正文 5 無形操作——遙感遙控遙測技術(3 / 3)

大部分的測量工作由衛星支持的遙測技術包辦。這套係統既簡單又了不起。動物身上發射機發出的信號被送進運行軌道,由衛星係統接收,再傳回地麵站。

隨著工業的發展,城市的環境汙染問題越來越嚴重,大氣汙染更是主要問題。大氣汙染指人類活動和自然過程造成某些物質進入大氣,達到一定濃度,對人體產生了危害。遙測技術具有監測範圍廣、速度快、非接觸,且便於進行長期的動態監測等優勢,是傳統方法不可比擬的。它不僅可以快速、實時、動態、省時省力地監測大範圍的大氣汙染,也可以應用於突發性大氣環境汙染事件的監測,在一定的技術改裝條件下,還可以應用於化學試劑的識別與定量。因此,大氣汙染的遙測技術已經成為大氣汙染監視的重要手段。

除此之外,遙測技術目前還被廣泛應用於林業、農業、水利等諸多關乎國計民生的事務中。尤其隨著航天技術和互聯網技術的不斷發展,遙測技術也不斷向新的高度發展。

5.5精確製導技術——三遙技術的結合

遙感、遙測、遙控技術(三遙技術)雖然有各自不同的發展背景及應用領域,但它們是相互關聯的,它們相互結合而具有新的功能。一個典型的例子就是精確製導技術的發展。

20世紀以來,科學技術的發展突飛猛進,由此帶動了武器裝備發展的巨大飛躍。特別是近50年來,世界武器庫中出現了一類嶄新的裝備——精確製導武器。它的精度遠非傳統武器所能比擬,已成為現代局部戰爭中的主要武器,而使用精確製導武器進行精確攻擊是通過精確製導技術來實現的。

精確製導技術是以高性能光電探測為基礎的,采用目標識別、成像跟蹤、相關跟蹤等新方法,控製和導引武器準確地命中目標。

5.5.1精確製導技術的分類

精確製導技術主要有尋的製導、遙控製導、慣性製導、地形匹配與景象匹配製導、全球定位係統(GPS)製導和複合製導。

(1)尋的製導

尋的製導又稱“自動尋的”或“自動導引”。它是利用彈上導引裝置接收目標輻射或反射的能量(無線電波、紅外線、激光等)形成導引信號,控製導彈飛向目標的製導。

尋的製導的導引精度不受導彈飛行距離的影響,但製導的作用距離較近,且易受敵方幹擾。它常用於短程導彈製導及中遠程導彈的末製導。但是它的精度高,是實現精確打擊的關鍵。武器能否擊中目標主要由末製導的精度來決定。

(2)遙控製導

由彈外導引站發送指令或波束,彈上導引裝置形成導引信號,控製導彈飛向目標的製導,叫遙控製導。

遙控設備由彈上導引裝置和彈外導引站組成。導引站可以設在地麵、艦船或飛機上,導彈上導引設備較簡單。導引站時刻跟蹤目標,隨時測取目標運動參數,故常用於攻擊活動目標。一般遙控作用距離較遠,但導引精度隨導彈飛行距離的增加而降低,而且易受幹擾。屬於遙控製導的有指令製導和波束製導等。

(3)慣性製導

利用慣性測量設備測量導彈運動參數的製導技術,叫慣性製導。慣性製導係統全部安裝在彈上,主要包括陀螺儀、加速度表、製導計算機和控製係統。采用此類製導技術的中、遠程導彈,一般用於攻擊固定目標,因此製導程序和初始條件是預先輸入彈載計算機的。導彈飛行過程中,計算機根據慣性測量裝置測得的數據和初始條件給出製導指令,彈上控製係統根據指令導引導彈飛向目標。

根據慣性測量儀表在彈上的安裝方式,慣性製導可分為平台式慣性製導和捷聯式慣性製導兩種。前者將陀螺儀和加速度表組合安裝在平台上;後者將加速度表與陀螺儀組合直接安裝在彈體上,利用計算機代替平台的作用,為加速度測量提供一個在空間穩定不變的測量基準,通過坐標變換給出製導指令,控製導彈飛行。捷聯式慣性製導係統具有體積小、重量輕、成本低、可靠性高等優點,但要求彈載計算機的容量大、運算速度快、抗衝擊振動性能好。蘇聯的SS-12導彈,采用捷聯式慣性製導,美國的“民兵-Ⅲ”洲際導彈則采用平台式慣性製導(射程13000千米,CEP值450米)。

