空間紅外預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展與導(dǎo)彈探測(cè)能力分析

空間紅外預(yù)警系統(tǒng)的發(fā)展與導(dǎo)彈探測(cè)能力分析

1基于fpga-dk的空間預(yù)警系統(tǒng)空間預(yù)警系統(tǒng)是完整的彈頭防御系統(tǒng)中不可或缺的一部分。主要采用星載紅外傳感器，被動(dòng)接收以獲得彈頭到達(dá)角信息，并進(jìn)行目標(biāo)發(fā)射的監(jiān)測(cè)、跟蹤和預(yù)測(cè)。受技術(shù)和經(jīng)濟(jì)能力的限制,僅有美國(guó)和俄羅斯兩國(guó)真正擁有實(shí)用型的空間預(yù)警系統(tǒng),其中較典型的是美國(guó)的國(guó)防支援計(jì)劃(defensesupportprogram,DSP)預(yù)警系統(tǒng)。本文主要目的是分析典型空間預(yù)警系統(tǒng)的基本構(gòu)成及對(duì)彈道導(dǎo)彈的探測(cè)能力,圍繞空間預(yù)警系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈的監(jiān)視與跟蹤,著重討論目標(biāo)戰(zhàn)術(shù)參數(shù)的估計(jì)問(wèn)題,通過(guò)分析解決問(wèn)題的基本思路及存在的主要困難,提出可能的解決方法。2基本概念和應(yīng)用DSP是目前使用的典型空間預(yù)警系統(tǒng),并在不斷改進(jìn)與完善,通過(guò)分析DSP可以了解空間預(yù)警系統(tǒng)的主要構(gòu)成及發(fā)展趨勢(shì)。DSP預(yù)警衛(wèi)星首次發(fā)射是1970年,截止到1994年底,美國(guó)已經(jīng)生產(chǎn)了22顆DSP衛(wèi)星,其主要任務(wù)是為美國(guó)及其盟國(guó)提供敵對(duì)國(guó)家彈道導(dǎo)彈攻擊的預(yù)警信息及敵對(duì)國(guó)家進(jìn)行導(dǎo)彈試驗(yàn)的信息。DSP預(yù)警系統(tǒng)由預(yù)警衛(wèi)星及有關(guān)的地面站構(gòu)成,所有DSP預(yù)警衛(wèi)星都位于赤道上空約36000km高的地球同步軌道上。DSP衛(wèi)星的發(fā)展共經(jīng)歷了三代。第一、二代DSP衛(wèi)星包括DSP1至DSP13,DSP14以后為第三代,性能不斷提高。DSP衛(wèi)星由星體和傳感器組成,其主要傳感器是采用Schmidt系統(tǒng)的紅外望遠(yuǎn)鏡,整個(gè)紅外望遠(yuǎn)鏡位于圓柱形的星體上。紅外望遠(yuǎn)鏡的瞄準(zhǔn)線與星體的中軸線有一個(gè)固定的偏離角為7.5°,這樣,當(dāng)DSP衛(wèi)星的星體繞其中軸線以6轉(zhuǎn)/分(簡(jiǎn)氏年鑒數(shù)據(jù)為5.7轉(zhuǎn)/分)的角速度自旋時(shí)紅外望遠(yuǎn)鏡視場(chǎng)擴(kuò)大了,產(chǎn)生了恒定的圓錐掃描。DSP衛(wèi)星上使用的是峰值波長(zhǎng)為2.7μm的PbS多元探測(cè)器,據(jù)報(bào)道第二代DSP有6000個(gè)像元,其瞬時(shí)視場(chǎng)對(duì)應(yīng)于地球表面的分辨率約為3.6km2。第二代DSP衛(wèi)星的最后兩顆(DSP12和DSP13)及第三代DSP在PbS探測(cè)器的末端還有一組HgCdTe探測(cè)器,能探測(cè)4.3μm波段的輻射,這兩顆衛(wèi)星曾被用于對(duì)海灣地區(qū)“飛毛腿”導(dǎo)彈發(fā)射的預(yù)警。但是,從對(duì)“飛毛腿”導(dǎo)彈的攔截效果來(lái)看,第二代DSP系統(tǒng)尚有很多不足之處。