干扰系统和窄带系统的军用通信卫星系列，满足军方战略、战术和保密卫星通信的要求。除此之外，为了满足不同作战条件下各种战略、战术的用户需求，美军还大量利用商用卫星通信系统，为其提供所需的军用通信业务。

以美国为代表的军用通信卫星体系发展全面，不但能够进行较大容量的具有较强抗干扰、截收与安全防护能力的战略通信与中继，而且具有一定的战术使用能力。宽带全球卫星系统（WGS）能提供高频率的瞬时转换带宽，点波束多，覆盖能力强，能覆盖从南纬65°到北纬70°之间。移动用户目标系统（MUOS）采用宽带码分多址蜂窝技术实现全球覆盖，窄带通信信道传输速率达到9.6 Kbps，宽带数据信道传输速率可达64 Kbps。AEHF具有抗干扰、低检测概率、低截获概率的特点和先进加密系统，可为战场传输有效的视频图像和目标数据，不仅兼容军用卫星系统终端，而且支持移动中通信。

1.1.4  导航定位卫星领域

目前，美国导航定位卫星（GPS）星座共有32颗卫星，其中31颗在轨运行，1颗超期服役。目前在轨的导航定位卫星可为美军提供全天时、全天候、高精度、全球性的导航定位信息和精准授时，其军用精密P码定位精度、测速精度及授时精度均非常高，为其武器装备和指挥控制系统提供了巨大支持。GPS-2F具有更强的抗干扰、抗打击能力，它是GPS-3过渡的最后型号，美国导航定位卫星星座到2016年时均以GPS-2F卫星运行，其定位精度、授时精度将进一步提高。

1.2  美军天基信息应用实战案例

近十几年来，美国的天基信息系统在局部战争中支援美军作战行动方面发挥了极其重要的作用。美军的“全球指挥控制系统”是利用其卫星和网络技术等建立起来的，可覆盖全球600多个战略要点[5]，其中全部的导航定位和气象信息、95%的侦察情报、90%的军事通信都来自天基信息系统。美国天基信息系统支持作战打击行动是不断演进的过程，从1991年的年海湾战争到2003年的伊拉克战争，美国天基信息系统在不断改进和提高其作战使用效能。

从表1中可看出，美国在历次战争中使用的天基信息系统为其提供了及时准确的侦察、预警、导航、通信等作战信息和通信服务。

从侦察卫星发挥的作用来看，在海湾战争中，只有15%的打击目标由空间监视卫星系统提供，在科索沃战争中，提高到了70%，到2010年，达到98%。1991年的海湾战争中，在天基DSP卫星的信息保障下，导弹在极短时间内发射升空，多次成功拦截弹道导弹;在2001年的阿富汗战争中，美军在美国本土上遥控阿富汗上空的无人机，并指挥战斗机空袭首长的车队，精准实施空中“斩首”。这一系列的实战案例表明，美军在天基信息系统支援下进行的战役战术作战，“发现即摧毁”的体系作战威力显得非常突出。

从通信卫星发挥的作用来看，卫星通信的容量正在不断增加，约有90%以上的通信信息是通过卫星传输的。从海湾战争中消耗的总带宽为100 Mbit/s，到伊拉克战争中消耗的带宽量为4.2 Gbit/s，后者比前者整整多40倍以上，这为战区部队与五角大楼和白宫建立了直接联系;2007年的作战中，在作战人数减少40%的情况下，美军和盟军的带宽消耗又增加了39倍。这其中通信中继卫星系统发挥了巨大作用，其实现了大量、快速、远程传输指挥信息，不仅有效克服了传统指挥信息传输不足的问题，而且满足了不同作战层次和作战行动对信息传输的需求。

从信息保障的时效性来看，美军依靠天基系统的信息支援，大大缩短了打击回路的响应时间。从1991年海湾战争的2 d到2003年伊拉克战争的10 min，使战场目标一旦被发现即遭到打击成为现实。在2003年的伊拉克战争中，美英联合作战部队动用了160多颗卫星，在海湾上空部署了庞大的“天网”，实现对整个伊拉克战场的全实时监控，与空中、地面侦察装备结合，为预警探测、情报侦察、通信联络等提供全天时、全天候、高精度、大范围的信息保障，及时准确地获取敌方信息，支撑指挥控制和精确打击，实时看到战场传来的电视图像画面，实现了空海天一体化的信息控制及作战。

