诞生于冷战时期的遥感卫星及其获取的图像,最先被应用于军事领域。那时候,卫星遥感图像的应用程度,成为衡量美苏两个超级大国军事实力的一个重要指标。冷战结束后,世界并没有太平。已经发生的几场高技术战争证明,现代战争为卫星遥感图像的应用提供了更加广阔的天地,卫星遥感图像军事应用的广度与深度都提高到一个新阶段。主要表现为:更多的国家有了自己的军事遥感卫星;遥感卫星的性能、获取的图像质量、图像处理技术都大大提高了;卫星遥感图像的应用领域也更加广阔了。一般说,卫星遥感图像的军事应用主要体现在军事目标侦察、军事地形图制作、战场环境模拟、军事地理信息系统与军事指挥系统的空间信息支持等诸多方面。
军事目标侦察
军事目标侦察包括军事目标捕获、定位、监视、判读、预警等。毋庸置疑,大视野的卫星遥感图像在军事目标侦察中独具优势。上个世纪60年代以来,随着图像分辨率的不断提高,卫星遥感图像在跨越国界的军事侦察中的地位日见突出。遥感卫星已经成为军事侦察的“制高点”。
美国目前正在部署中的国家导弹防御系统、战区导弹防御系统都是利用遥感卫星进行预警的。国防支援计划导弹预警卫星是美国正在应用的系统,其高轨道卫星装有凝视型与扫描型两种红外传感器,主要用于探测助推阶段的弹道导弹,可提供全球覆盖的图像。其低轨道大倾角卫星上装有捕获探测器和跟踪探测器。宽视野的捕获探测器发现与锁定目标,而后由窄视野的跟踪探测器对弹道中段与再入段进行跟踪,并推算出弹道与落点数据,提供给部队予以拦截。为了配合导弹防御系统的部署,美国正在开发新一代用于预警的天基红外系统。计划由27颗卫星组成星座,其高轨道卫星的第一颗卫星将于2006年发射。低轨道卫星预计在2006至2007年发射两颗卫星。俄罗斯的“宇宙”系列成像侦察卫星已经发展到第8代,正在运行的是第4代到第8代,第5代、第8代属于数字传输型,其余为像片回收型。“宇宙”卫星图像的地面分辨率达到了0.5米。德国“合成孔径雷达-放大镜”军事侦察卫星的图像分辨率也达到了0.5米,星上存储器可储存10幅合成孔径雷达图像数据。该系统由5颗X波段雷达成像卫星组成星座,卫星之间具备星间链路能力,地面用户可以在成像指令发出11小时后接收到全球任一点的图像数据。整个星座计划在2007年3月建成。该计划的最终目标是研制出集可见光、红外和合成孔径雷达等多种遥感器于一身的综合型侦察卫星。日本在2003年发射的4颗侦察卫星,用来监测包括台湾在内的中国、朝鲜半岛、俄罗斯和日本本土。法国在2008年前将建立起“太阳神”侦察卫星系列(4颗卫星组成),其图像分辨率达到0.5米。2004年12月18日,第二颗“太阳神”成功发射升空。意大利与法国合作的“宇宙-星团”雷达侦察卫星系统星座由4颗卫星组成,可提供分辨率1米到100米范围的5种模式。当4颗卫星同时工作时,用户能够在12小时内两次得到全球任一地区的图像数据。
台湾当局在20多年前就在军事侦察中使用了卫星遥感图像。1983年购买了美国的分辨率为30米的陆地卫星图像,包括我东南沿海地区机场的卫星图像。到了1993年,台湾开始购买法国的斯波特卫星图像。当时的斯波特卫星图像的分辨率为6.25米,从中可以判别与测定大陆的飞机场、导弹基地、码头等,也可以测制中小比例尺地图。同时,台湾还购买了加拿大雷达成像卫星测取的分辨率为10米的图像以及欧洲资源卫星的图像。2000年,还从美国购买了一批大陆沿海地区的艾科诺斯商业卫星的图像。该图像分辨率高达1米。台湾方面认为,随手可得的商用卫星影像使台湾“突破了空间的限制,将侦察范围延伸到大陆内地”。
