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(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

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微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察定位關(guān)鍵技術(shù)探討

朱偉強(qiáng)，王克讓?zhuān)鞎缘?/p>

(中國(guó)航天科工集團(tuán)8511研究所，江蘇 南京 210007)

基于微納衛(wèi)星的電子偵察還處于起步階段，許多問(wèn)題亟需解決。討論了微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察定位三個(gè)方面的若干關(guān)鍵技術(shù)，分別是電子偵察基本架構(gòu)、載荷硬件架構(gòu)和星間組網(wǎng)通信。在提出松耦合和緊耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)的基礎(chǔ)上，討論了對(duì)地面和空中動(dòng)目標(biāo)的定位方法以及載荷實(shí)現(xiàn)相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)，給出了一種星間鏈路方案，提出了一種基于參數(shù)的中頻數(shù)據(jù)壓縮方法，可為微納衛(wèi)星電子偵察技術(shù)的發(fā)展提供一些參考。

電子偵察；微納衛(wèi)星；無(wú)源定位；自組織組網(wǎng)；數(shù)據(jù)壓縮；微型化

0　引言

星載電子偵察是獲取電子情報(bào)的重要手段，尤其在快速作戰(zhàn)決策方面，更是有其獨(dú)特的作用。但是目前電子偵察衛(wèi)星面臨兩個(gè)方面的問(wèn)題，一是其研制周期長(zhǎng)、研發(fā)與制作費(fèi)用高、風(fēng)險(xiǎn)性大等弱點(diǎn)逐漸顯露；二是無(wú)法滿(mǎn)足大范圍、連續(xù)性的長(zhǎng)期監(jiān)視的軍事需求。同步軌道雖然能長(zhǎng)時(shí)間、大范圍連續(xù)監(jiān)視，但靈敏度及定位精度受限，而低軌衛(wèi)星過(guò)頂時(shí)間有限，雖然可以通過(guò)組網(wǎng)解決，但是由此將引入衛(wèi)星數(shù)量的急劇增加和星間、星地?cái)?shù)傳的需求及相應(yīng)的成本增加等更多問(wèn)題。隨著微電子、微機(jī)電、組網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，基于微納衛(wèi)星的電子偵察技術(shù)優(yōu)勢(shì)越來(lái)越明顯，利用微納衛(wèi)星組網(wǎng)技術(shù)來(lái)解決目前電子偵察衛(wèi)星發(fā)展遇到的問(wèn)題勢(shì)在必行?；谖⒓{衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察技術(shù)具有如下突出優(yōu)勢(shì)[1]：快速響應(yīng)，快速組裝組網(wǎng)；大覆蓋、高時(shí)效、連續(xù)觀測(cè)；低成本、低風(fēng)險(xiǎn)。

基于微納衛(wèi)星的載荷方面，國(guó)內(nèi)外對(duì)通信、光學(xué)偵察、導(dǎo)航等領(lǐng)域[2]有較多研究，但是電子偵察載荷研究較少，本文主要對(duì)微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察基本架構(gòu)、載荷、星間組網(wǎng)通信等方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了探討。

1　微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察基本架構(gòu)

1.1單星偵察能力分析

受單星平臺(tái)載荷能力的限制，單星偵察有效載荷設(shè)備應(yīng)該盡量降低其體積、質(zhì)量、功耗和造價(jià)。其主要特點(diǎn)如下：

1)一般僅有單個(gè)通道，因此無(wú)法使用多通道，如相位干涉儀、數(shù)字陣列的空間譜估計(jì)等方法測(cè)量來(lái)波方向；

2)處理能力有限，很難在單星處理大量數(shù)據(jù)或者進(jìn)行實(shí)時(shí)復(fù)雜運(yùn)算。

在上述限制條件下，單星偵察載荷可以獲得含有目標(biāo)空間位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)等信息的主要觀測(cè)量有：來(lái)波到達(dá)時(shí)間、頻率、信號(hào)幅度，以及上述三個(gè)觀測(cè)量的高階量。

