劉韜 王丹 武珺

美軍氣象衛(wèi)星的應(yīng)用與管理

劉韜1王丹2武珺1

（1 北京空間科技信息研究所，北京 100094）（2 北京空間飛行器總體設(shè)計部，北京 100094）

軍事活動都是以一定時空條件為前提的，現(xiàn)代戰(zhàn)爭軍隊機動靈敏，戰(zhàn)況變化急劇，戰(zhàn)場的自然地理條件，特別是氣象條件對作戰(zhàn)的各個方面都會產(chǎn)生不同程度的影響和制約。軍用氣象衛(wèi)星是為軍事需要提供氣象資料的衛(wèi)星，它可提供全球范圍的戰(zhàn)略地區(qū)和戰(zhàn)場上的氣象資料，具有保密性強和圖像分辨率高的特點。大多數(shù)國家和地區(qū)的氣象衛(wèi)星都是軍民兩用的，只有美國專門制造了軍用氣象衛(wèi)星。為了全面把握美國軍用氣象衛(wèi)星的管理機構(gòu)、作戰(zhàn)流程和數(shù)據(jù)應(yīng)用情況，文章基于美軍氣象水文作戰(zhàn)條令、作戰(zhàn)手冊等文獻，系統(tǒng)研究了美國軍用氣象衛(wèi)星作戰(zhàn)應(yīng)用，包括美國“國防氣象衛(wèi)星計劃”衛(wèi)星的運管機構(gòu)、作戰(zhàn)指揮控制流程，分析研究了美國“國防氣象衛(wèi)星計劃”衛(wèi)星主要載荷的觀測要素及作戰(zhàn)應(yīng)用領(lǐng)域，梳理了軍用氣象衛(wèi)星相關(guān)作戰(zhàn)應(yīng)用裝備的發(fā)展。最后，在衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展、作戰(zhàn)應(yīng)用等方面給出了幾點啟示。

衛(wèi)星應(yīng)用 指揮與控制 聯(lián)合作戰(zhàn) 氣象衛(wèi)星

0 引言

軍用氣象衛(wèi)星是現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的重要裝備，在戰(zhàn)場氣象水文信息保障方面具有重要作用。美國是唯一發(fā)展了純軍用氣象衛(wèi)星的國家，代表該領(lǐng)域最高水平，同時美國重視軍用氣象衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用[1-5]。我國相關(guān)研究人員主要對美國氣象衛(wèi)星的軍事應(yīng)用領(lǐng)域和典型戰(zhàn)例做了簡要介紹，但沒有詳細研究美國軍用氣象衛(wèi)星的觀測要素和相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域，沒有對美國氣象衛(wèi)星支持作戰(zhàn)的相關(guān)管理機構(gòu)、指揮控制流程和數(shù)據(jù)應(yīng)用流程進行分析[6-7]。本文將較為全面地把握美國軍用氣象衛(wèi)星的觀測要素和軍事應(yīng)用，把握指控和衛(wèi)星數(shù)據(jù)應(yīng)用流程，介紹相關(guān)戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用終端發(fā)展，為我國氣象衛(wèi)星系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用發(fā)展提供參考。

1 美國軍用氣象衛(wèi)星系統(tǒng)應(yīng)用

國防氣象衛(wèi)星計劃（defense meteorological satellite program，DMSP）衛(wèi)星是美國現(xiàn)役的軍用極軌氣象衛(wèi)星，也是現(xiàn)役唯一的純軍用氣象衛(wèi)星系列。DMSP衛(wèi)星為美國空軍氣象局（air force weather agency，AFWA，現(xiàn)改組為557氣象聯(lián)隊）[8]、海軍艦隊數(shù)值氣象水文中心（fleet numerical meteorology and oceanography center，F(xiàn)NMOC）等業(yè)務(wù)局提供全球環(huán)境信息，還能夠為遍及全球的國防部陸基、海基DMSP衛(wèi)星終端提供直接、實時的區(qū)域環(huán)境信息。

DMSP衛(wèi)星的日常運行由位于馬里蘭州的華盛頓特區(qū)的郊外休特蘭國家海洋和大氣管理局（national oceanic and atmospheric administration，NOAA）衛(wèi)星運控中心（satellite operations control center，SOCC）運管[9]，位于施里弗空軍基地的環(huán)境衛(wèi)星運行控制中心是SOCC的備份控制中心，該中心安裝的設(shè)備與SOCC相同，并互相同步。DMSP衛(wèi)星的管控和用戶情況如圖1所示。

圖1 DMSP衛(wèi)星運控機構(gòu)和用戶

1.1 軍用氣象衛(wèi)星作戰(zhàn)應(yīng)用流程

美國環(huán)境衛(wèi)星指揮控制流程如圖2所示。聯(lián)合作戰(zhàn)中，為了獲取正確、及時的氣象水文信息進行作戰(zhàn)決策，聯(lián)合部隊司令（joint force commander，JFC）任命聯(lián)合氣象水文官（joint meteorological and oceanographic officer，JMO），JMO隸屬JFC參謀部，具體職責(zé)是向JFC建議是否請求或建立聯(lián)合氣象水文協(xié)作組織（joint meteorological and oceanographic coordination organization，JMCO）。JMO通過作戰(zhàn)命令向JMCO和聯(lián)合氣象水文協(xié)作單元（joint meteorological and oceanographic coordination cell，JMCC）下達總指示。JMCO負責(zé)協(xié)調(diào)所有氣象水文作戰(zhàn)保障界的行動。氣象水文作戰(zhàn)支持界（metoc operations support community，MOSC）包括空軍氣象局和海軍數(shù)值氣象水文中心等業(yè)務(wù)局[10-11]。