(4)地形匹配與景象匹配製導

地形匹配與景象匹配製導是在導彈發射區與目標區之間選擇若幹特征明顯的標誌區,通過遙測、遙感手段按其地麵坐標點標高數據繪製成數字地圖(稱為高程數字模型地圖),預先存入彈載計算機內。導彈飛臨這些地區時,彈載的雷達高度表和氣壓高度表測出地麵相對高度和海拔高度數據,計算機將其同預存數字地圖比較,算出修正彈道偏差的指令,彈上控製係統執行指令,控製導彈飛向目標。

繪製數字地圖可采用不同手段,從而有雷達圖像匹配製導、可見光電視圖像匹配製導、激光雷達圖像匹配製導和紅外熱成像匹配製導等方式。地形(圖)匹配製導精度與射程無關,也不受氣候條件影響。

景象匹配製導與地形匹配製導相似,是利用彈載“景象匹配區域相關器”獲取目標區域景物圖像數字地圖(稱為灰度數字模型或地圖),將其與預存的參考圖像(灰度數字地圖)進行相關處理,從而確定導彈相對於目標的位置。數字式景象匹配區域相關器一般由成像傳感器、圖像處理裝置、數字相關器和計算機等組成。景物圖像的獲得可由不同工作波長的設備完成,從而有雷達區域相關、微波輻射計區域相關、光學區域相關、電視攝像區域相關、紅外成像區域相關等類型的數字地圖。

地形匹配製導與慣性製導配合,可大大減小慣性製導的誤差。例如,美國AGM-86B空射巡航導彈采用慣性+地形匹配複合製導,最大射程為2500千米,命中精度CEP僅為30米。景象匹配區域相關末製導與慣性製導等配合,可用於提高遠程導彈的末製導精度。

(5)全球定位係統(GPS)製導

美國為滿足各軍種導航需要,於1987年開始發展“導航星全球定位係統”,全稱是NAVSTAR Global Positioning System,簡稱GPS。其中NAVSTAR又是Navigational System Using Time and Ranging(利用時間和測距進行導航的係統)一詞的縮寫,中文譯為“導航星”;GPS即上述Global Positioning System三個英文詞的首字母,中文譯為“全球定位係統”。

GPS由空間設備、地麵控製設備及用戶設備三部分組成。空間設備由24顆導航衛星(其中2l顆工作衛星,3顆備用衛星)構成;地麵控製設備由5個地麵監控站、3個上行數據發送站和1個主控站構成;用戶設備為各種GPS接收機(導航接收機)。全部係統已於1993年完成並正式使用。最初研製目的是為海上艦船、空中飛機、地麵車輛等提供全天候、連續、實時、高精度的三維位置、速度和精確的時間信息,現已擴展為精確製導武器複合製導的一種手段。其工作原理是利用彈上安裝的GPS接收機接收4顆以上導航衛星播發的信號來修正導彈的飛行路線,提高製導精度。目前已報道的GPS空間位置精度為16米,時間精度為1微秒。出於保密考慮,美國現開通的GPS服務分為兩個等級,即標準定位服務(SPS)和精密定位服務(PPS),隻有後者才能實時獲取精確的GPS數據。精確製導武器利用GPS係統可以大大提高製導精度。例如,美國BGM-109C“戰斧”巡航導彈已改裝為“BlockⅢ”型,其主要改進是加裝一個GPS接收機和天線係統,據說可使CEP值由9米降為3米。安裝GPS接收機還可取消地形匹配製導,縮短製訂攻擊計劃所需的時間,或攻擊非預定目標。

GPS製導和慣性製導都屬於導航製導方式。美國陸軍戰術導彈(ATACMS)、聯合防區外發射武器(JSOW)、聯合直接攻擊彈藥(JDAM)等都采用GPS複合製導係統。

5.5.2精確製導技術的特點

精確製導技術在軍事上的應用主要體現在精確製導武器上。精確製導武器是指直接命中概率超過50%的製導武器。直接命中的含義是指製導武器的圓概率誤差(也叫圓形公算誤差,表示符號為CEP)小於該武器彈頭的殺傷半徑。精確製導武器的主要特點有:

(1)高精度

精確製導武器的直接命中概率是普通彈命中概率的幾十甚至上百倍。“戰斧”巡航導彈射程為2500千米,精度卻達30米;激光製導炸彈和製導炮彈的理論命中誤差僅為1米。比如轟炸目標,第二次世界大戰時期,B-17轟炸機投彈誤差是1000米左右;越南戰爭中,F-105D投彈誤差為100米左右;海灣戰爭中,F-117投擲激光製導炸彈誤差僅為1~2米。