首先,DSP衛(wèi)星主要是為了探測(cè)遠(yuǎn)程戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的發(fā)射而設(shè)計(jì)的,還不能非常有效地探測(cè)戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈的發(fā)射,地面站也還沒(méi)有把多顆DSP衛(wèi)星的信息融合起來(lái)的能力。其次,DSP衛(wèi)星的預(yù)警信息要傳回美國(guó)處理,然后再傳回戰(zhàn)區(qū),因而提供的預(yù)警時(shí)間非常有限。針對(duì)上述問(wèn)題,美國(guó)在戰(zhàn)后采用了第三代DSP系統(tǒng),即DSP-I(改進(jìn)型),目前在軌道上的DSP14～DSP17均為DSP-I。主要改進(jìn)包括兩個(gè)方面:①對(duì)衛(wèi)星本身和對(duì)地面站的改進(jìn)。對(duì)衛(wèi)星的改進(jìn)主要是提高其生存能力和探測(cè)能力。DSP-I的紅外焦平面由PbS和HgCdTe構(gòu)成,具有雙色探測(cè)能力,而且據(jù)稱能夠防御激光攻擊。②對(duì)地面站的改進(jìn)主要是提高機(jī)動(dòng)能力和數(shù)據(jù)處理能力。ALERT系統(tǒng)是改進(jìn)的地面站系統(tǒng),能同時(shí)接收2～3顆衛(wèi)星的數(shù)據(jù),增強(qiáng)了數(shù)據(jù)融合能力,其前身就是海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中采用的地面接收站“TalonShield”系統(tǒng)。此外,美國(guó)防部還從1994年開(kāi)始利用激光信標(biāo)機(jī)校準(zhǔn)DSP紅外探測(cè)器的視線精度,這項(xiàng)工作于1996年5月完成并使DSP衛(wèi)星的位置誤差減小了2/3。但是,上述改進(jìn)仍不能改變DSP系統(tǒng)所存在的某些根本問(wèn)題。例如,受視場(chǎng)限制,DSP衛(wèi)星要每隔一段時(shí)間才能掃過(guò)特定區(qū)域。又如,DSP不具備中段跟蹤的能力,在36000km的高度它無(wú)法探測(cè)到彈道導(dǎo)彈關(guān)機(jī)后較弱的紅外輻射,而對(duì)關(guān)機(jī)后的目標(biāo)只有采用低軌衛(wèi)星才能“看”到。因此,美國(guó)正在發(fā)展新一代的戰(zhàn)略預(yù)警系統(tǒng)——天基紅外系統(tǒng)(space-basedinfraredsystem,SBIRS)用以代替DSP。SBIRS包括高軌和低軌衛(wèi)星兩部分。高軌衛(wèi)星部分由4顆地球同步軌道衛(wèi)星(部分利用了目前的DSP衛(wèi)星,即GEO)和兩顆在大橢圓軌道(highlyellipticalorbit,HEO)的衛(wèi)星。而低軌道(LEO)部分由幾十顆小衛(wèi)星構(gòu)成,數(shù)目大約在18顆～30顆,也有資料稱24顆,具體多少還有待確定。從對(duì)彈道導(dǎo)彈發(fā)射的監(jiān)視與跟蹤角度來(lái)看,SBIRS由于星座布局更加合理,探測(cè)能力更強(qiáng),不僅能夠提供粗略的預(yù)警信息,而且可以從主動(dòng)段、自由飛行段到再入段實(shí)現(xiàn)精確跟蹤,在自由飛行段SBIRS甚至可以直接引導(dǎo)攔截彈。3外來(lái)熱輻射的對(duì)比分析空間預(yù)警系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈目標(biāo)的探測(cè)首先是進(jìn)行搜索,搜索范圍的大小可以從有關(guān)數(shù)據(jù)推斷出來(lái)。以DSP系統(tǒng)為例,衛(wèi)星星體自旋軸與紅外望遠(yuǎn)鏡瞄準(zhǔn)線有約7.5°的夾角,則望遠(yuǎn)鏡總視場(chǎng)至少應(yīng)有2×7.5°,這樣,DSP的掃描范圍至少為360°×15°。從DSP衛(wèi)星到地球表面對(duì)應(yīng)的張角約為17.4°,因此,在星體自旋時(shí),DSP衛(wèi)星可以對(duì)地球表面進(jìn)行最大限度的覆蓋,且在南北方向上應(yīng)可以完全覆蓋。