1)到達(dá)時(shí)間(TOA)

TOA含有目標(biāo)與觀測(cè)器之間的距離信息，而TOA序列含有目標(biāo)距離及目標(biāo)距離徑向變化率的信息，這有利于對(duì)目標(biāo)輻射源的定位與跟蹤。

2)頻率(FOA)

FOA含有目標(biāo)距離及距離變化率的信息，在序列中每個(gè)脈沖寬度內(nèi)的射頻中，含有反映距離變化率的多普勒分量，因此通過(guò)測(cè)量FOA有可能得到目標(biāo)位置。

3)信號(hào)幅度(AM)

來(lái)波信號(hào)幅度隨著輻射源距離變化而改變，偵察系統(tǒng)收到的來(lái)波功率與距離平方成反比，因此測(cè)得來(lái)波信號(hào)幅度將有可能得到目標(biāo)距離，但是來(lái)波信號(hào)幅度與信號(hào)源發(fā)射功率、發(fā)射天線(xiàn)方向性、發(fā)射天線(xiàn)掃描、接收天線(xiàn)方向性等有關(guān)，檢測(cè)微小的信號(hào)幅度變化是有難度的，因此利用來(lái)波幅度大小很難獲得較準(zhǔn)確的距離估計(jì)。

從上述單星能力分析中可看出，能夠用來(lái)定位的有效信息相對(duì)較少，僅能用到TOA、FOA以及相應(yīng)的高階量，因此基于微納衛(wèi)星群電子偵察對(duì)地面目標(biāo)可能的定位體制包括時(shí)差定位、頻差定位、時(shí)頻差復(fù)合定位、基于時(shí)差序列特征的定位、以及基于頻率高階量的定位體制；而對(duì)于空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)而言，由于目標(biāo)非合作運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的多普勒調(diào)制效應(yīng)，基于頻率及相應(yīng)高階量的信息對(duì)于定位不會(huì)有直接的貢獻(xiàn)。

1.2組網(wǎng)偵察定位基本架構(gòu)

微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察基本架構(gòu)要綜合考慮的因素有：重訪時(shí)間、連續(xù)監(jiān)視時(shí)間、重點(diǎn)區(qū)域覆蓋情況、定位體制、單星偵察能力、星間/星地組網(wǎng)能力等。隨著技術(shù)的發(fā)展階段的不同，可分別采用松耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)和緊耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)。

松耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)情況如圖1所示，偵察系統(tǒng)由多個(gè)編隊(duì)偵察衛(wèi)星組成，每個(gè)編隊(duì)偵察衛(wèi)星由若干顆衛(wèi)星共同合作完成對(duì)地面、海面及空中輻射源目標(biāo)偵察定位，由不同編隊(duì)偵察衛(wèi)星接力完成對(duì)輻射源連續(xù)偵察。

圖1　松耦合虛擬孔徑偵察定位體制

這種偵察體制編隊(duì)內(nèi)偵察衛(wèi)星間距較近，根據(jù)編隊(duì)內(nèi)衛(wèi)星的多少及輻射源目標(biāo)信號(hào)的特點(diǎn)綜合采用時(shí)差定位、頻差定位或時(shí)頻差聯(lián)合定位，編隊(duì)內(nèi)衛(wèi)星間具備相互通信能力；不同編隊(duì)偵察衛(wèi)星相距較遠(yuǎn)(與偵察區(qū)域大小相當(dāng))，且之間通信能力較弱，僅進(jìn)行信息交換，即編隊(duì)間為松耦合。采用多編隊(duì)偵察方式，實(shí)現(xiàn)虛擬孔徑的大空域覆蓋，通過(guò)編隊(duì)間信息交換，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)輻射源信號(hào)連續(xù)偵察，可以隨時(shí)對(duì)衛(wèi)星數(shù)量進(jìn)行補(bǔ)充，增加偵察覆蓋性和偵察時(shí)間。該架構(gòu)具有如下特點(diǎn)：