2  国外天基信息装备特点和发展趋势

2.1  陆海侦察与监视领域

成像侦察向侦察/测绘一体化发展，强调高分敏捷、中分宽幅，电子侦察低轨趋向于精测定位，高轨趋向于信号情报侦收，有效载荷向多手段综合方向发展。

技术趋势：（1）在系统构建方面，高低轨配合、中高轨监视与倾斜轨道快速重访并重、天地一体资源调度、演习与实战经验积累相结合，提升卫星作战支持的综合效能;（2）在卫星装备方面，有效载荷向更高分辨率、更高灵敏度、多手段综合方向发展，注重提升卫星平台灵巧机动能力;（3）在探测手段方面，注重基础数据情报的获取，装备与手段配合形式多样，作战运用工作模式灵活;（4）在处理应用方面，由地面处理向星上适度处理、星地协同处理转变，由单星数据应用向多数据集成应用转变，由按程序、步骤执行向按需配置、智能自主方向转变。

2.2  空天预警探测领域

由单一轨道向高低轨配合、天地协同发展，探测手段向多波段、大面阵发展。

技术趋势：（1）天地协同、全程预警。预警卫星与地基雷达网协同工作，实现导弹主动段、中段、末段持续跟踪预警;（2）全球关注、局部突出。高轨预警卫星全球组网，针对其关注的热点和威胁区域多星立体观测，保证早期预警精度;（3）全天可用、实时传输。在轨充分冗余，保障战时有效可用。建立可靠的星地、星间链路，實时数据传输，保证预警时效;（4）准确预测、武器铰联。通过中低轨卫星强化弹道导弹中段跟踪能力，提升落点预报精度，直接引导火控实施反导拦截;（5）持续试验、动态完善。装备类型不断升级，除弹道导弹外，兼顾空中、临近空间目标的探测跟踪试验，试验与应用并重。

2.3  军用通信卫星领域

高中低轨道和大中小通信卫星全面发展，实现网络化、宽带化、综合化业务应用。通信卫星系统总体技术指标将大幅提升。

技术趋势：（1）通信频率向更高频段发展，Ka频段将成为主流;（2）传输速率由低速、中速向高速发展，空间激光通信技术和太赫兹通信技术可能得到广泛应用;（3）抗干扰方式由单一方式转向多种手段综合利用，提升通信链路质量和可靠性，提供安全保密的通信服务;（4）卫星控制由地面控制向星上自主管理发展，星上信号处理、路由和交换技术使通信卫星更加智能化，满足灵活组网和不同类型网络融合的需要;（5）卫星通信的覆盖区域进一步增加，由覆盖重点区域向全球覆盖拓展;（6）终端与移动站向超小型化、集成化、多功能、多速率、多体制兼容发展。

2.4  导航定位卫星领域

导航定位精度大大改进，性能不断提高。为了满足2030年前后军民两用领域的需求，美国研制的全新的导航定位卫星GPS-3系统，将采用全新的优化设计方案，通过融合各种卫星资源，并采用点波束天线在指定区域能够集中更强的信号概率。GPS-3将采用30多颗卫星进行组网，并将6个轨道面改为3个，计划于2024年之前部署完成。

技术趋势：（1）军民频段分离，新增播发L1C民码信号，最终实现军码民码频段的彻底分离;（2）星间自主导航，星间通信容量与抗干扰能力进一步增强，配合TT&C快速注入链路实现导航星座长时间独立自主运行;（3）空间服务扩展，提升高轨导航能力，实现空域服务扩展，保障洲际导弹、太空武器等的导航需要;（4）导航精度提升，军用信号强度与信道测量精度较现有系统提高3倍;（5）通讯网络辅助，采用低轨移动通信星座与导航终端兼容的方式，用于战时导航系统的通信辅助。

3  需关注的重大问题

3.1  美军对天基信息技术的应用与战役战术行动高度融合

美国对天基信息的应用早期主要集中于战略层面，但随着几场局部战争的实战应用，美国空军应用天基技术逐渐与战术行动相结合，发挥出巨大效能。未来的天基信息系统将注重直接支持作战的战术应用能力，使战略、战术等各层次上均可实时利用天基信息系统，为美国未来网络化作战提供更有力的信息支撑保障。