衛(wèi)星大約隔10s就可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行一次觀測(cè)。如果兩顆衛(wèi)星同時(shí)進(jìn)行觀測(cè),安排得當(dāng)?shù)脑捗?s可以測(cè)得一次數(shù)據(jù)。在彈道導(dǎo)彈發(fā)射后,DSP的紅外望遠(yuǎn)鏡能從背景中探測(cè)到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的羽狀尾焰,并于發(fā)射后數(shù)秒鐘完成初始測(cè)量(主要是方位信息和強(qiáng)度信息),這對(duì)于短程戰(zhàn)術(shù)彈的預(yù)警還是顯得比較緊張。所以,衛(wèi)星上紅外望遠(yuǎn)鏡的探測(cè)能力應(yīng)當(dāng)非常強(qiáng),否則將不足以完成預(yù)警任務(wù)。當(dāng)然,未來(lái)的SBIRS一旦建立,無(wú)論從覆蓋范圍、獲得的數(shù)據(jù)量等方面都不會(huì)再有任何問(wèn)題。在主動(dòng)段中,彈道導(dǎo)彈第一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)形成的最普通氧化物是水和二氧化碳,水汽在中心為2.7μm和6.3μm的紅外波段上有強(qiáng)烈的輻射,二氧化碳在中心為4.3μm的波段上有強(qiáng)烈的輻射。這樣,根據(jù)可以見(jiàn)到的尾焰的大小及溫度,對(duì)彈道導(dǎo)彈紅外輻射可以作一個(gè)粗略的估計(jì)。在低高度上,可見(jiàn)的洲際彈道導(dǎo)彈(ICBM)尾焰的直徑約為4m,長(zhǎng)度約為50m,在噴口處尾焰的溫度約為1800K,可見(jiàn)的尾焰的平均溫度約為1400K。而溫度為1400K黑體的峰值光譜輻射輸出在波長(zhǎng)2.1μm處,峰值為7×104Wm-2μm-1。若將尾焰看作為具有600m2表面積的一個(gè)黑體,則可得到在1μm的波段上輻射功率的估計(jì)值為40MW。空間預(yù)警系統(tǒng)搜集到的功率與觀察角有關(guān)。若作粗略估計(jì),設(shè)尾焰輻射為各向同性的,則典型的尾焰譜段上ICBM輻射出的能量約為3MW/Sr,這表明它是很強(qiáng)的紅外目標(biāo)。在較低高度上,導(dǎo)彈尾焰紅外輻射有相當(dāng)大的部分要被大氣吸收。當(dāng)ICBM上升到比最濃水汽及二氧化碳的大氣層還高時(shí),大氣傳輸率有所改善,導(dǎo)彈的視在紅外輻射強(qiáng)度增加?？臻g預(yù)警系統(tǒng)在探測(cè)彈道導(dǎo)彈第一級(jí)火箭燃燒時(shí),必須考慮背景雜波。此時(shí),由太陽(yáng)光反射所導(dǎo)致的背景雜波通常是最強(qiáng)烈的,也可以進(jìn)行粗略估計(jì)。主要根據(jù)是2μm～3μm波段內(nèi)地球大氣層以上太陽(yáng)光光子流量約為50W/m2。在接近2.7μm的導(dǎo)彈探測(cè)帶上,大氣將嚴(yán)重衰減從地球背景上反射到傳感器上的太陽(yáng)輻射。設(shè)從原來(lái)的50W/m2中只有0.005W/m2的光從背景中反射出去,若傳感器上瞬時(shí)視場(chǎng)對(duì)應(yīng)于地球表面2km×2km的區(qū)域(即所謂探測(cè)器印跡),則該區(qū)域接收到的總的背景信號(hào)約為20kW?？紤]背景為漫反射器是較為符合實(shí)際的,此時(shí),2km×2km的瞬時(shí)視場(chǎng)所得到的背景強(qiáng)度與10kW/Sr的強(qiáng)度相當(dāng)。顯然,根據(jù)前面分析,一枚典型的ICBM第一級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的峰值紅外輻射比10kW/Sr要大兩個(gè)數(shù)量級(jí)。