1)功能劃分明確，系統(tǒng)構(gòu)成相對(duì)簡(jiǎn)單；

2)編隊(duì)定位體制決定了系統(tǒng)定位精度；

3)僅編隊(duì)內(nèi)衛(wèi)星組網(wǎng)，對(duì)星間數(shù)傳、時(shí)統(tǒng)、相對(duì)定址精度等有較高要求；

4)可以通過(guò)單星偵察頻率切換，實(shí)現(xiàn)截獲概率和定位精度之間平衡，針對(duì)不同目標(biāo)分配不同偵察資源。

緊耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)情況如圖2所示，偵察系統(tǒng)由多顆偵察衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星能夠根據(jù)覆蓋區(qū)域、瞬時(shí)頻段、星座構(gòu)型等因素與周邊其它衛(wèi)星自組織組網(wǎng)，形成超大孔徑超高分辨率電子偵察系統(tǒng)，能夠滿(mǎn)足對(duì)輻射源連續(xù)偵察的需求。這種組網(wǎng)偵察模式具有很大的靈活性，對(duì)組網(wǎng)和數(shù)傳能力要求很高，其靈活性表現(xiàn)在：

1)隨衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)，星座構(gòu)型發(fā)生變化，每張網(wǎng)內(nèi)衛(wèi)星組成及數(shù)量隨時(shí)會(huì)發(fā)生變化；

2)根據(jù)戰(zhàn)術(shù)情報(bào)的需求不同，例如提高重點(diǎn)目標(biāo)的定位精度，可以使網(wǎng)內(nèi)衛(wèi)星組成和數(shù)量發(fā)生變化；

3)根據(jù)偵察區(qū)域是否具有重疊，單顆偵察衛(wèi)星可以把時(shí)差信息發(fā)送到不同網(wǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)定位，即單顆衛(wèi)星可以作為多張網(wǎng)偵察系統(tǒng)的成員；

圖2　緊耦合虛擬孔徑定位體制

4)隨時(shí)可以對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行補(bǔ)充，增加偵察覆蓋性或提高定位精度。

緊耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)有如下特點(diǎn)：

1)系統(tǒng)體制相對(duì)復(fù)雜，組網(wǎng)具有很大的靈活性，可根據(jù)偵察對(duì)象及偵察區(qū)域的不同自組織組網(wǎng)；

2)可以通過(guò)單星偵察頻率可重構(gòu)，針對(duì)不同目標(biāo)分配不同偵察資源；

3)信號(hào)處理相對(duì)復(fù)雜，需要綜合處理幾顆星之間的數(shù)據(jù)；

4)要求所有星之間具有較高精度的時(shí)統(tǒng)，且對(duì)平臺(tái)的絕對(duì)定址精度、相對(duì)定址精度、測(cè)速精度等有較高要求；

5)要求系統(tǒng)具有較高的自組織組網(wǎng)能力，每顆星具有一對(duì)多和多對(duì)一的高速數(shù)傳能力。

兩種組網(wǎng)架構(gòu)的偵察性能對(duì)比情況見(jiàn)表1，雖然緊耦合組網(wǎng)定位架構(gòu)優(yōu)勢(shì)明顯，但就目前技術(shù)而言，松耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)更容易實(shí)現(xiàn)。

表1　兩種組網(wǎng)偵察的定位基本架構(gòu)對(duì)比

1.3地面(海面)慢速目標(biāo)定位方法

基于松耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)的偵察系統(tǒng)在開(kāi)機(jī)工作過(guò)程中，為了提高截獲概率，編隊(duì)內(nèi)多顆微納衛(wèi)星往往并不全部工作在一個(gè)頻段，而是根據(jù)偵察區(qū)域目標(biāo)特點(diǎn)、星座構(gòu)型及星上資源情況綜合確定采用的定位體制，只有發(fā)現(xiàn)存在空中輻射源目標(biāo)時(shí)，衛(wèi)星才全部工作在同一頻段，進(jìn)行多星時(shí)差定位。當(dāng)對(duì)地面或海面輻射源目標(biāo)偵察時(shí)，根據(jù)衛(wèi)星構(gòu)型的不同，可以靈活采用多種偵察定位體制，以及這些定位體制的組合，從而擴(kuò)大瞬時(shí)偵察帶寬，提高截獲概率。