圖2 環(huán)境衛(wèi)星作戰(zhàn)指揮控制流程

JMCC是氣象水文作戰(zhàn)支持的基石。JMCC通過后方支援方式，為所有聯(lián)合部隊和聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域（joint operations area，JOA）的子機構(gòu)提供保障。JMCC是JOA中集成所有氣象水文數(shù)據(jù)的中樞，并協(xié)調(diào)保障JMO的需求，制作聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域預(yù)報和其他保障聯(lián)合部隊和聯(lián)合參謀部的氣象水文產(chǎn)品。JMCC為聯(lián)合部隊司令的作戰(zhàn)區(qū)域同步、集成所有氣象水文信息。簡而言之，JMCC的任務(wù)是將多數(shù)據(jù)源的氣象水文信息和作戰(zhàn)信息合并，產(chǎn)生與氣象水文圖相關(guān)聯(lián)的聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域預(yù)報。JMCC的典型職責(zé)包括獲取、分析氣象水文數(shù)據(jù)，合并從氣象水文作戰(zhàn)支持界獲取的數(shù)據(jù)；把握聯(lián)合部隊作戰(zhàn)態(tài)勢感知的總體目標(biāo)，明確影響聯(lián)合作戰(zhàn)的氣象水文條件；支持聯(lián)合作戰(zhàn)司令的決策；準(zhǔn)備并分發(fā)聯(lián)合作戰(zhàn)區(qū)域預(yù)報、特殊支持產(chǎn)品、為聯(lián)合部隊關(guān)注區(qū)域進行氣象水文觀測；修訂并更新產(chǎn)品；進行相關(guān)產(chǎn)品的品質(zhì)控制；執(zhí)行效果評估；按需為JMO和聯(lián)合部隊氣象水文部隊以及參謀提供支持；撰寫報告，總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)；管理保密信息、敏感信息和特殊訪問需求。

與其他軍用衛(wèi)星指揮控制方式不同，軍用氣象衛(wèi)星以“后方支援”（reach back）方式常態(tài)化向用戶提供數(shù)據(jù)。DMSP衛(wèi)星的軍事行動由空軍航天司令部的14航天隊第50航天聯(lián)隊負責(zé)。

DMSP衛(wèi)星所使用的3個空軍衛(wèi)星控制網(wǎng)地面站和1個NOAA地面站具有遙測和接收DMSP數(shù)據(jù)，并通過中繼衛(wèi)星，中繼給用戶段的能力。這4個地面站的情況如下：

1）國家大氣和海洋局費爾班克斯指揮和數(shù)據(jù)獲取站：坐標(biāo)為北緯64°58′36.17″，東經(jīng)212°28′ 56.803″。站內(nèi)設(shè)有衛(wèi)星和產(chǎn)品運行辦公室主要負責(zé)DMSP、NOAA衛(wèi)星的運控和接收，也是地球靜止環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星（geostationary operational environmental satellite，GOES）的備份運控站。

2）夏威夷跟蹤站，位于美國夏威夷卡埃納點，坐標(biāo)為北緯21.56160，西經(jīng)158.24。

3）新罕布什爾州跟蹤站，位于新罕布什爾州新波士頓，北緯N42°56′46″，西經(jīng)71°37′46″。

4）圖勒跟蹤站，位于格林蘭圖勒，坐標(biāo)北緯76°30′57″，西經(jīng)68°36′0″。

美國軍用氣象衛(wèi)星、民用氣象衛(wèi)星和國際合作氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)均被美國軍方所用。氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)的直接用戶包括空軍氣象局、海軍艦隊數(shù)值氣象水文中心等業(yè)務(wù)局。這些業(yè)務(wù)局都是后方支援作戰(zhàn)機構(gòu)，平時，持續(xù)接收來自本國DMSP衛(wèi)星數(shù)據(jù)，并通過“NOAA衛(wèi)星—NOAA地面站—中繼衛(wèi)星—業(yè)務(wù)局”鏈路接收NOAA民用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，通過“NASA及盟國環(huán)境衛(wèi)星—國家環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)與信息中心——業(yè)務(wù)局”鏈路，接收NASA和國外環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)。作戰(zhàn)時，由聯(lián)合部隊司令下屬聯(lián)合氣象水文官負責(zé)氣象保障，在下達需求后，各業(yè)務(wù)局負責(zé)提供氣象預(yù)報和分析產(chǎn)品。