當(dāng)然,二、三級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰產(chǎn)生的紅外輻射比第一級(jí)要小許多。因此,從探測(cè)角度來(lái)看,一方面探測(cè)器門限要較小,保證在關(guān)機(jī)前總能夠探測(cè)到目標(biāo);另一方面探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)要較小,使得背景產(chǎn)生的虛警數(shù)目較小。根據(jù)Bloembergen的結(jié)論,能夠可靠探測(cè)300kW/Sr目標(biāo)的探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)(印跡)為2km×2km,這實(shí)際上大約等于第一、二代DSP衛(wèi)星上紅外望遠(yuǎn)鏡的瞬時(shí)視場(chǎng)?？臻g預(yù)警系統(tǒng)上紅外傳感器的探測(cè)性能可以用等效噪聲目標(biāo)(NET)來(lái)描述,NET定義為在傳感器探測(cè)回路的輸出端產(chǎn)生單位信噪比的視在帶內(nèi)目標(biāo)強(qiáng)度。設(shè)從傳感器到目標(biāo)的斜距為R,探測(cè)器光路的集光面積為Ac,光路的有效傳輸率為τ0,探測(cè)器的等效噪聲功率為NEP,則NET為ΝEΤ=R2ΝEΡAcτ0(1)NET=R2NEPAcτ0(1)利用歸一化探測(cè)率D*,(1)式可寫為ΝEΤ=R2(AdΔf)1/2D*Acτ0(2)NET=R2(AdΔf)1/2D?Acτ0(2)式中Ad——探測(cè)器面積;Δf——測(cè)量電路的帶寬。設(shè)信號(hào)處理濾波器是一個(gè)匹配濾波器,其矩形信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間(探測(cè)器的駐留時(shí)間)為τd,則Δf為Δf=12τd(3)Δf=12τd(3)另一方面,探測(cè)器駐留時(shí)間τd又由偵察空間大小、對(duì)整個(gè)偵察空間掃描的時(shí)間長(zhǎng)短、探測(cè)器視場(chǎng)的尺寸及傳感器焦平面上的數(shù)目所決定,因此τd還可以寫成τd=ηsΤfΝdΩΩs(4)τd=ηsTfNdΩΩs(4)式中Tf——對(duì)整個(gè)偵察空間作完整掃描所用的時(shí)間;Ωs——整個(gè)搜索空間對(duì)應(yīng)的立體角;Ω——探測(cè)器瞬時(shí)視場(chǎng)對(duì)應(yīng)的立體角;Nd——探測(cè)器元數(shù);ηs——掃描效率因子。其中,Ω還可以用到目標(biāo)距離上探測(cè)器的印跡來(lái)表示,設(shè)探測(cè)器為方形,則有Ω=(LfpR)2(5)式中Lfp——探測(cè)器印跡的長(zhǎng)度。此外,Ω還可以寫成Ω=Adf2(6)式中f——系統(tǒng)的有效焦長(zhǎng)。由此可以將NET寫作ΝEΤ=RF2Lfpτ0D*π(8ΩsηsΤfΝdAd)1/2(7)式中集光孔徑的面積是按直徑為D的圓來(lái)求的,F為f/D(F數(shù))。考慮DSP預(yù)警系統(tǒng),R取為40000km,Lfp為2km,偵察空間Ωs取為0.008Sr(即地球同步軌道高度上對(duì)地球所張的立體角)。探測(cè)元總數(shù)Nd取為6000個(gè),每個(gè)探測(cè)元尺寸取為0.01cm×0.01cm,D*為5×1011W-1cmHz1/2。光學(xué)系統(tǒng)的F數(shù)取為f/4,有效傳輸率τ0取為0.5。掃描效率ηs取為0.8,而總時(shí)間Tf取為10s。將這些值帶入NET表達(dá)式得到3.8kW/Sr,即大約為1kW/Sr的量級(jí)。從上面的分析可以看出,空間預(yù)警系統(tǒng)探測(cè)到彈道導(dǎo)彈發(fā)射沒(méi)有問(wèn)題,關(guān)鍵在于通過(guò)探測(cè)得到的數(shù)據(jù)有效實(shí)現(xiàn)預(yù)警,這就是對(duì)戰(zhàn)術(shù)參數(shù)的估計(jì)問(wèn)題。