（1）天基信息系统直接引导战役战术行动：伊拉克战争期间，在巡歼敌“侯赛因”型弹道导弹的过程中，采用标校精度小于1 m的光学或雷达图像进行监视，使空基监测平台充分利用全球数字地图，发现目标图像、识别其坐标并将数据发送到最适合实施攻击的歼击机，将目标摧毁;（2）天基信息应用加快战争进程：美国在历次局部战争中调配的天基信息资源越来越多，通信带宽越来越大。美军一次打击周期与参战天基资源规模（参战卫星数量、空间通信带宽）之间的关系。可以看出，参战卫星数量愈多，空间通信带宽愈大，美军完成一次打击行动所耗时间愈短，战争进程因此加快;（3）天基信息与作战武器的融合愈加紧密：美国空军机载武器开始向INS/GPS制导的JDAM换装。JDAM具有自主制导能力，可在敌火力圈外发射，使用有限但有效的力量，取得精确打击效果。

3.2  美国加速太空武器化，企图控制空间的态势日益显著

在近期的几次局部战争中，美国航天军事力量主要是用于太空信息支持及实力提升，即发射并控制太空装备，通过太空装备为侦察、预警、监视、通信等方面提供信息和服务。然而，随着美国航天实力的不断增强，美军加紧研制空间对抗武器和天对地精确打击武器，全力推进空间控制和全球打击战略，加速太空武器化，从而提高其太空控制和应用太空实力开展作战行动的能力。

（1）空间攻防能力的增强：在空间防御方面，美军将增强其太空系统的生存能力和太空保卫能力，采用改进防御战术和技术手段的方法，并确保其太空系统未来具有抗干扰能力。同时，美国进一步发展太空器以外的太空防御性对抗力量，有助于其天基信息系统防御敌方对太空器实施动能和物理攻击。现阶段，美军在太空防御方面的能力相对比较强，在空间进攻作战方面，开展了对太空能力有不同程度的致命和非致命的破坏效果研究。未来的系统是可以毁伤敌方太空能力的天基进攻性太空对抗系统[6];（2）太空力量的应用：在美军提出的各项航天任务中，最具特点的是太空力量的应用。从上世纪90年代中期开始，美国就进行了太空作战装备系统的任务分析和概念研究，最终确认了太空作战装备系统最重要的作战支撑就是太空力量。其中，美国提出了“猎鹰”计划，从而使太空作战飞行器系统的发展蓝图清晰可行。

3.3  美军加强天基信息系统的新技术研发和应用，不断增强其支持能力

成像侦察卫星等信息获取类卫星，将向天基雷达成像和超频谱成像技术的方向发展，不断提高其探测、分辨伪装目标的能力，一方面其尺寸将会更大，另一方面向小卫星方向发展，建设小卫星探测网，以实现全球覆盖。未来的电子侦察卫星具有功能多样、寿命长、实时性强、适应范围广等特点，并结合电子与成像侦察以及主、被动式侦察，不仅星载电子侦察设备的信号处理速度与处理能力将进一步提高，而且其抗干扰、机动变轨和抗摧毁等能力也将显著增强。例如，美国将在未来几年内部署完毕具备导弹预警功能的“天基红外系统”，该系统可在导弹发射后10 min～20 min内将预警信息传送给地面部队。

目前在轨的通信卫星存在带宽有限、中继转发易受扰、信号捕获时长、信号功率较小等问题，针对这些问题，美国将采用激光和射频通信、极高频抗干扰与星上基带处理技术，逐步实现接口标准化、体系开放化、终端轻小型化，并在发射的新型通信卫星上实现。

就导航定位卫星而言，目前在轨的导航定位卫星存在易受遮挡、易受干扰、CPU生存能力有限等问题，为提高卫星导航能力，确保其先进性并提升国际市场竞争力，美国将采用自适应调零天线、抗干扰信号处理、组合导航与卫星自主生存技术等。