1.2 軍用氣象衛(wèi)星主要應(yīng)用

軍用氣象衛(wèi)星在保障成像偵察、作戰(zhàn)計劃制訂、武器裝備正常運行、惡劣天氣監(jiān)測及預(yù)警等方面是其他探測手段無法替代的，并且不受地域國界限制。DMSP衛(wèi)星在軍事領(lǐng)域發(fā)揮重要的氣象保障作用。

DMSP衛(wèi)星是高度集成式衛(wèi)星，已有40多年的發(fā)展應(yīng)用歷史，已經(jīng)發(fā)展了5代，最新一代為DMSP 5D-3型衛(wèi)星，攜帶多達8種有效載荷，其中7種探測類載荷，1種衛(wèi)星防護載荷——激光威脅預(yù)警遙感器（laser threat warning sensor），代號SSF。7種探測載荷中，有2個對地觀測載荷：業(yè)務(wù)性行掃描系統(tǒng)遙感器（operational line scanner，OLS）和特殊遙感微波成像儀/探測器（special sensor microwave imager /sounder，SSMIS））；5個可用于空間環(huán)境探測的載荷：特殊遙感紫外臨邊成像儀（special sensor ultraviolet limb imager，SSULI）、特殊遙感紫外光譜成像儀（special sensor ultraviolet spectrographic imager，SSUSI）、空間環(huán)境探測器組件：特殊遙感電離層等離子體漂移/閃爍監(jiān)測儀-3（special sensor ionospheric plasma drift/scintillation monitor，SSI/ES-3）、沉降電子/質(zhì)子光譜儀-5（precipitation electron/proton spectrometer，SSJ/5）、特殊遙感磁強計（special sensor magnetometer，SSM））[12-13]。

DMSP各載荷的探測要素在作戰(zhàn)方面起到關(guān)鍵的支撐作用。例如能見度對衛(wèi)星發(fā)射、回收，搜救行動，部隊機動、空中加油等行動都是非常重要的環(huán)境信息，表1~6梳理了DMSP軍用氣象衛(wèi)星各類有效載荷的探測要素在支持作戰(zhàn)方面的用途[14-15]。

星上數(shù)據(jù)存儲、處理和數(shù)據(jù)傳輸對于作戰(zhàn)應(yīng)用也是十分重要的。DMSP的星上固存設(shè)備稱為“星上存儲任務(wù)數(shù)據(jù)”裝置。OLS遙感器數(shù)據(jù)的星上預(yù)處理能夠輸出不同模式的數(shù)據(jù)，包括可見光（稱為L數(shù)據(jù)）模式和紅外（稱為T數(shù)據(jù)）模式（也稱為熱模式）。紅外精細分辨率數(shù)據(jù)（稱為TF數(shù)據(jù)）可全天24小時獲取，可見光精細數(shù)據(jù)（稱為LF數(shù)據(jù)）僅能夠在日間獲取。DMSP衛(wèi)星具有星上數(shù)據(jù)壓縮處理能力，可對星上數(shù)據(jù)進行平滑處理，將高精度數(shù)據(jù)容量壓縮25倍（對穿軌方向進行電子平滑處理，對沿軌方向進行電子平均處理）。但僅當(dāng)星上固存滿時使用該功能，一旦數(shù)據(jù)被平滑處理，不可恢復(fù)原始高分辨率圖像。

表1 DMSP衛(wèi)星業(yè)務(wù)性行掃描系統(tǒng)遙感器（OLS）的應(yīng)用

Tab.1 Application of DMSP satellite operational line scanning system

表2 DMSP衛(wèi)星的微波成像儀/探測器應(yīng)用

Tab.2 Applications of microwave imager/detector for DMSP satellite

表3 DMSP衛(wèi)星的紫外臨邊成像儀（SSULI）和特殊遙感紫外光譜成像儀（SSUSI）應(yīng)用

Tab.3 Applications of ultraviolet edge imager（SSULI）and special remote sensing ultraviolet spectrum imager（SSUSI）for DMSP Satellite

表4 DMSP衛(wèi)星的沉降電子/質(zhì)子光譜儀-5應(yīng)用

Tab.4 Application of deposition electron/proton spectrometer-5for DMSP Satellite

表5 DMSP衛(wèi)星的桁架磁強計（SSM）的應(yīng)用

Tab.5 Application of truss magnetometer（SSM）for DMSP Satellite

DMSP有兩個實時數(shù)據(jù)傳輸裝置，稱為平滑實時數(shù)據(jù)（real-time data smooth，RDS）和精確實時數(shù)據(jù)（real time data fine，RTD）裝置。星上存儲能力和傳輸能力限制LF或TF數(shù)據(jù)的數(shù)量。LF和TF數(shù)據(jù)的數(shù)傳速率一般為1.33Mbit/s，若隔行掃描，可提高到2.66M bit/s。RTD采用S頻段，頻率2 222.5MHz，RDS也為S頻段，RDS數(shù)據(jù)率為88.75kbit/s（非編碼）、177.5kbit/s（編碼）。此外，RDS也支持UHF頻段，頻率為400.328MHz和400.822MHz。星上數(shù)據(jù)首先傳給DMSP衛(wèi)星的遙感跟蹤站（remote tracking station，RTS），隨后RTS再通過國內(nèi)通信衛(wèi)星以3.072Mbit/s將數(shù)據(jù)流傳輸?shù)紽NMOC或AFWA進行處理。所有的DMSP數(shù)據(jù)下傳都是加密的。