4目標(biāo)彈性模型及密度估計(jì)根據(jù)對(duì)空間預(yù)警系統(tǒng)基本構(gòu)成的分析,得到其工作程序?yàn)?紅外望遠(yuǎn)鏡不斷掃描,搜索其視野范圍內(nèi)的目標(biāo);從地球背景中探測(cè)到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰,報(bào)告彈道導(dǎo)彈的發(fā)射,于發(fā)射后數(shù)秒鐘開(kāi)始測(cè)量(到達(dá)角和紅外輻射強(qiáng)度信息);利用傳感器所測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)參數(shù)的估計(jì)。戰(zhàn)術(shù)參數(shù)的估計(jì)包括:導(dǎo)彈類型的匹配、發(fā)射參數(shù)的估計(jì)(包括發(fā)射時(shí)間、地點(diǎn)、射向)、特定參考時(shí)刻運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(在ECI參考系中位置、速度等)估計(jì)、落點(diǎn)預(yù)報(bào)等等。彈道導(dǎo)彈的飛行歷經(jīng)主動(dòng)段(boostphase)、自由飛行段(freeflightorballisticphase)和再入段(re-entryphase),現(xiàn)有的空間預(yù)警系統(tǒng)只能測(cè)量主動(dòng)段的信息。主動(dòng)段進(jìn)一步細(xì)分,又包括垂直上升、轉(zhuǎn)彎瞄準(zhǔn)、關(guān)機(jī)等過(guò)程,如果是多級(jí)火箭,還有多次從推進(jìn)到關(guān)機(jī)的過(guò)程。現(xiàn)代彈道導(dǎo)彈(尤其采用固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈)為了突防需要往往還有一定的機(jī)動(dòng),如在發(fā)射程序上作一些改變,等等。由于關(guān)機(jī)時(shí)間和射角(flightpathangle)上的不同,甚至同一種導(dǎo)彈每一次的彈道都可能有所不同。另一方面,從實(shí)際情況來(lái)看,以DSP為例,傳感器數(shù)據(jù)更新時(shí)間較長(zhǎng),獲得的數(shù)據(jù)有限(只有到達(dá)角和紅外輻射強(qiáng)度信息),所有這些,為有效預(yù)警帶來(lái)了困難。空間預(yù)警系統(tǒng)對(duì)彈道導(dǎo)彈的戰(zhàn)術(shù)參數(shù)估計(jì)主要有兩類方法,各有其不同用處。一類是不利用先驗(yàn)的彈道輪廓知識(shí)(即irofile-freemodel),而采用通用的建模方式對(duì)主動(dòng)段的彈道進(jìn)行建模,這種方法主要用于對(duì)彈道導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)。在這種情況下,可以采用常加速擬合模型(constant-accelerationpolynomialmodel)、重力轉(zhuǎn)彎模型(gravityturnmodel)等等。對(duì)主動(dòng)段目標(biāo)運(yùn)動(dòng)采用常加速(CA)模型的好處是顯然的:線性模型。當(dāng)然,實(shí)際上,主動(dòng)段導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)特征是非線性的,在取樣間隔較長(zhǎng)的情況下,直接采用CA模型過(guò)于粗略了。通常會(huì)作一些改進(jìn)。如采用9個(gè)狀態(tài)變量的一階時(shí)間相關(guān)模型(singer模型)?！=a˙a=-ηa+w(8)式中x——目標(biāo)位置矢量;a——加速度矢量。顯然,未知的加速度a是所有作用力作用彈體的結(jié)果,包括推力、重力、阻力等。