目前，可用于對(duì)地面、海面輻射源目標(biāo)進(jìn)行定位的體制主要有：?jiǎn)涡菃瓮ǖ蓝ㄎ籟3]、雙星時(shí)頻差定位[4]、非共視定位[5]等，除單星單通道定位技術(shù)之外，其余技術(shù)相對(duì)較成熟。

1.4空中動(dòng)目標(biāo)定位方法

空中動(dòng)目標(biāo)定位是三維定位問(wèn)題，傳統(tǒng)星載電子偵察定位技術(shù)往往假定目標(biāo)位于地球表面，也就是說(shuō)目標(biāo)的距離信息已知，因此對(duì)地面目標(biāo)定位相對(duì)較簡(jiǎn)單，而對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行定位的難度將大大增加。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)偵察系統(tǒng)位于地面或者機(jī)載平臺(tái)進(jìn)行了較多的研究，利用多站可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的瞬時(shí)定位，如果觀測(cè)站較少，一般假設(shè)目標(biāo)勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，利用長(zhǎng)時(shí)間的觀測(cè)積累，從而對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，在機(jī)載偵察系統(tǒng)中，還要求觀測(cè)平臺(tái)姿態(tài)發(fā)生機(jī)動(dòng)變化。

目前星載對(duì)空中動(dòng)目標(biāo)定位研究較少，國(guó)外最多的研究集中在基于4星時(shí)差定位[6-7]。由于目標(biāo)機(jī)動(dòng)，因此在目標(biāo)速度未知時(shí)，目標(biāo)頻差信息對(duì)定位精度沒(méi)有直接的貢獻(xiàn)。與傳統(tǒng)三星時(shí)差定位構(gòu)型有所區(qū)別的是，為了提高目標(biāo)高程信息測(cè)量精度，第4顆星與其余3顆星必須在軌道高度上拉開(kāi)距離，形成高度差基線(xiàn)，才能獲得目標(biāo)高程信息，因此會(huì)有4星共視問(wèn)題，這對(duì)編隊(duì)軌道設(shè)計(jì)也提出了挑戰(zhàn)。

下一步的研究方向主要是：

1)利用多星時(shí)差定位，并根據(jù)頻差信息提取目標(biāo)速度信息，利用位置和速度信息對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，從而進(jìn)一步提高空中動(dòng)目標(biāo)定位精度；

2)衛(wèi)星或載荷在空間通過(guò)運(yùn)動(dòng)，在時(shí)間上進(jìn)行積累多次觀測(cè)實(shí)現(xiàn)定位，可以減少衛(wèi)星的數(shù)量。

另外一種解決空中目標(biāo)定位的方法是采用外輻射源定位技術(shù)，可以考慮利用己方的信號(hào)源(如通信衛(wèi)星等)，也可以考慮采用GPS信號(hào)，但是GPS信號(hào)相對(duì)較弱，影響偵察系統(tǒng)的性能。

2　單星偵察載荷硬件架構(gòu)

單星電子偵察載荷應(yīng)具有可重構(gòu)、微型化、標(biāo)準(zhǔn)化和通用化特點(diǎn)，可重構(gòu)是指頻段可重構(gòu)、功能可重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)通用信號(hào)偵察和特殊需求的雷達(dá)、通信和數(shù)據(jù)鏈的偵察；微型化是指體積小、質(zhì)量輕并且功耗低，彌補(bǔ)微納衛(wèi)星平臺(tái)承載能力弱的缺陷；標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化是為了使載荷滿(mǎn)足衛(wèi)星快速生產(chǎn)、快速測(cè)試和快速發(fā)射的需求。采用商用器件可以大大降低載荷的成本，進(jìn)一步拓展其應(yīng)用。