表6 DMSP衛(wèi)星的電離層等離子體漂移/閃爍監(jiān)測儀-3（SSI/ES-3）應(yīng)用

Tab.6 Applications of ionospheric plasma drift/scintillation monitor-3（SSI/ES-3）for DMSP satellite

2 戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用裝備

美國陸?？杖姀V泛應(yīng)用氣象水文戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用終端。戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用終端主要部署在美軍全球戰(zhàn)區(qū)和戰(zhàn)術(shù)級氣象保障部隊，主要功能是接收、處理和分析衛(wèi)星直接下傳的區(qū)域近實時探測數(shù)據(jù)，為戰(zhàn)場前沿作戰(zhàn)部隊機動靈活、高效快速獲取軍事敏感區(qū)氣象海洋環(huán)境信息提供有力保障。目前，美軍全球各戰(zhàn)區(qū)陸?？蘸秃＼婈憫?zhàn)隊各梯次作戰(zhàn)部隊和聯(lián)合特遣部隊遂行氣象海洋的保障機構(gòu)，均配備了不同型號戰(zhàn)術(shù)型應(yīng)用終端，如海軍所有航母和主力艦上均配備了戰(zhàn)術(shù)終端。

美軍戰(zhàn)術(shù)型應(yīng)用終端部署方式分為戰(zhàn)區(qū)固定部署和戰(zhàn)術(shù)機動靈活部署，戰(zhàn)術(shù)機動部署又分為陸基車載和?；炤d等方式。典型裝備包括戰(zhàn)術(shù)終端MARK IV-B（MARK為代號）、小型戰(zhàn)術(shù)終端（small tactical terminal，STT）、艦載AN/SMQ 11（SMQ為代號）等。這些應(yīng)用終端有的專門用于接收、處理和分析環(huán)境數(shù)據(jù)，有的還融合了地理空間情報接收、處理和分析能力。

2.1 空軍應(yīng)用系統(tǒng)

美國空軍氣象衛(wèi)星戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用終端發(fā)展很早，追溯到越南戰(zhàn)爭時期，早期系統(tǒng)是MARK I原型機、MARK II和MARK III，它們只能接收極軌氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。這些系統(tǒng)具有一定的便攜性，可由C5運輸機運輸，然后由卡車拖拽到戰(zhàn)區(qū)，卸下作為固定站使用。20世紀70年代末，美國哈里斯（Harris）公司研制了MARK IV型便攜氣象終端，可接收DMSP、NOAA極軌氣象衛(wèi)星圖像，可由C130中型運輸機運輸?shù)綉?zhàn)區(qū)，該系統(tǒng)于1998年~1999年間退役。之后，洛馬公司采用全新技術(shù)研制了MARK IV-B，分為固定站版本和機動版本，但是研制緩慢使STT抓住了發(fā)展機遇，導(dǎo)致MARK IV-B機動版流產(chǎn)。

MARK IV-B是DMSP衛(wèi)星系統(tǒng)的用戶段，即氣象衛(wèi)星終端，支持戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)行動[16-17]。Mark IV-B是20世紀70年代氣象衛(wèi)星終端的換代產(chǎn)品，用于接收高分辨率的極軌氣象衛(wèi)星可見光/紅外數(shù)據(jù)。Mark IV-B終端具有同化極軌和靜止軌道衛(wèi)星高分辨率光電數(shù)據(jù)和微波數(shù)據(jù)的能力。它是一套完整的氣象工作站，支持自動的規(guī)劃、跟蹤和氣象產(chǎn)品制作與分發(fā)，氣象預(yù)報產(chǎn)品的時間最長可達10天。

MARK IV-B主要配備美軍戰(zhàn)區(qū)級空、陸軍氣象保障部隊，目前已實現(xiàn)戰(zhàn)區(qū)組網(wǎng)部署，可根據(jù)需要增加或調(diào)整部署地。如美軍太平洋戰(zhàn)區(qū)目前形成了MARK IV-B網(wǎng)，主要部署在夏威夷、關(guān)島（如圖3所示）、韓國、日本、洪都拉斯等地以及美國本土，是監(jiān)測預(yù)報該戰(zhàn)區(qū)多發(fā)的臺風(fēng)、颶風(fēng)等極端天氣的關(guān)鍵裝備。此外，2015年，MARK IV-B通過升級改造，可直接接收日本向日葵-8靜止軌道氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)。未來，MARK IV-B還能夠直接接收美國新型GOES-R靜止軌道氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)[18]、中國臺灣“氣象學(xué)、電離層和氣候觀測星座”-2（constellation observing system for meteorology ionosphere and climate，COSMIC-2）數(shù)據(jù)。