因此,對(duì)(8)式中的模型可以作如下改進(jìn),將由于重力作用產(chǎn)生的加速度分離出來(lái)直接以顯式體現(xiàn)在模型中,即¨x=g(x)+a˙a=-αa+w(9)式中g(shù)(x)——重力加速度,它是x的非線性函數(shù)。必須指出,盡管作了改進(jìn),但在整個(gè)主動(dòng)段完全采用簡(jiǎn)單CA模型過(guò)于粗略。不過(guò),針對(duì)彈道部分片斷采用CA模型仍然可取。采用重力轉(zhuǎn)彎模型也是可取的,尤其對(duì)于單級(jí)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。它的基本假設(shè)在于,導(dǎo)彈在轉(zhuǎn)彎瞄準(zhǔn)(pitch-over)后,其推力方向與速度矢量方向是一致的,即迎角(angleofattack)為零,隨后彈道的彎曲完全是重力作用的結(jié)果。重力轉(zhuǎn)彎模型比較簡(jiǎn)單,但又比普通大線性CA模型更準(zhǔn)確地反映了火箭發(fā)動(dòng)機(jī)第一級(jí)的運(yùn)動(dòng)特征。彈道導(dǎo)彈戰(zhàn)術(shù)參數(shù)估計(jì)的另一類重要方法要利用目標(biāo)彈道輪廓的先驗(yàn)知識(shí),即基于模板(profile-dependent)的方法。它基于如下事實(shí):世界范圍內(nèi)彈道導(dǎo)彈的基本類型是有限的,尤其是在不同的熱點(diǎn)地區(qū)彈道導(dǎo)彈的類型是比較固定的;彈道導(dǎo)彈主動(dòng)段的彈道近似在一個(gè)平面內(nèi)。所以,可以事先將不同類型目標(biāo)彈道及紅外輻射強(qiáng)度存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù),形成所謂標(biāo)稱彈道輪廓和強(qiáng)度(nominalprofileandintensity)。實(shí)際應(yīng)用中,將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行對(duì)照,確定導(dǎo)彈類型(即導(dǎo)彈匹配)并作出估計(jì)。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)如表1所示。表中I——紅外輻射強(qiáng)度;hp和dp——導(dǎo)彈高度及到發(fā)射點(diǎn)的水平距離,都是飛行時(shí)間t的函數(shù)。數(shù)據(jù)庫(kù)中的TBM標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)包括了TBM從發(fā)射點(diǎn)到關(guān)機(jī)點(diǎn)的數(shù)據(jù)。在實(shí)際應(yīng)用中,往往可以采用兩個(gè)4階的多項(xiàng)式來(lái)分別表示上述高度和距離。利用先驗(yàn)彈道和輻射強(qiáng)度信息進(jìn)行戰(zhàn)術(shù)參數(shù)估計(jì)是一種非常實(shí)用的方法。尤其在早期空間預(yù)警系統(tǒng)應(yīng)用中,地面站還不具備將多顆衛(wèi)星得到的數(shù)據(jù)融合起來(lái)的功能,只能實(shí)現(xiàn)“平面”視野,沒(méi)有先驗(yàn)知識(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)有效的戰(zhàn)術(shù)參數(shù)估計(jì)。在實(shí)際應(yīng)用中,上述兩類方法是結(jié)合起來(lái)的。