ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８５１８．２０１２．０６．００６
Development Status and Thoughts of Space-based UV Warning Technology
ＺＨＯＵ Ｆｅｎｇ１ ＺＨＥＮＧ Ｇｕｏｘｉａｎ１ ＹＡＮ Ｆｅｎｇ２ ＬＩ Ｘｉａｎｇ２ ＷＵ Ｌｉｍｉｎ１
第 33 卷第 6 期
航天返回与遥感
2012 年 12 月
SPACECRAFT RECOVERY & REMOTE SENSING
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天基紫外预警技术发展现状及思考
周峰 1 郑国 宪 1 闫锋 2 李 想 2 吴 立 民 1
(1 北京空间机电研究所 ， 北京 100076) (2 南京大学电子科学与工程学院 ， 南京 210093)
12NUV-345622MUV-745632V-89642FUV-:45
Á Á
2012 年第 33 卷
NUV1 , MUV2
V, NUV, MUV
V, NUV, MUV
此外 ， 天基紫外预警技术还具有不需低温冷却 、 有效抵抗激光武器威胁 、 体积小和质量轻等优点 [3-4]。 它 是电子对抗向电磁全频谱发展而产生的新方法 、 新途径 ， 在国防上具有非常重要的战略意义 ， 紫外谱段预警 技术将成为天基预警技术的一个重要领域 [5]。
1 引言
导弹预警技术是伴随着导弹技术的不断进步而发展起来的 。 从范围上看 ，导弹的射程越来越远 ，导弹预 警技术也逐渐从地基向空基以及天基发展 。 从波段上看 ， 导弹燃料技术的发展使得导弹的尾焰波段发生了 改变 ， 导弹预警技术的波段选择也逐渐向长波和短波双方向扩展 ， 以及逐渐发展多谱段联合预警 ， 以降低虚 警率 ，提高精确度 。 由于导弹尾焰辐射的谱线在 2.7μm 和 4.3μm 处具有特征峰 ，且 ＣＯ２ 和水蒸气对这两个谱段有强烈的吸 收 ，因此早期的导弹预警大都选择这两个谱段 。 但是 ，目前在导弹发动机技术方面的很多改进正在降低这些 固有辐射中的多数辐射 [1]，因此 ，不能保证在未来的导弹中仍会出现这些辐射谱线 。 目前国外已经设计并生产了尾气中不含 ＣＯ２ 和水蒸气的发动机 ， 羽烟中 2.7μm ，4.3μm ，6.3μm 的特征
收稿日期 ：2012-04-01 基金项目 ： 中国空间技术研究院自主研发课题
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航 天 返 回 与 遥 感
辐射将大大减小，导致红外预警的虚警和误警的增加。 但是，无论导弹使用任何燃料，其尾焰中都含有紫外辐射[2]， 这 就成为捕捉目标的紫外辐射源 ， 如表 1 所示 [3]。 紫外辐射机制主要包括化学发光 、 散射日光 、 热致发光等 。 例 如 ， 低空固体含铝导弹尾焰是一种混合辐射源 ， 在二次燃烧中 ， 大量的 Ａｌ２Ｏ３ 粒子呈现灰体辐射 ， 其热状态一 太阳光 。 而液体燃料导弹除了未燃尽液滴可以散射太阳紫外辐射 ， 燃料的化学反应也会产生很强的紫外特 征辐射 。 因此 ， 发展天基紫外预警技术 ， 将其作为红外预警的有效补充 ， 有助于大大降低虚警率和误警率 。

直保持到二次燃烧热量释放完毕 。 而微小的未燃尽粒子在很高的非平衡温度下发出紫外光 ， 同时还会散射
Tab.1 UV characteristics of missile plume at low altitude (below 50km)
CO+NO+OH /