圖3 在關(guān)島部署的MARK IVB地面站

從MARK IV-B向STT的發(fā)展曾經(jīng)被伊拉克入侵科威特打斷，當(dāng)時空軍緊急采辦更小型、使用更簡單的移動終端，即快速部署衛(wèi)星終端（rapidly deployable satellite terminal，RDIT）。RDIT的一種原型機由美國Sea-Space公司研制，另一種由Harris公司研制。RDIT的設(shè)計要求是足夠便攜，可處理DMSP的可見光和紅外圖像，RDIT在1992~1997年大量裝配，第一臺RDIT于1992年1月運到沙特阿拉伯，用于后期的地面戰(zhàn)。RDIT可以由高機動軍車運輸，由兩名穿著生化服的軍人在一小時內(nèi)安裝完畢。實際上，RDIT是STT的前身。

STT的研發(fā)始于1992年，是真正的便攜式裝備，而功能與MARK IV-B相似，并且價格比MARK IV-B低得多。同MARK IV和RDIT一樣，也由Harris公司制造。目前，STT有三個版本，僅接收低分辨率數(shù)據(jù)的基本型、增強型STT（enhanced small tactical terminal，E-STT）（如圖4所示）和STT聯(lián)合作戰(zhàn)衛(wèi)星終端（joint task force satellite terminal，JTFST），JTFST可接收GEO衛(wèi)星數(shù)據(jù)。1997年1月，在空軍小型企業(yè)創(chuàng)新研究計劃支持下，ViaSat公司開始研制第四代戰(zhàn)術(shù)氣象終端，即微型戰(zhàn)術(shù)終端（tiny tactical terminal，T3）。目前，STT大量裝備空軍和陸軍[19]。表7總結(jié)了上述幾種空軍氣象應(yīng)用終端的性能。

STT為全球戰(zhàn)術(shù)用戶提供氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)，STT是真正的便攜式系統(tǒng)，幾乎可處理氣象衛(wèi)星的各類型數(shù)據(jù)，利于在直接沖突區(qū)使用。STT從極軌和靜止軌道及其他非成像的氣象衛(wèi)星獲取數(shù)據(jù)，提供作戰(zhàn)部隊。

圖4 增強型STT外形及布局

表7 幾種空軍氣象應(yīng)用終端的性能對比

Tab.7 Performance comparison of several air force meteorological terminals

注：1lb=0.4535924kg；1ft=0.3048m

2.2 海軍應(yīng)用系統(tǒng)

（1）AN/SMQ 11終端

AN/SMQ 11終端主要部署在航母和主力艦船。美軍非常重視航母戰(zhàn)斗群對氣象衛(wèi)星探測資料和產(chǎn)品的獲取能力。從20世紀70年代開始，美海軍所有一線航母和主要戰(zhàn)艦均配備了艦載氣象衛(wèi)星接收終端。目前，其接收氣象衛(wèi)星探測資料和產(chǎn)品主要采用兩種方式，一是通過氣象衛(wèi)星加密的戰(zhàn)術(shù)下行數(shù)據(jù)鏈，直接接收氣象衛(wèi)星下行數(shù)據(jù)。二是通過與艦上相關(guān)通信系統(tǒng)連接來間接接收岸基的美軍相關(guān)氣象海洋保障中心發(fā)送的氣象衛(wèi)星產(chǎn)品。直接接收方式不受艦上通信系統(tǒng)帶寬限制的影響，用于獲取關(guān)鍵的氣象衛(wèi)星近實時探測資料。兩種方式結(jié)合使用，為航母戰(zhàn)斗群各種軍事行動提供氣象衛(wèi)星信息支持。直接接收的氣象衛(wèi)星包括DMSP、NOAA和GOES等軍事專用和軍民共用氣象海洋衛(wèi)星資料，包括高分辨率的微光圖像資料、可見光云圖資料、紅外云圖資料、水汽圖像資料以及其他遙感探測資料等，形成的產(chǎn)品包括風(fēng)、浪、能見度、云底高度、海面溫度等區(qū)域性的海洋氣象水文環(huán)境產(chǎn)品[20]。

目前，美軍正在對艦載氣象衛(wèi)星終端系統(tǒng)設(shè)施更新改建工作，改建后的新型系統(tǒng)，在原有的接收能力基礎(chǔ)上，還將具備直接接收美國未來新型極軌業(yè)務(wù)氣象衛(wèi)星資料，在衛(wèi)星資料接收的種類、分析處理的性能等方面將進一步拓展和提高。

除航母部署外，戰(zhàn)區(qū)海軍岸上區(qū)域氣象海洋保障機構(gòu)以及海軍陸戰(zhàn)各戰(zhàn)術(shù)部隊也相應(yīng)配置了不同型號的戰(zhàn)術(shù)終端，如區(qū)域固定型的AN/FMQ-17終端，海軍陸戰(zhàn)隊機動式綜合氣象保障系統(tǒng)氣象衛(wèi)星分系統(tǒng)等。