军事地图制作
测制军事地图是卫星遥感图像十分重要的用途。一般说来,高分辨率的卫星图像大都能够用于测制军事地图。目前,不仅美国、俄罗斯、法国、中国等航天大国能够发射成像卫星,连以色列、日本、印度、台湾都先后发射了成像卫星。随着卫星遥感技术的发展,卫星遥感图像的种类越来越多,分辨率越来越高,为测制高精度的军事地图包括电子地图提供了良好的条件。
目前世界上能够提供高分辨率图像的卫星系统有多种,列举如下:美国“锁眼”卫星由4颗星组网,可变轨飞行,能够在可见光与红外波段成像,其地面分辨率达到10厘米。美国“快鸟”成像卫星的全色影像的分辨率为0.61米,多光谱影像的分辨率为2.44米。美国“艾科诺斯”成像卫星能够获取1米分辨率的黑白影像和4米分辨率的彩色影像。以色列的依若斯卫星系统的第一代卫星的影像分辨率为1.8米,第二代卫星的影像分辨率达到0.85米,可以提供建立立体像对的图像。2000年2月,美国宇航局在“奋进号”航天飞机上成功地进行了雷达地形测量。在航天飞机上的两台雷达干涉测量仪同时获取同一目标区的两幅图像。地面上的计算机对两幅图像进行处理,能够生成分辨率30米的三维地形图。俄罗斯在2000年9月29日进行了第21次测地与制图卫星的发射。卫星上搭载了TK350地形测量相机和KVR高分辨力相机,以及星定位相机,一台激光测高仪等量测设备。TK350相机的像幅为300乘450毫米,地面覆盖面积为200乘300公里,分辨率为10米,在没有地面控制点的情况下,可以测制全球范围的1:5万的地图,平面精度20至25米,高程精度10米。KVR1000相机的像幅为180乘180毫米,比例尺为1:22万,覆盖面积40乘40公里,分辨率为2米。利用获取的KVR图像可以制作1:1万的地形图、2米分辨率的正射影像图以及3维数字地图。法国的斯珀特卫星搭载了两台相同的高分辨率遥感器,采用长线阵CCD电子扫描方式,具有多光谱观测和全色波段观测两种模式。通过用不同的观测角观测同一地区,可以得到立体视觉效果,用来进行高精度的高程测量与立体制图。目前正在运行的第五代卫星的彩色图像的分辨率为10米,黑白图像的分辨率为2.5米。由于斯珀特卫星图像质量好,分辨率高,适用于目标测定、地图测绘、灾害监测、农林遥感等多种用途,所以一经面世,就成为卫星图像国际市场的热卖品。在军事应用领域,美军是斯珀特图像的最大买家与应用者。美军利用斯珀特图像测绘的地图、目标数据、数字地图在第一次海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争、伊拉克战争中发挥了重要作用。此外,印度继2001年10月发射了首颗侦察卫星之后,计划到2005年至少发射4颗卫星,其中“制图卫星-2”的分辨率高达0.5米。
中国作为航天大国,在遥感卫星研制与发射、遥感图像获取与应用方面具有相当的实力。2004年8月29日与9月27日,我国先后成功发射了第19颗和第20颗返回式科学与技术试验卫星,卫星的“整体性能比以往同类卫星有较大改进和提高,主要用于科学研究、国土普查、地图测绘等科学试验任务”。2000年,我国先后成功发射了“资源一号”和“资源二号”传输型遥感卫星,卫星搭载了5波段CCD相机、4波段红外光谱扫描仪和2波段宽视场成像仪,能够获取地面分辨率19.5米的数字图像。又据报道,2004年5月21日,台湾的“中华卫星二号”发射升空。