NO+CO+H
Tab.2
Advantages of UV warning





可以预测 ， 天基紫外探测系统作为新型导弹预警探测跟踪手段 ， 必将在未来预警卫星上发挥重大作用 。 美国第一 、 二代 ＤＳＰ 预警卫星以及正在研制的天基红外系统的低轨卫星都带有紫外跟踪系统 。 因此 ， 跟踪国 外紫外探测技术的发展现状与趋势 ， 对紫外探测系统进行先期原理研究和关键技术探索 ， 对于完善我国导弹 防御系统具有重大意义 。
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对测量结果的干扰 。
７０ 年代末 ，从军事需要出发 ，美国开始进行极光和气辉的远紫外探测 ，研制了真空紫外 （ＶＵＶ） 背景卫星
试验装置 （Ｖａｃｕｕｍ Ｕｌｔｒａｖｉｏｌｅｔ Ｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ ）， 搭载在 １９７８ 年发射的 Ｓ３－４ 极轨卫星上 ［６］。 该 仪器包括了光谱仪和光度计 ２ 部分 。 极光 ／ 电离层绘图仪 ＡＩＭ（Ａｕｒｏｒａｌ Ｉｏｎｏｓｐｈｅｒｉｃ Ｍａｐｐｅｒ ） 除可进行光谱和 光度测量外 ， 也具有获得特定波段单色像的能力 。 该仪器由紫外光谱仪和光度计组成 。 紫外辐射通过扫描镜 后被抛物镜聚焦在 Ｅｂｅｒｔ－Ｆａｓｔｉｅ 光谱仪的入射狭缝上 ， 光谱仪焦距 １２５ｍｍ， 工作波段 １１０￣１９０ｎｍ， 光谱分辨 率 ３ｎｍ， 仪器视场角 ０．４° ×１．７° ， 在 １００￣１５０ｋｍ 极光 、 气辉高度的空间分辨率为 ４ｋｍ×２０ｋｍ， 扫描宽度
Abstract Ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ ｗｈｉｃｈ ｕｓｅｓ ｔｈｅ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ＵＶ ｆｌａｍｅ ｒａｄｉａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｓｓｉｌｅ ’ｓ ｉｎｉｔｉａｔｉｖｅ ｓｔａｇｅ ｉｓ ａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｗａｒｎｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ． Ｉｔ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｍｉｎｉｍｉｚｅ ｔｈｅ ｆａｌｓｅ ａｌａｒｍ ｒａｔｅ． Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅ ｄ． Ａｎｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ＵＳＡ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ． Ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｏｆ ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ． Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ， ｓｅｖｅｒａｌ ｉｓｓｕｅｓ ａｂｏｕｔ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｏｆ ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ ｏｆ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ． Key words ｓｐａｃｅ－ｂａｓｅｄ；ＵＶ ｗａｒｎｉｎｇ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｔａｔｕｓ；ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎ
3 国外研究现状
国外天基紫外预警技术的发展经历了以下 ３ 个阶段 ： （１） ２０ 世纪 ６０ 年代到 ７０ 年代末 ， 目标特性研究及可行性分析阶段 从 ２０ 世纪 ６０ 年代开始 ， 美国等发达国家就开始导弹紫外预警研究 ， 早期工作主要集中在导弹火箭羽烟 紫外辐射的测量 。 导弹目标的探测 、 识别 、 预警 、 跟踪是弹道导弹防御系统的关键 ， 发展先进的探测技术在美 国 ＳＤＩ 计划和现在的 ＮＭＤ 和 ＴＭＤ 计划中一直占有极其重要的地位 ， 并且动用卫星和飞行试验以获取这 一方面的数据 。 美国空军空间及导弹系统中心 （Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ Ｓｐａｃｅ ａｎｄ Ｍｉｓｓｉｌｅ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｅｎｔｅｒ ） 对导弹对同温层中臭氧的影 响 （ＲＩＳＯ） 进行了研究 ， 并就天基紫外探测器对地探测遥感的可行性作了深入分析 。 （２） ２０ 世纪 ７０ 年代末到 ２１ 世纪初 ， 背景特性研究及试验数据采集阶段
摘 要 天基紫外 预警 是 利用 导 弹尾焰 的紫外 辐射 来 探测主 动 段 导 弹 目标 的一种 有效 的 预警手 段 ， 可以 有效降 低 系 统 的探测 虚警率 。 文章分 析了 天基紫外 预警 的 特 点 和 优势 ， 介绍 了 美 国天基紫外 预警 技术 的 发 展现 状 ， 分 析了 天基紫外 预警 的 关键 技术 。 最 后 ， 根据 中国紫外 预警 技术 的 发展 状 况 ， 探 讨 了 发展 天基紫外 预警 技术应 该关 注 的 几 个问题 。 关键词 天基 紫外 预警 发展现 状 发展 建 议 文献标识码 ：Ａ 文章编号 ：１００９－８５１８（２０１２）０６－００３９－０６ 中图分类号 ：ＴＮ７６０
2 天基紫外预警的特点和优势
2.1 紫外预警的特点
与红外预警技术相比 ， 紫外预警技术有许多独有的特点 [5]。 首先 ， 所有的物体都具备可观测的红外特征 ， 而可辨别的紫外特征并不是所有的物体都具有 。 根据这一 特点 ， 虽然红外探测技术在军事上被广泛地研究和应用 ， 但随着技术的发展和对抗双方要求的提高 ， 紫外预 警技术越来越显示出其特有的魅力 。 导弹尾焰中含有大量的紫外特征辐射 ， 且紫外辐射在高空具有很好的 透过率 ， 为紫外预警提供了很有特色的目标识别基础 ， 可以作为红外探测技术有力的补充 。 其次 ， 在具有紫外特征的目标中 ， 紫外光谱 （ 通常是金属原子或离子以及一些小分子发射的 ） 可以提供比 红外光谱 （ 通常由水 ， 二氧化碳或目标本体发射 ） 更丰富的目标信息 。 水和二氧化碳在很多情况下不是目标 独有的 ， 换句话说 ， 红外探测技术通常不能提供识别目标所需的独一无二的信息 ， 而紫外技术则可以在目标 识别方面有更大作为 ， 因为紫外特征光谱不容易引起混叠 ， 更容易识别目标 。 再次 ， 目前的激光武器大都处于红外谱段 ， 使得红外预警系统易受到激光武器致盲的威胁 。 而大功率紫 外激光武器技术还不成熟 ， 因此 ， 紫外预警卫星可以更安全地在轨运行 。 最后 ， 紫外探测技术有可能提供比红外技术更为简单和紧凑的系统 。 紫外光子具有比红外光子更高的
（１ Ｂｅｉｊｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｓｐａｃｅ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ， Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００７６ ，Ｃｈｉｎａ） （２ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｎａｎｊｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９３， Ｃｈｉｎａ）
第6期