天基红外传感器弹道导弹中段目标识别技术分析

　　0　引言

　　天基跟踪与监视系统(Space Tracking and Surveil-lance System, STSS)是美国空军研制的下一代天基红外监视系统[1],也是美国导弹防御系统的一个重要组成部分。它可用于全球和战区导弹预警、导弹防御、技术情报的提供和战场情况的侦察。STSS按计划将由24~27颗部署在高度为1 600 km左右的小型、低轨道、大倾角卫星群组成,分布在3~4个太阳同步轨道面。STSS是唯一可覆盖全球范围的弹道导弹探测和监视系统,它可以对全球范围内的导弹发射实现全弹道的精确跟踪和识别。该系统的主要任务就是利用弹道导弹在助推段和中段较强的红外辐射特征,通过被动红外探测器接收这些红外辐射信号,运用星载信号处理器分析这些红外跟踪数据,并对弹道目标进行初步识别判断,然后引导地基雷达(GBR)和大气层外动能拦截弹(EKV)完成跟踪和拦截。

　　STSS星载红外传感器主要包括红外捕获传感器和红外跟踪传感器,可以独立探测和瞄准目标。捕获传感器是扫描型宽视场红外探测器,可以通过观测助推段导弹的尾焰来探测弹道导弹发射。跟踪传感器是凝视型窄视场红外探测器,使用多个焦平面和波长过滤器,可以跟踪处于地平线以上的低温弹道目标。本文首先分析了天基红外传感器对弹道导弹目标的探测能力,然后在此基础上分析了针对弹道中段目标的光学识别技术。

　　1　天基红外传感器探测能力分析

　　关于STSS天基红外传感器的灵敏度和分辨率,目前还没有太多的公开资料。但是可以通过分析中段空间试验(MSX)卫星来获得更多的关于这些STSS天基红外传感器的性能信息,因为MSX是由弹道导弹防御局(BMDO)资助发射的卫星,作为研制像低轨道STSS之类的天基红外卫星的演示星。利用MSX卫星的相关资料[2-4],对STSS星载红外传感器的主要配置参数进行了预估,结果见表1。

　　红外传感器的最大作用距离是反映探测性能的主要战术指标。由于天基红外传感器对中段目标的观测背景通常为空间冷背景(4K)。当背景为空间冷背景时,影响传感器作用距离的主要参数就是传感器系统的噪声,可以通过传感器噪声限来计算点源目标的作用距离[2,5-7]。根据STSS天基红外传感器的预估配置参数,计算了天基红外传感器对尺寸为1m×1.5m、发射率为0.9的空间目标的探测距离,计算结果如表2所示。探测器受衍射限制的角分辨力由λ/d给出,λ是探测器探测到的辐射波长,d是探测器孔径的直径,表3给出了STSS天基红外传感器的空间分辨率分析结果。从表2和表3的计算结果可以看出,天基红外传感器的作用距离随目标温度的升高而增加,降低弹头表面温度是对抗天基红外系统的有效措施。中波至长波以及长波红外传感器对1 000 km处目标的空间分辨力将大于10m,因此,天基红外传感器不能对弹头大小的物体进行成像,也就是说STSS天基红外传感器观测到的所有中段目标都将是一个点辐射源。