卫星具有倾斜摄影能力,卫星能够进行立体摄影,可以一次拍摄出福建沿海至内陆100公里内的区域。遥感照相机能够获取全色图像与多光谱图像,全色图像的地面分辨率为2米,多光谱图像的地面分辨率为8米,像幅宽24公里。经过处理,可以提供不同规格的影像产品:经过辐射校正的原始图像、经过旋转纠正的带有地理坐标投影的图像、加入地面控制点作了几何校正的图像、加入数字地形模型数据并修正了高差引起的几何变形的图像,以及全色与多光谱融合图像、数字地形模型、立体透视投影图、飞行模拟的空间数据框架、巡航导弹的地形匹配系统等。
战场空间框架的构建
数字战场与信息战争是相伴而生的。数字空间框架是数字战场的基础。很明显,指挥、控制、计算机、情报、侦察系统(C4ISR)的构建与运行,军事互联网——全球信息网格的建立,战场环境的模拟、军事地理信息系统的建设等,都需要使用卫星遥感图像等空间信息来搭建战场环境空间框架。可以说,在现代信息战争中,来自卫星遥感图像源源不断的实时或现实的信息,是军队训练、作战、指挥等方面信息保障的基石。
在阿富汗和伊拉克战场上,美军利用多颗遥感卫星获取的图像,夺取了绝对的信息优势,实现了对战场的单向透明。在错综复杂的战场上,美军利用“天眼”,实时地发现敏感目标,通过畅通的指挥系统下达指令,能够在数分钟给予精确打击。据报道,实时的GPS定位数据与卫星遥感数字图象相结合,能够为捕捉、锁定目标和实现兵器的自我导航提供基本参数,这些参数是巡航导弹、B-52战略轰炸机、联合直接攻击炸弹、联合远程空对地武器等主战武器的主要导航数据。同时,美军为了改变目前烟囱式的指挥系统的缺陷,为了最大限度地实现信息共享,正在致力于全球信息网格的研究与建立。全球信息网格是继因特网、万维网之后的第三代网络,是计算机网络发展的新阶段,是数字战场的重要依托。统一的空间参考系及其地理数据、卫星遥感图像等是构建全球信息网格空间框架的基石和不可或缺的背景资源。同样,许多国家的军队在作战指挥中都重视来自卫星遥感图像的信息。托普沙特卫星是为英军服务的遥感卫星,该卫星可提供15公里见方、分辨率为2.5米的全色图像以及分辨率为5米的多光谱图像。如果资金增加到一倍半,卫星的分辨率可以提高到1米。该卫星能够把图像直接传送到地面的移动基站,使位于战场的指挥员可以近实时地接收到图像。
利用卫星遥感图像建立虚拟的战场环境,用于战前模拟练兵,是提高战斗力的有效形式。比如美军虚拟了阿富汗战场环境,用来模拟训练。虚拟的阿富汗战场上有沙漠、丛林、街道等各种地形,从中可以分清大小街道、不同的建筑物,甚至车辆、门窗等。飞行员在虚拟战场上如同身临其境,这对于他们在实战中从阿富汗复杂地形背景下捕捉目标十分有利。虚拟环境的数据库数据可以储存在硬盘、磁带或光盘中,然后分发给部署的部队。今年9月以来,美军建立了超现实军事训练系统,他们利用城市地形模块与野外地形模块去建立作战环境,据说已经有300名军官利用该系统进行了训练。同时,美军正在开发通用作战地图。通用作战地图是以地理空间数据、遥感影像及导航定位等测绘信息为基础,融合战场态势信息而建立的一个动态的虚拟战场态势环境。在这个共同的虚拟环境中,活跃在战场上的不同级别的指挥员、不同的作战平台、不同的作战单元就比较容易地进行协同。最近几年,美军大力研发了一批与指挥控制系统配套的军事测绘保障系统,其中有战斗地形信息系统、联合测图系统、影像产品数据库、全源情报分析系统等。毫无疑问,卫星遥感图像是这些系统极其重要的信息源泉。