2.1可重構(gòu)技術(shù)

在體積、質(zhì)量、功耗都受到微納衛(wèi)星平臺(tái)能力限制的條件下，載荷的設(shè)計(jì)理念必然與傳統(tǒng)衛(wèi)星大而全的方式有所不同，一是通過(guò)多顆衛(wèi)星組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)大衛(wèi)星的功能，二是單星載荷采用重構(gòu)技術(shù)，頻段、帶寬、處理算法通過(guò)軟件可重構(gòu)，實(shí)現(xiàn)與傳統(tǒng)大衛(wèi)星相當(dāng)?shù)男阅堋?/p>

1)輕質(zhì)可重構(gòu)高增益天線(xiàn)

微納衛(wèi)星電子偵察載荷對(duì)天線(xiàn)的要求是具有輕質(zhì)、寬角、寬帶、高增益等特性，因此輕質(zhì)的可重構(gòu)高增益天線(xiàn)是較好的選擇?？芍貥?gòu)天線(xiàn)是用同一個(gè)天線(xiàn)口徑通過(guò)實(shí)時(shí)改變天線(xiàn)的電參數(shù)，使天線(xiàn)具有多種功能?？芍貥?gòu)天線(xiàn)能夠根據(jù)應(yīng)用需求實(shí)時(shí)地重構(gòu)天線(xiàn)的頻率、增益、波束、掃描范圍等特性，使天線(xiàn)適應(yīng)不同的功能需求。有利于減輕系統(tǒng)的質(zhì)量、降低系統(tǒng)成本、避免存在于多個(gè)天線(xiàn)之間的電磁兼容等問(wèn)題。

2)可重構(gòu)接收通道

載荷的偵察接收可通過(guò)多級(jí)變頻、直接濾波放大、零中頻等接收機(jī)方案。變頻接收即超外差中頻數(shù)字化是目前電子偵察最常用的方案，但存在設(shè)備復(fù)雜，成本、功耗較高，體積較大等問(wèn)題。直接濾波放大接收方案可使接收機(jī)具有“可重構(gòu)”能力，即在不做硬件變動(dòng)的情況下，通過(guò)軟件編程來(lái)適應(yīng)不同的接收機(jī)模式。該方案可以省去微波通道，更便于實(shí)現(xiàn)接收系統(tǒng)小型化，但是對(duì)A/D的工作頻率要求較高。零中頻接收機(jī)方案是將天線(xiàn)接收下來(lái)經(jīng)低噪聲放大后的信號(hào)直接變換成基帶I/Q信號(hào)，其本振頻率與輸入信號(hào)相同，這種方案的優(yōu)點(diǎn)是可以全集成化，該方案一般用于雷達(dá)或通信系統(tǒng)。

3)軟件可重構(gòu)技術(shù)

載荷的信號(hào)處理也要做到可重構(gòu)，包括處理對(duì)象(雷達(dá)信號(hào)、通信信號(hào))、處理算法(參數(shù)測(cè)量、定位等)等，其關(guān)鍵技術(shù)主要有：電子偵察載荷體系架構(gòu)技術(shù)，一體化、可重構(gòu)軟硬件平臺(tái)技術(shù)，偵察功能數(shù)字化、軟件化實(shí)時(shí)處理技術(shù)等。

2.2微型化技術(shù)