（2）海軍分布式通用地面站系統(tǒng)（distributed common ground system-navy，DCGS-N）

DCGS-N將集成眾多情報系統(tǒng)，從而形成一種通用的情報監(jiān)視與偵察信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)，對多來源的情報監(jiān)視與偵察信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行處理、存儲、利用和分發(fā)。DCGS-N系統(tǒng)將用于支持各種類型的任務(wù)如信號與通信情報、戰(zhàn)場情報準(zhǔn)備、特種作戰(zhàn)以及精確制導(dǎo)、打擊等。DCGS-N系統(tǒng)的終端、處理設(shè)備以及服務(wù)器將被集成到海軍艦只的指控設(shè)備，使用戶能訪問情報監(jiān)視與偵察信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)信息數(shù)據(jù)庫。DCGS-N系統(tǒng)輸入的數(shù)據(jù)包括原始數(shù)據(jù)和經(jīng)充分分析的數(shù)據(jù)。

（3）海軍集成戰(zhàn)術(shù)環(huán)境子系統(tǒng)（navy integrated tactical environmental system，NITES）

海軍集成戰(zhàn)術(shù)環(huán)境子系統(tǒng)是一個主網(wǎng)關(guān)，用于接收數(shù)據(jù)，并將環(huán)境產(chǎn)品轉(zhuǎn)換到指揮控制通信計算機和情報（command，control，communications，computers，and intelligence，C4I）網(wǎng)絡(luò)中，以支持美國海軍、海軍陸戰(zhàn)隊和聯(lián)合部隊。NITES通過各傳感平臺以及外部資源（如通過數(shù)據(jù)連接接收NOAA數(shù)據(jù)等）為氣象水文專家接收、顯示并分發(fā)環(huán)境數(shù)據(jù)。NITES也為近海、遠海指揮官和戰(zhàn)場相關(guān)決策人員的作戰(zhàn)決策提供實時氣象圖像。

NITES是基于UNIX操作系統(tǒng)的工作站，通過艦載和特高頻（superhigh frequency，SHF）衛(wèi)星通信連接到SIPRNET上。NITES提供模塊化的、互動的氣象水文分析和預(yù)測系統(tǒng)，以接收、處理、顯示和分發(fā)氣象水文數(shù)據(jù)。

NITES安裝在主要艦艇上，包括約30艘大型軍艦。NITES接收處理艦載氣象水文遙感器數(shù)據(jù)（溫度、風(fēng)數(shù)據(jù)等）、自動天氣網(wǎng)絡(luò)/氣象信息標(biāo)準(zhǔn)終端（automated weather network/meteorological information standard terminal，AWN/MIST）數(shù)據(jù)和AN/SMQ-11圖像數(shù)據(jù)（包括DMSP、NOAA衛(wèi)星和靜止軌道氣象衛(wèi)星數(shù)據(jù)）。

NITES有多種衍生型，其中，NITES-II是全球指揮和控制系統(tǒng)（global command and control system，GCCS 4.0）聯(lián)合氣象水文段的一部分，目前已經(jīng)服役。

目前正在研發(fā)“NITES下一代”系統(tǒng)，它基于面向服務(wù)體系架構(gòu)（service-oriented architecture，SOA）設(shè)計，將融合地理信息系統(tǒng)（geographic information system，GIS），支持基于物理的建模，“NITES下一代”系統(tǒng)將使氣象水文產(chǎn)品能夠在跨全球信息柵格（global information grid，GIG）的聯(lián)合作戰(zhàn)環(huán)境中使用[21]。

2.3 海軍陸戰(zhàn)隊?wèi)?yīng)用系統(tǒng)

海軍陸戰(zhàn)隊（US marine corps，USMC）氣象水文支持系統(tǒng)是面向嚴酷使用條件下的靈活、可伸縮、易于使用的系統(tǒng)，其主要目的是為海軍空中地面任務(wù)部隊（marine air ground task force，MAGTF）提供準(zhǔn)確、及時和全面的氣象水文支持。主要氣象水文應(yīng)用裝備如下：

（1）氣象機動設(shè)施接替系統(tǒng)（meteorological mobile facility replacement，METMF（R））

每個海軍聯(lián)隊支援中隊（marine wing support squadron，MWSS）裝備一輛METMF（R），用于為MAGTF提供氣象水文支持。METMF（R）是高度集成的系統(tǒng)，能夠從氣象衛(wèi)星、本地和遠程氣象遙感器自動獲取數(shù)據(jù)，具有分發(fā)氣象水文數(shù)據(jù)和產(chǎn)品的能力。METMF（R）包括9個子系統(tǒng)，如表8所示。

表8 METMF（R）子系統(tǒng)用途

Tab.8 Applications of METMF（R）subsystem

注：1ft=0.3048m；1n mile=1852m

（2）海軍集成戰(zhàn)術(shù)環(huán)境子系統(tǒng)衍生型IV

NITES IV是海軍陸戰(zhàn)隊?wèi)?zhàn)術(shù)行動中的主要便攜式裝備，可由1個士兵安裝、運行和維護，也可由氣象水文支持組運行。它是臨時海洋移動支持系統(tǒng)（interim mobile oceanographic support system，IMOSS）的換代產(chǎn)品。NITES IV包括3臺終端和一些外圍組件。3臺終端雖然功能不同，但安裝有相同的軟件，每臺終端具有執(zhí)行另一臺終端功能的能力，所以3臺終端實際是功能冗余備份的，通常情況下不會一起部署。NITES IV可利用自動氣象觀測系統(tǒng)、國際海事衛(wèi)星組織衛(wèi)星（international maritime satellite，INMARSAT），通過SIPNET/NIPRNET向前線氣象水文預(yù)報員提供數(shù)據(jù)。

