中国研发成功用导航卫星信号被动探测飞行目标

晨枫

《南华早报》报道（https://www.scmp.com/news/china/ ... &pgtype=section），国防科大学报刊载国家空间微波通信重点实验室温媛媛团队的论文，中国用“北斗”信号成功探测到飞行目标，插图用F-22的形象，含义明显。
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导航卫星的信号有全时、全天候、频率和波形高度稳定、自带精确时间信号的特点，很适合用于被动探测。

) _/ X( v/ ?, I; u- A5 H5 I+ A传统被动探测是被动同态探测，用两台天线同时指向目标和信号源，指向目标的天线用于探测方位和动向，指向信号源的天线用于获得基准时间，以便从两台天线的信号时间差推断目标距离。在最简化的情况下，假定发射源到达目标和接收天线的时间相同，两台天线之间的信号时间差就代表目标到天线之间的距离。

被动同态探测有效、可靠，但必须用两套天线显然增加了系统成本和实施难度。用导航卫星信号只需要指向目标的定向天线，基准时间直接由导航卫星信号自己提供，系统一下子就缩小了一半，成本、可靠性、系统重量和尺寸、同步难度等问题都得到解决。

卫星导航基于精确授时，所以定位天线可以小到装进手机、手表。被动雷达还要精确定向，一定的天线口径还是需要的，但只是天线增益和定向精度的问题，还可以通过多台雷达共同覆盖以提高分辨率。在数学上，样本空间里样本数量越大，统计估计量（均值、方差、回归系数等）越接近真值。
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导航卫星信号还有利于探测隐身目标。隐身目标降低雷达反射特征只是针对防空和战斗机雷达典型的厘米波波段，其他频率下还是现原形的。

米波绕过隐身飞机的“厘米波黑洞”，但米波的分辨率很糟糕，只能探测大体目标方位，不能精确测定方向和速度，更不可能辨别出飞机的特征。分米波介于米波和厘米波之间，分辨率高于米波，不仅可以探测目标方向和速度，还能辨别目标特征，但还是在“厘米波黑洞”之外。
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分米波频率范围在300-3000MHz。“北斗”的上传信号为1610-1626.5MHz（L波段），下传信号为2483.5-2500MHz（S波段）。苏-35的机翼前缘反隐身雷达就是L波段，S波段正好是舰载相控阵雷达的常用频率。GPS用1575MHz和1227MHz两个频率，最新GPS还用1176MHz，GLONASS在1200-1605MHz范围内的若干频率上运作。
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也就是说，即使“北斗”被干扰甚至被击落，同样的原理可以继续用GPS、GLONASS的信号实施探测。
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  x% |' U+ t' U) y4 w重要的是，这奠定了“天基发射、地面接收”的全新体制，地面被动雷达只需要被动接受和侧向，不仅隐蔽，也降低了功耗。天基信号也有均匀覆盖、全时覆盖的好处，没有地面雷达在开机时可能被反辐射导弹压制的纠结。

  m- Z0 z3 r8 |9 b进一步推开，还可以专门发射低轨道的雷达小卫星，只管发射精确波形和自带时间的雷达信号，接收交给地面被动雷达，数量和位置不再受到发射机的限制。
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导航卫星是中轨道的，高度大约20000公里左右。这是信号强度、全时覆盖和卫星数量之间最优化的结果。但降低到500公里的低轨道，信号强度就大大提高，有利于缩小接收天线的尺寸，还可以用毫米波信号。

毫米波同样绕开“厘米波黑洞”，波长短所以天线特别小，分辨率高到可以“拍照片”，极大有利于辨别目标和识别密集目标里的具体目标。但毫米波在大气中的损耗较大，只有功率大、距离近才行。低轨道专用卫星可以做到这一点。
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由于只管发射，不管接受和信号处理，这些低轨道毫米波雷达发射卫星的成本不会很高，便于平时大量发射，战时大量补射。

5 Y4 _) J0 M$ M) t4 E低轨道也有利于控制重点覆盖地区，亚马逊丛林上空的F-22对中国不感兴趣。
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% `9 N+ p' k' A1 E* A' U& \( z天基发射、地面接收的另一个好处是便于平时积累信号特征。F-22、F-35可能神出鬼没，但在基地的日常训练飞行总是必要的。如果有条件在基地附近秘密部署一些被动雷达天线，可以在平时就收集信号特征。

! h" H0 Y6 `* r4 O8 u) P2 e另一个办法是专门部署一些低轨道雷达接收卫星，专门从各种角度探测日常活动的潜在目标，积累数据。在和平时期，这样的情报收集几乎无法阻止。在战时，这是有用的天基预警。

: b1 L9 n1 c+ R+ i5 A3 L8 e被动雷达还是需要与动目标检测相结合。不管是分米波还是毫米波，碰到物体就有回波。接收天线只能照单全收，需要数据处理“抓出”动目标，那才是有用信息。

动目标检测的原理不复杂。将相继的两幅“雷达图像”相比较，静目标互相抵消掉，动目标就“水落石出”了。雷达图像数字化后，这很容易做到，两幅图像的每一个像素数值相减，静止目标就“清零”了，清不了零的就是动目标。

$ b; K4 P. Q- Q1 g, }! @% x0 y原理是简单的，实施总是不简单。相继的两幅雷达图像必须在时间上足够相近，才能避开众多外界干扰，包括但不限于低轨道卫星本身的移动。但太相近的雷达图像又可能错过速度低于门槛的目标，或者因为数值错误而错判。这也对高速数据处理提出很高要求。
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' n. c0 y' N  {+ x" r' u5 z/ Q天基发射、地面接收不是用于取代现有雷达的，只是补充。或者说对补充预警雷达特别有用，离替代火控雷达还是太遥远，精度、数据刷新率可能都不够。但这是重要的补充，有效的预警是防空的起跑线，防空这事真是不能输在起跑线上。

宝特勤

中国太空利用确有优势。几年前我听美国空军航天兵头目（那时候还没有美国航天军）确认过。

五月

按理说美国探测中国的隐形飞机也同样可以是吧？
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晨枫

五月 发表于 2024-10-19 18:07
" y# U$ h: B, B+ L0 [. Z按理说美国探测中国的隐形飞机也同样可以是吧？

是的。科学无国籍。

李根

晨枫 发表于 2024-10-19 19:43
是的。科学无国籍。

* }0 K5 F6 B3 _3 }$ N2 D来嘛，美帝不要跑，军备竞赛嘛

可梦之

小白不太明白原理哈，难道是卫星发射北斗导航信号，遇到隐形战机折射，折射波被地面接受端检测并确定战机位置？

如果是这样，北斗信号本身就不强，被飞机反射后角度不对那就更弱了，接受端得多灵敏啊。

晨枫

可梦之 发表于 2024-10-20 05:46
0 y8 {% V1 _/ E. M2 j小白不太明白原理哈，难道是卫星发射北斗导航信号，遇到隐形战机折射，折射波被地面接受端检测并确定战机位 ...

是的，就是这个原理。天线确实需要非常灵敏，但没有灵敏到技术上难以解决的程度。手机天线能接收直接信号，小锅天线就应该能接收反射信号？
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6 `2 u/ m( P+ v" H* ^所以我也觉得专用低轨道雷达发射卫星可能更加有用，提高反射信号的能量，降低接收天线的灵敏度要求。