微型化技術(shù)是能否實(shí)現(xiàn)微納衛(wèi)星載荷系統(tǒng)的核心技術(shù)，微型化的措施主要有：

1)基于LTCC工藝的多層陶瓷立體設(shè)計(jì)和互聯(lián)技術(shù)：要想實(shí)現(xiàn)射頻系統(tǒng)小型化必須從目前基于MCM的平面集成方式轉(zhuǎn)向立體三維的高密度集成方式，基于LTCC工藝的低溫共燒多層陶瓷互聯(lián)基板混合集成電路是一種比較新的多層工藝設(shè)計(jì)技術(shù)，這種技術(shù)可以滿(mǎn)足微納衛(wèi)星電子偵察系統(tǒng)對(duì)電路小型化、高密度、多功能、高可靠性和高傳輸速率的要求。

2)寬帶射頻SIP模塊設(shè)計(jì)和三維立體封裝技術(shù)：SIP指系統(tǒng)級(jí)封裝，其特點(diǎn)是將不同功能的有源器件、無(wú)源器件及類(lèi)似MEMS光學(xué)器件等通過(guò)采用三維結(jié)構(gòu)形式集中于一個(gè)單一封裝內(nèi)，構(gòu)成一個(gè)類(lèi)似系統(tǒng)的器件為系統(tǒng)或子系統(tǒng)提供多種功能。微納衛(wèi)星電子偵察載荷中，把數(shù)字、模擬系統(tǒng)各種芯片集成在一起進(jìn)行SIP設(shè)計(jì)和封裝可達(dá)到更小的尺寸。

3)SOC技術(shù)：?jiǎn)纹到y(tǒng)(SOC)即在一個(gè)芯片上實(shí)現(xiàn)的是一個(gè)具有復(fù)雜功能的系統(tǒng)。SOC并不是簡(jiǎn)單地將功能復(fù)雜的若干邏輯電路放在一個(gè)芯片上。一個(gè)完整的單芯片系統(tǒng)，在芯片上包括了微納衛(wèi)星偵察載荷幾乎所有的電子功能部件，如模擬部件、信號(hào)采集/轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)部件、數(shù)據(jù)處理部件等。SOC用于微納衛(wèi)星載荷設(shè)計(jì)，可以充分利用現(xiàn)有的成熟設(shè)計(jì)資源，在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高性能系統(tǒng)。

4)基于GaAs、MEMS、SiGe等工藝的寬帶射頻多功能芯片技術(shù)：該項(xiàng)技術(shù)可以改善器件性能，滿(mǎn)足微納衛(wèi)星電子偵察載荷對(duì)高性能、低功耗、高集成度的需求。

2.3COTS器件天基應(yīng)用技術(shù)

一方面，微納衛(wèi)星偵察系統(tǒng)軌道高度一般為中低軌道，且壽命相比于大衛(wèi)星要短的多，這成為應(yīng)用商用現(xiàn)貨(COTS)器件的基礎(chǔ)。另一方面，傳統(tǒng)的宇航級(jí)或者883B級(jí)器件為了滿(mǎn)足抗輻照指標(biāo)，價(jià)格較貴、集成度較低、量產(chǎn)少，而COTS器件在發(fā)展速度、性能、價(jià)格等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)，可以滿(mǎn)足微納衛(wèi)星體積小、質(zhì)量輕、功耗低的需求。

在微納衛(wèi)星載荷系統(tǒng)中使用COTS器件，要采取一定措施提高商用器件的可靠性和抗輻射能力，才能在最大程度上減小其應(yīng)用于空間任務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)。一方面，需要經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的篩選、測(cè)試等措施，選擇合適的器件；另一方面，需要通過(guò)屏蔽加固和容錯(cuò)設(shè)計(jì)，提高使用的可靠性。

3　星間組網(wǎng)通信技術(shù)