2.4 陸軍應(yīng)用系統(tǒng)

（1）綜合氣象系統(tǒng)

“綜合氣象系統(tǒng)”（integrated meteorological system，IMETS）是美陸軍師級作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)（army battle command system，ABCS）情報電子戰(zhàn)子系統(tǒng)的氣象組件，能為各層次指揮所提供及時、準(zhǔn)確的氣象情報以及相關(guān)服務(wù)決策產(chǎn)品。

IMETS系統(tǒng)的功能主要有：①接收和處理來自軍用氣象衛(wèi)星、民用氣象衛(wèi)星、空軍全球氣象中心和民用氣象中心等的氣象數(shù)據(jù)，維護氣象信息數(shù)據(jù)庫，分發(fā)氣象觀測和預(yù)測、氣象影響等信息；②為陸軍各級指揮所提供高精度的現(xiàn)在和預(yù)測性氣象數(shù)據(jù)和氣象影響分析，為通用戰(zhàn)術(shù)態(tài)勢圖提供氣象信息圖層；③給應(yīng)急部隊提供最及時的氣象支援，給縱深精確火力打擊提供定制的氣象信息，給機動和保障的執(zhí)行和計劃提供氣象環(huán)境的效應(yīng)輔助決策信息。

IMETS系統(tǒng)的硬件設(shè)備包括通信設(shè)備、氣象效應(yīng)工作站（weather effects workstation，WEW）等多臺工作站、服務(wù)器等。軟件包括：①“一體化氣象影響輔助決策”（integrated weather effects decision aid，IWEDA），用于詳細描述氣象條件對特定戰(zhàn)斗行動和武器系統(tǒng)的影響；②“夜視谷歌”，用于計算夜視設(shè)備在任何時間和氣象狀況下的效能；③“網(wǎng)絡(luò)工具”，讓戰(zhàn)斗氣象小組（combat weather teams，CWT）在IMETS網(wǎng)頁上發(fā)布文本和圖形氣象產(chǎn)品，用于局域網(wǎng)上其他戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)中心的用戶瀏覽。此外，IMETS系統(tǒng)上還攜帶了空軍提供三種標(biāo)準(zhǔn)自動化氣象預(yù)報系統(tǒng)，分別是：“直接讀出衛(wèi)星系統(tǒng)”、“戰(zhàn)術(shù)甚小孔徑終端”（tactical vsat，TVSAT）和“新型戰(zhàn)術(shù)預(yù)報系統(tǒng)”（new tactical forecast system，NTFS）。

IMETS系統(tǒng)有以下三種基本配置：①固定式配置，軍級以上指揮所采用這種固定式設(shè)備，系統(tǒng)已經(jīng)集成到了局域網(wǎng)中；②車載配置，車載型IMETS系統(tǒng)用于戰(zhàn)術(shù)作戰(zhàn)過程中受援部隊頻繁機動的情況，由WEW、通信設(shè)備、軟件、空軍提供的氣象收集和處理系統(tǒng)等組成；③輕型配置，用于受援部隊建制內(nèi)的小型特遣隊，設(shè)備輕巧、便于攜帶，只配備了所需要的核心氣象功能組件，不需動用車輛、方艙和發(fā)電設(shè)備等[22]。

當(dāng)前，IMETS的功能逐步融入陸軍分布式通用地面站系統(tǒng)（DCGS-A）。聯(lián)合環(huán)境工具箱（joint environmental toolkit，JET）融入了IMETS系統(tǒng)的WEW功能。

（2）陸軍分布式通用地面站系統(tǒng)

DCGS-A是陸軍情報框架的核心和國家級的情報作戰(zhàn)梯隊的能動器，是提供網(wǎng)絡(luò)化情報監(jiān)視與偵察信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)能力的超級系統(tǒng)。它是一種具有模塊化特征，規(guī)?？勺兊目蛇M行互操作的分布式情報處理和利用系統(tǒng)，其目的是對來自所有來源的數(shù)據(jù)進行合成和綜合。包括國家級的、陸軍的和其它軍種的。另外DCGS-A還可接收和利用來自聯(lián)合的、機構(gòu)間的和多國范圍的信息。這將使得陸軍能夠利用海量數(shù)據(jù)中不同密級的有效信息為士兵提供通用作戰(zhàn)態(tài)勢圖和連續(xù)的情報判斷[23]。

DCGS-A的核心功能是對陸軍的及聯(lián)合的情報監(jiān)視與偵察信息綜合應(yīng)用系統(tǒng)傳感器分配任務(wù)并對其獲取的信息進行處理、發(fā)布和利用。DCGS-A將具有收集圖像情報、信號情報、測量與信號情報、人力情報以及對其進行融合的能力。將來GIG建成后DCGS-A系統(tǒng)將為全部的戰(zhàn)場空間提供情報產(chǎn)品。