(2)高效能

精確製導武器的價格交換比可以達到一比幾十、一比幾百,甚至更大。比如一枚“陶-2”型反坦克導彈的造價雖然達1萬美元,但用它擊毀1輛M-1型坦克的造價卻為244萬美元,其價格交換比達到了1∶244。在馬島海戰中,阿根廷用一枚價格20萬美元的“飛魚”導彈擊沉造價為兩億美元的“謝菲爾德”號導彈驅逐艦,價格交換比達到1∶1000;英國的一枚“虎魚”魚雷(價值90萬美元)擊沉阿根廷“貝爾格拉諾將軍”號巡洋艦(價值8500萬美元),價格交換比為1∶95。海灣戰爭中,多國部隊飛機發射71枚“麻雀”空空導彈擊落伊拉克固定翼飛機24架,價格交換比為1∶29;用22枚“響尾蛇”空空導彈擊落伊拉克9架固定翼飛機,價格交換比為1∶94。

(3)高技術

微電子技術的發展,使製導係統可以小型化,在炮彈的彈頭上也能裝自尋的係統;而計算機微型化,給在20世紀60年代基本快被淘汰的巡航導彈帶來新的活力,使其精度達到30米。同時探測技術和高速信號處理技術也為製導精度和抗電子幹擾提供了條件。

(4)射程遠

可以把普通武器與精確製導武器的射程進行一下比較:普通的地麵壓製大中口徑火炮射程一般為20~30千米,最遠在40千米左右;而地地導彈的射程近的為幾百千米,遠的可達上萬千米。比如蘇製SS-18導彈,射程為12000千米。普通的防空武器——高炮的有效射高通常為幾千米至1萬米左右;而“愛國者”、S-300等防空導彈,最大高度可達2.4萬千米至2.7萬千米。在第二次世界大戰時,飛機進行空戰,主要是使用航炮,它的有效射程僅為幾百米至幾千米。而現代戰爭中,飛機進行空戰主要使用的武器是空空導彈,它的射程可以達到幾千米、幾十千米,甚至一二百千米。再比如用於打坦克的直瞄火炮,它的有效射程一般是2~3千米,而反坦克導彈最大射程可達10千米左右。

總之,精確製導技術在軍事上的廣泛應用,使精確製導武器成為了戰場上的主角,改變了傳統的戰爭模式,大大豐富了高科技信息化戰爭的內涵,成為取得戰爭勝利的最重要的手段。

目前,利用無線電信息傳輸對目標可見光圖像的遙感技術,正向包括雷達合成圖像在內的全頻譜多遙感器技術發展;利用無線電傳輸技術進行自設目標(尤其動目標)信息提取的各種物理量判讀的遙測技術,正向隨機的各種空間物理量設目標或自然目標信息識別技術發展;利用無線電傳輸技術對目標行為和功能遙控,正向對機械人和中繼操作裝置等新型技術領域發展。三遙技術還在發展,發展到三位一體,甚至發展到四位一體的綜合網絡係統,進而出現無線電遠距離信息傳輸綜合係統。如航天器的對接引導雷達,既是一部對接雷達又是一部通信設備。現代通信已離不開三遙技術,特別是在大容量、高傳輸率、多中繼、多媒體和互操作等大網絡的通信中,沒有遙感、遙測和遙控係統,很難形成有效的通信能力。

三遙技術中新的概念不斷出現,包羅的技術學科越來越多,涉及的應用領域越來越廣,如遙控技術中出現的新概念就有遠距離控製、遠距離作業等。三遙技術包羅的技術學科中,間接的有很多,在此就不再一一敘述,直接的主要有計算機技術、微電子技術、生物工程、空間物理學、信息處理技術、傳感技術、網絡技術、信息傳輸技術、自適應技術等。可以說,當代高新技術都已經或都可以吸收到三遙技術中。

有句老話說“秀才不出門,全知天下事”,到了科技如此發達的今天,這句話也要做一下改變了,應該是“秀才不出門,能做天下事”。這就是現代科技給我們帶來的力量。

隨著微電子技術、傳感器技術、航空航天技術和數據通信技術的不斷發展,世界三遙技術麵臨著突飛猛進的發展,也在迎接著新的機遇和挑戰。新的傳感器將使三遙技術應用的領域進一步拓寬,監測精度不斷提高,新的數據通信技術使科技人員的工作效率大大提高,各種綜合使用遙感、遙測、遙控技術變成可能。多平台、多層麵、多傳感器、多時相、多光譜、多角度以及多空間分辨率的融合與複合應用,是未來三遙技術的重要發展方向。人們對三遙技術的重視程度也將進一步提高,三遙技術將得到更加廣泛的應用。