基于松耦合的微納衛(wèi)星組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)中，為了完成對(duì)空中動(dòng)目標(biāo)定位，必須綜合利用編隊(duì)中的每顆衛(wèi)星的信息，編隊(duì)內(nèi)衛(wèi)星星間需要進(jìn)行同步、大量數(shù)據(jù)傳輸、交換、處理等。而緊耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)對(duì)星間通信能力有更高的要求，通信距離更遠(yuǎn)、速度更快、組網(wǎng)方式更復(fù)雜。可見(jiàn)星間組網(wǎng)通信能力是影響載荷性能發(fā)揮的重要因素，而微納衛(wèi)星平臺(tái)能力又限制了星間通信的能力，因此可以從兩個(gè)方面綜合優(yōu)化：一是偵察載荷和星間通信一體化設(shè)計(jì)，信號(hào)處理采用可重構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)星間通信要求低時(shí)，可分配更多的資源用于偵察，反之，可減少偵察資源；二是綜合優(yōu)化設(shè)計(jì)星間通信，其關(guān)鍵技術(shù)主要有星間鏈路的總體規(guī)劃設(shè)計(jì)、星間通信協(xié)議、星上處理等。

3.1星間鏈路技術(shù)

松耦合組網(wǎng)偵察定位架構(gòu)中，每個(gè)編隊(duì)由多顆微納衛(wèi)星構(gòu)成，那么編隊(duì)內(nèi)部組網(wǎng)通信方式有兩種結(jié)構(gòu)，即主從式和分布式。主從式結(jié)構(gòu)中，其中一顆衛(wèi)星作為主衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)與編隊(duì)內(nèi)其它所有從衛(wèi)星通信，而編隊(duì)內(nèi)其它所有從衛(wèi)星僅與主衛(wèi)星通信，從衛(wèi)星之間無(wú)通信能力。這種組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)方式相對(duì)較簡(jiǎn)單，但是犧牲了系統(tǒng)的靈活性，衛(wèi)星種類(lèi)變多，主衛(wèi)星一旦受到干擾或者摧毀整個(gè)系統(tǒng)將無(wú)法工作。分布式結(jié)構(gòu)中，任意一顆衛(wèi)星都具有與其它衛(wèi)星的通信能力，通信方式上無(wú)主從之分，該種通信星間鏈路設(shè)計(jì)復(fù)雜，克服了主從式結(jié)構(gòu)的不足，應(yīng)該是星間鏈路的研究方向。

星間鏈路的實(shí)現(xiàn)方式主要有無(wú)線(xiàn)電通信和激光通信兩種。光學(xué)鏈路可提供很高的傳輸容量,但卻要求諸如定向天線(xiàn)、精確和連續(xù)定位目標(biāo)衛(wèi)星等復(fù)雜技術(shù)支撐。無(wú)線(xiàn)電鏈路可采用全向天線(xiàn)、定向天線(xiàn)或全向/定向組合天線(xiàn)。全向天線(xiàn)能克服衛(wèi)星目標(biāo)定位的困難,但卻大大降低了傳輸容量。定向天線(xiàn)能實(shí)現(xiàn)較高的傳輸容量,但要求很強(qiáng)的衛(wèi)星目標(biāo)定位能力。因此可以采用全向天線(xiàn)和定向天線(xiàn)相結(jié)合的方式，即首先利用全向天線(xiàn)與相鄰衛(wèi)星交換位置數(shù)據(jù)，然后利用定向天線(xiàn)與相鄰衛(wèi)星高速通信，其中定向天線(xiàn)與衛(wèi)星共形設(shè)計(jì)，在衛(wèi)星表面各個(gè)方向的天線(xiàn)波束交疊覆蓋整個(gè)空域。

3.2數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)

目前星間鏈路的數(shù)傳速率并不能滿(mǎn)足微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察的要求，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)降低數(shù)據(jù)傳輸量是一種解決方法，需要研究高壓縮比的壓縮方案，并且不影響時(shí)差、頻差的測(cè)量精度。