往往先采用第一類方法進(jìn)行導(dǎo)彈運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的粗略估計(jì),再利用先驗(yàn)知識(shí)采用第二類方法確定導(dǎo)彈類型,進(jìn)行彈道修正,從而確定有關(guān)發(fā)射參數(shù)如發(fā)射點(diǎn)經(jīng)緯度、發(fā)射時(shí)間、射向(heading)等,再通過(guò)觀測(cè)數(shù)據(jù)及先驗(yàn)知識(shí)確定關(guān)機(jī)點(diǎn)狀態(tài)、預(yù)報(bào)落點(diǎn)并將估計(jì)狀態(tài)和誤差傳遞給落點(diǎn)附近的預(yù)警雷達(dá)等。對(duì)于DSP預(yù)警系統(tǒng)而言,由于距離所限,所有的觀測(cè)到關(guān)機(jī)點(diǎn)就結(jié)束了。又因?yàn)閽呙柚芷诩靶l(wèi)星個(gè)數(shù)所限,對(duì)最后關(guān)機(jī)點(diǎn)狀態(tài)的確定誤差較大。但是,關(guān)機(jī)點(diǎn)狀態(tài)的確定又對(duì)最后落點(diǎn)預(yù)報(bào)影響非常大。此時(shí),利用低軌衛(wèi)星對(duì)關(guān)機(jī)后目標(biāo)的觀測(cè)顯得非常重要,它可以更加準(zhǔn)確地確定關(guān)機(jī)后目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這也是未來(lái)SBIRS發(fā)展的方向。在自由飛行段,彈道導(dǎo)彈完全在地球重力作用下飛行,由于處于大氣層外,空氣阻力為零,此時(shí)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程可以用下面的方程完全表示¨x=-μx∥x∥3(10)式中μ——地球重力常數(shù)。一旦確定了某參考時(shí)刻(可以選為關(guān)機(jī)時(shí)刻)目標(biāo)的位置和速度矢量,上述微分方程就完全確定了目標(biāo)彈道。如果考慮攝動(dòng)力,則有更加準(zhǔn)確的方程。所有的問(wèn)題歸結(jié)為對(duì)參考時(shí)刻目標(biāo)狀態(tài)的估計(jì)。5主要問(wèn)題和可能的解決方法上述的基本戰(zhàn)術(shù)參數(shù)估計(jì)方法在應(yīng)用中仍存在許多問(wèn)題,包括以下幾個(gè)方面。(1)觀測(cè)方式和數(shù)據(jù)更新率低空間預(yù)警系統(tǒng)采用的無(wú)源紅外探測(cè)器無(wú)法獲得距離信息,這給準(zhǔn)確的定位和跟蹤帶來(lái)了困難。文獻(xiàn)稱采用多譜測(cè)距方法可能實(shí)現(xiàn)被動(dòng)測(cè)距,但可行性尚在探討中?？傊?若只利用到達(dá)角信息,就必須考慮可觀測(cè)性的問(wèn)題,尤其在單站觀測(cè)情況下。因此,理想的方式是采用星座(至少兩顆星)共同觀測(cè)。此外,空間預(yù)警系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新率不高,且由于軌道高度所限只能觀測(cè)主動(dòng)段的目標(biāo)。對(duì)于遠(yuǎn)程戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈問(wèn)題尚不大,但對(duì)于中、近程戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈測(cè)量到的數(shù)據(jù)就比較有限了?？紤]大氣透過(guò)率的因素,在不利條件下,紅外探測(cè)器會(huì)丟失導(dǎo)彈主動(dòng)段前幾十秒的數(shù)據(jù),預(yù)警性能大大降低。解決的辦法仍然是采用星座,并且包括高軌和低軌衛(wèi)星,這樣不僅可以增加主動(dòng)段的觀測(cè)數(shù)據(jù),而且在火箭關(guān)機(jī)后仍然可以進(jìn)行觀測(cè)。(2)多模方法的運(yùn)用首先,對(duì)于目標(biāo)飛行各階段進(jìn)行完全準(zhǔn)確的建模比較困難。在主動(dòng)段,導(dǎo)彈的運(yùn)動(dòng)模型很復(fù)雜,在垂直上升、轉(zhuǎn)彎瞄準(zhǔn)及主動(dòng)段末