3 幾點啟示

（1）軍用氣象環(huán)境衛(wèi)星仍是美國主要的軍事航天裝備之一

美國氣象衛(wèi)星的發(fā)展一波多折，原計劃在后續(xù)發(fā)展中將軍用、民用氣象衛(wèi)星合并為國家極軌環(huán)境業(yè)務(wù)衛(wèi)星系統(tǒng)（national polar-orbiting operational environmental satellite system，NPOESS）衛(wèi)星，但由于軍事需求和民用存在差異，并且在管理上難以統(tǒng)籌，該計劃被迫終止，并重新重組為軍用國防氣象衛(wèi)星系統(tǒng)（defense weather satellite system，DWSS）和民用聯(lián)合極軌衛(wèi)星系統(tǒng)（joint polar satellite system，JPSS），而后DWSS被取消，但明確的是，美國仍將繼續(xù)發(fā)展軍事專用的氣象衛(wèi)星[24-25]。這從側(cè)面說明，發(fā)展軍事專用氣象環(huán)境衛(wèi)星十分必要，軍用氣象衛(wèi)星的設(shè)計需求和運行管理模式與民用氣象衛(wèi)星存在較大不同，難以統(tǒng)籌兼顧。

（2）美國重視出臺相關(guān)條令，規(guī)范化環(huán)境衛(wèi)星作戰(zhàn)應(yīng)用流程

美國通過出臺環(huán)境衛(wèi)星支持作戰(zhàn)的相關(guān)條令，明確了軍用環(huán)境衛(wèi)星支持作戰(zhàn)相關(guān)機構(gòu)和人員的職責(zé)，明確了指揮控制關(guān)系和數(shù)據(jù)應(yīng)用流程。在實戰(zhàn)中，能夠充分發(fā)揮環(huán)境衛(wèi)星的作用。

（3）美國重視發(fā)展體系化的氣象環(huán)境衛(wèi)星作戰(zhàn)應(yīng)用終端

美國高度重視軍用氣象衛(wèi)星的作戰(zhàn)應(yīng)用，發(fā)展了具有融合多源數(shù)據(jù)，同時具備處理和分析能力的大型固定終端，以及小型化的戰(zhàn)術(shù)終端，這些終端由各自軍種采辦，為陸?？杖姂?zhàn)場環(huán)境保障提供了重要的支撐。

（4）重視通過軍民融合與國際合作發(fā)展環(huán)境監(jiān)視衛(wèi)星

環(huán)境是瞬息萬變的，很難通過一國之力，發(fā)展高時效性、全球覆蓋的環(huán)境衛(wèi)星系統(tǒng)。一方面，美軍通過本國的軍、民環(huán)境衛(wèi)星獲取大量數(shù)據(jù)；另一方面，美國幾乎與所有擁有環(huán)境衛(wèi)星的國家開展了國際合作，美軍可直接或間接獲取這些國家的環(huán)境衛(wèi)星數(shù)據(jù)，特別是重視與歐洲、日本、印度和韓國等開展環(huán)境衛(wèi)星的合作[26]。

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Research on Application and Management of US Military Meteorological Satellite

LIU Tao1WANG Dan2WU Jun1

（1 Beijing Institute of Space Science and Technology Information, Beijing 100094, China）（2 Beijing Institute of Spacecraft System Engineering, Beijing 100094, China）

Military activities are premised on certain space-time conditions. Modern warfare forces areagile. The battle situation changes rapidly. The physical and geographical conditions of the battlefield, especially the meteorological conditions, will have different degrees of influence and restriction on all aspects of warfare. Military meteorological satellites are satellites that provide meteorological data for military needs. It can provide global strategic areas and battlefield meteorological data with strong confidentiality and high image resolution. Most countries and regions have meteorological satellites both for military and civilian, only the military meteorological satellites specially manufactured by the United States.In order to fully grasp the management organization, operational process and data application of US military meteorological satellites, this paper systematically studies the operational application of US military meteorological satellites based on the US military meteorological and oceanography operational regulations, operational manuals and other documents.This paper includes satellite operation organization of US National Defense Meteorological Satellite Program satellite, the command and control process in operation, the main application fields of US National Defense Meteorological Satellite Program satellite and the tactical equipment of US military meteorological satellite. Finally, some enlightenments are put forward in aspects of satellite system development and operational application.

satellite applications; command and control; joint operations; meteorological satellites

V211

A

1009-8518(2019)05-0015-12

劉韜, 王丹, 武珺. 美軍氣象衛(wèi)星的應(yīng)用與管理[J]. 航天返回與遙感, 2019, 40(5): 15-26.

LIU Tao, WANG Dan, WU Jun. Research on Application and Management of US Military Meteorological Satellite[J]. Spacecraft Recovery & Remote Sensing, 2019, 40(5): 15-26. [DOI: 10.3969/j.issn.1009-8518.2019.05.002]

劉韜，男，1982年生，2011年獲北京工業(yè)大學(xué)光學(xué)專業(yè)博士學(xué)位，高級工程師。研究方向為遙感領(lǐng)域情報研究。E-mail：lttaotao@yeah.net。

2019-05-15

（編輯：劉穎）