壓縮技術(shù)可分為波形壓縮或參數(shù)壓縮。傳統(tǒng)使用的基于波形的壓縮技術(shù)未能考慮壓縮對(duì)時(shí)差、頻差估計(jì)精度的影響，壓縮后信號(hào)和噪聲都發(fā)生了變化，會(huì)嚴(yán)重影響時(shí)差、頻差測(cè)量精度。最新的研究表明[8]，最為有效的準(zhǔn)則是Fisher信息準(zhǔn)則，適用于傳輸帶寬受限或存儲(chǔ)容量受限的應(yīng)用或環(huán)境，是一種參數(shù)壓縮技術(shù)。這一思想也已經(jīng)在語(yǔ)音、視頻等領(lǐng)域得到了應(yīng)用，其基本思路是在壓縮時(shí)，保證Fisher信息不減小。而根據(jù)統(tǒng)計(jì)信號(hào)處理理論，F(xiàn)isher信息是評(píng)價(jià)估計(jì)誤差的直接方式，盡可能保證Fisher信息不減小可以保證估計(jì)誤差不增大，因此從統(tǒng)計(jì)意義上看，F(xiàn)isher準(zhǔn)則是最優(yōu)的準(zhǔn)則。

通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)[8]，可以將中頻數(shù)據(jù)有效地壓縮，壓縮比可達(dá)4～10倍，同時(shí)保證時(shí)差、頻差估計(jì)精度幾乎不受影響。

4　結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前,微納衛(wèi)星電子偵察技術(shù)方興未艾，相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)尚待研究和突破。本文對(duì)微納衛(wèi)星組網(wǎng)電子偵察定位三個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了闡述，限于篇幅還有很多技術(shù)未涉及到，微納衛(wèi)星偵察技術(shù)的研究任重而道遠(yuǎn)?！?/p>

[1]黃漢文.微納衛(wèi)星在空間信息對(duì)抗中的應(yīng)用[J].航天電子對(duì)抗，2010, 26(1): 30-32，36.

[2]趙煒渝, 白保存, 金仲和.皮納衛(wèi)星應(yīng)用與特點(diǎn)分析[J].國(guó)際太空，2013(8): 36-40.

[3]徐義.基于多普勒信息的單星無(wú)源定位新技術(shù)研究[D].長(zhǎng)沙：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué), 2009.

[4]朱偉強(qiáng), 黃培康, 束鋒, 等.多星TDOA和FDOA聯(lián)合定位精度分析[J].系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，2009, 31(12): 2797-2800.

[5]張奎, 羅景青.測(cè)量TDOA的完全非同步照射輻射源定位算法[J].信號(hào)處理，2014(8): 874-881.

[6]Sun M, Ho KC.An asymptotically efficient estimator for TDOA and FDOA positioning of multiple disjoint sources in the presence of sensor location uncertainties[J].IEEE Trans.on Signal Processing,2011, 59(7): 3434-3440.

[7]Ho KC, Xu W.An accurate algebraic solution for moving source location using TDOA and FDOA measurements[J].IEEE Trans.on Signal Processing,2004, 52(9): 2453-2463.

[8]趙先鋒.COTS微處理器軟件容錯(cuò)性能的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué), 2007.

Key techniques of electronic reconnaissance and location based on micro/nano satellite network

Zhu Weiqiang, Wang Kerang, Zhu Xiaodan

(No.8511 Research Institute of CASIC，Nanjing 210007，Jiangsu，China)

Electronic reconnaissance based on micro/nano satellite network is under research, and many problems need to be resolved.The key techniques of three aspects are discussed, including basic reconnaissance system structure, payload hardware structure and inter-satellite networked communication.By introducing loosely coupled architecture and tightly coupled architecture of networked reconnaissance, some key techniques of locating scheme of ground target and air moving target and payload implementation are analyzed.A method of inter-satellite link is proposed.A data compression technique for IF data is introduced based on parameterized method.This study can be referred by micro/nano satellite reconnaissance system.

electronic reconnaissance;micro/nano satellite;passive location;self-organizing networking;data compression;micromation

2015-11-27；2016-03-11修回。

朱偉強(qiáng)(1964-)，男，研究員，博士，主要研究方向?yàn)殡娮訉?duì)抗總體技術(shù)。

TN971+.5；V474.2+7

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