4  启示及建议

通过研究国外天基信息系统装备、能力及技术发展水平，以及美国局部战争中的典型作战应用，分析其天基信息装备特点和发展趋势，提出对我国航天装备及天基信息应用发展的启示及建议。

4.1  加速我军天基信息装备支持战役战术应用的转变

支持战役战术应用，要求天基信息装备在特定的作战环境和作战样式下，直接参与作战计划制定、作战中情报收集与分发、敌方作战目标类型识别、监视与目指、打击效果评估、信息链实时通讯保障等行动的信息支援。亟需加快我军天基信息装备面向战役战术应用的信息支持能力，建议采取以下举措：（1）发展我军面向重点区域战役战术使用需求的骨干卫星装备，具备稳定的战役战术信息保障能力;（2）面向我军战役战术应用需求，针对现有天基信息装备的探测能力短板，重点围绕军事飞机、导弹、潜艇、高超声速飞行器的发现、识别、跟踪和监视，加快目标特性研究、探测技术体制、多元信息融合与作战信息链优化等方面的关键能力提升;（3）大力发展应急增强的快速响应卫星，确保战时任务响应快，机动能力强，有效支持战役战术应用。

4.2  发展我国空间攻防与对抗系统，确保空间力量制衡

对于未来战争，制天权将构成战争主动权的重要部分。我国的安全正面临着太空武器化的威胁。在加强空间目标监测的基础上，加快发展我国空间攻防与对抗卫星系统，提升我军空间力量制衡能力。

（1）加强静止轨道信息传输链路节点对抗卫星系统建设：重点针对高轨通信系统的核心节点卫星，发展链路干扰、动能毁伤、定向能杀伤等装备，根据战情需要，对其进行不同程度的软硬对抗，战前形成威慑，小规模冲突中降效或阻断，局部战争中直接摧毁，实现软硬结合，慑战并举，攻防兼备，击点破链的作战效果;（2）加强低轨天对地雷达干扰卫星系统建设：发展多功能、多作战目标的天对地雷达干扰卫星系统，对地基雷达实施压制、欺骗、阻塞、致盲干扰，在作战的不同阶段，为我方作战提供强有力的支持，削弱敌方地基雷达工作能力，為武器系统提供有效的打击或突防窗口，保障武器对目标的有效打击，降低作战成本，提升作战效能;（3）加强天对地打击卫星系统建设：利用天基作战平台承载对地打击武器载荷，在战情需要的情况下，快速进入目标轨道，释放弹头武器，在卫星的引导下快速捕获目标，并实施攻击摧毁。天对地打击卫星可以通过小卫星、微小卫星实现，成本低，效率高，可以战前快速部署，以及战中应急发射。

5  结  论

国外天基信息系统装备、能力及技术已经发展到一定水平，战场侦察、目标监视、作战导引、电子对抗、打击效能评估、通信保障、战场环境保障等信息功能逐步完备，为支撑其未来信息化战争打下了坚实基础。这要求我国进一步加快建设天基信息系统装备力量，并力争在未来的战役战术中得到广泛应用，通过建设信息保障卫星系统、快速响应卫星系统、信息传输链路节点对抗卫星系统、天对地雷达干扰卫星系统、天对地打击卫星系统等手段，为未来打赢空天战争做好充分准备，从而确保我军在信息化战争中立于不败之地。

参考文献：

[1] 赵德喜，谢朝辉.论军事航天力量的建设与发展 [J].中国军事科学，2008（3）：88-96.

[2] 冯如.美国电子侦察卫星的发展概况 [J].国际太空，2000（10）：6-8.

[3] 曾锦祥，张金生.美国电子侦察卫星的发展与应用 [C]//中国雷达行业协会航空电子分会暨四川省电子学会航空航天专委会学术交流会论文集，2008.

[4] 马亚红，任登高.国外军事通信卫星发展现状及趋势 [J].国防科技，2011，32（2）：75-79.

[5] 邱涤珊.航天装备军事应用 [M].长沙：国防科技大学出版社，2005.

[6] 吴勤.美国空间对抗装备与技术新进展 [J].国际太空，2010（1）：27-32.

作者简介：杨艳洲（1986.01-），男，汉族，江西吉安人，工程师，硕士研究生，研究方向：天基信息与数据分析及应用。