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軍事論壇

【軍事論壇】現代千里眼 遙測技術之軍事運用

◎魏光志

  遙測技術是指用間接的手段,獲取有關物體或現象的資訊,因此,與現場觀察(尤其是地球觀測)形成對比。遙測技術應用在許多領域,包括地理、土地測量和地球科學(例如水文學、生態學、氣象學、海洋學、冰川學、地質學)、商業、經濟、計畫和人道救援的各種應用層面,而在軍事方面的應用,主要為偵察、預警、導引、測繪等。

 軍事偵察重要手段

  依照國際慣例,距離地球表面100公里以上的太空,不屬於地面國家的領空範圍,偵察衛星的活動不算是侵略行為。因此,太空遙測技術作為現代軍事偵察的重要手段,具有偵察範圍廣、不受地理條件限制、發現目標快等優點,能獲取採用其他途徑難以得到的軍事情報。

  在目前各國的使用術語中,「遠端感測」通常是指從衛星或飛機的感測器技術投射傳播的信號(例如電磁波),來檢測和分類地球表面、大氣層和海洋中的物體,並對其進行分類。可以概分為「主動式」遙測(當衛星或飛機發出信號,並且通過感測器檢測到物體的反射時)和「被動式」遙測(當太陽光被反射時,由感測器檢測到)。

 被動感測器觀測物體或周圍區域發出或反射的輻射。反射的陽光是這種測量最常見的輻射源。被動遠程感測器的基本單元,包括相機底片攝影、紅外線、電荷耦合設備和輻射計。另一方面,主動觀測發射能量以掃描物體和區域,感測器隨後檢測並測量從目標反射或反向散射的輻射。雷達(RADAR)和光檢測和測距(LiDAR)是主動感測的代表技術,其中可以測量電波發射和反射之間的時間延遲,從而確定物體的位置、速度和方向。

  從第一次世界大戰開始,系統化的航空攝影被發展用於軍事觀測和偵察敵情,並在冷戰期間達到高峰。使用改良的戰鬥機(例如P-51、P-38、RB-66和F-4C)或專門設計的情報載具(例如U2 / TR-1、SR-71、A-5和OV-1系列),均採用空拍和遠距觀測。

  近年的發展是載人和無人載具的微型化,搭載愈來愈小的感測器莢艙,例如執法和軍事單位使用的感測器莢艙。這種方法的優點是,只要對特定機身進行最小幅度的修改,便能結合熱影像技術,包括紅外線、都卜勒和合成孔徑雷達。到90年代末期人造衛星的發展使感測技術在冷戰結束之初已發展到全球範圍。

  諸如Landsat,Nimbus之類的各種地球觀測和氣象衛星上的儀器,以及RADARSAT和UARS等衛星,最新任務是為民用、科學研究和軍事目的提供各種數據的全球測量。遙測對其他行星的太空探測器,也提供了在地球外環境中進行研究的機會,麥哲倫號探測器上的合成孔徑雷達,提供金星的詳細地形圖,而SOHO上的儀器,則允許對太陽和太陽風進行研究。

 衛星遙測掌握地表動靜

  衛星遙測技術在觀察地球表面的組成和動態過程占有重要地位。遙測活動涉及面向應用操作,以及近距離感測數據和研究方法的發展,與廣泛的應用相關。遙測數據主要是從高空中或太空獲取,通常在野外或實驗室進行現場測量來補充數據,近年還附加測試了無人機(UAV)的輔助操作。

  遙測技術結合多光譜和高光譜技術、雷達技術和熱輻射測量。重點是遙測技術的應用以及開發,多用於分析和擷取詳細資訊的新的自動化方法和標準。遙測方法的應用和發展為開展國家和國際層面的地質調查、地質災害、環境探勘、土壤和水資源的調查、測繪和評估提供基礎。

  各國遙測技術多與來自國家和國際地質調查局、研究機構和專門行業的合作夥伴,就有關遙測應用和方法開發的不同主題進行合作。遙測還能夠根據最新的科學和技術標準,為政府單位、社會團體和大型企業提供專業建議。

  合成孔徑雷達遙測是由衛星搭載的合成孔徑雷達(SAR)通過微波輻射掃描地球表面。SAR天線發射微波脈衝並接收來自地表的反向散射回波。基於此回波,可以生成高分辨率圖像數據和數據產品。與其他成像遙測方法相比,SAR技術具有幾個特殊功能。一方面,即使在陰天和夜晚,也可以觀察地球表面。另一方面,可以得出諸如SAR天線的觀察方向上的反向散射係數,或路徑長度差異之類的物理變量。反向散射係數取決於所觀察表面的物理性質。合成孔徑雷達可用於軍用間諜衛星,感測器具有識別雲、雨、霧、塵和各種人造偽裝的能力,具備全氣候、全天候偵察地面極其細小的目標,具有在晝夜和各種氣候條件下,呈現重點地區圖像的能力。

  雷達遙測具優異穿透力

 雷達遙測主要特性是表面粗糙度、幾何形狀和電介質特性,主要受地球表面水分的影響。雷達遙測的另一個重要特徵是穿透深度,即相對於所使用的波長,疏鬆的沉積物和植被的穿透深度。對於地球科學的遙測而言,表面粗糙度的測量是重要參數,因此與光學遙測技術一起用於地質製圖。穿透鬆散沉積物的能力是構造圖的重要參數。

  穿透植被的能力是地質和構造測繪的重要特徵。以雷達數據的目標識別,對於雲層覆蓋頻繁區域的地球科學應用特別重要。例如,以高時間分辨率檢測地表變化,以及在地質災害範圍內進行的其他監測,和伴隨固定活動的(非法)採礦活動的監測。

  部分遙測藉由合成孔徑雷達(SAR)測量儀用於監視大面積的表面位移,從而有助於進行危害分析和空間規劃。為此,應採用「持久散射體測量法」和(或)「小基線子集方法」。結果是每個長期相關的反射波,在整個觀測時間內的平均速度和位移的時間序列。為了保證品質,通過現場調查和具有獨立數據集的統計分析,來驗證觀測到的表面位移。最後,將經過驗證的數據產品與地球科學數據與全球導航衛星系統(GNSS)整合加以呈現觀測到的位移現象。

  從拍攝的遙感照片上,能看清敵方軍事基地的動態,分辨軍用車輛類型,能識別直徑為0.1至0.3公尺的物體。可對作戰區域全天候、全天時、全方位、高動態的航空遙測偵察,可迅速、及時獲取多頻段、多時相、高解析度圖像,加速了解敵方整體部署情況,監視、跟蹤並預測敵方部隊的未來行動,全面掌握打擊目標的位置分布,引導精確攻擊武器準確命中目標,並有效評估戰場毀傷效果。

  結合武器成趨勢

  隨著遙測系統的微型化,把遙測技術和武器相結合以提高武器智慧化與命中精度,已成為遙測技術發展的未來趨勢。遙測技術既可提升戰術飛彈、砲彈和炸彈等武器的命中精度,也可用於中長程戰略飛彈的導引系統。另外,在軍事測繪技術在的重要應用,提供軍用地形圖以及為未來數位化戰場做好測繪準備,於實戰時提供精確的戰術地圖,並隨時更新。

  低軌道衛星載具觀測並傳輸來自電磁頻譜不同部分的數據,再結合大規模的空中或地面感應和分析,為研究人員提供了足夠的資訊來監測諸如「聖嬰現象」以及其他自然界的現象趨勢。其他用途包括地球科學的不同領域,例如自然資源管理、農業土地使用和保護,以及國家安全和邊境地區的地面和部署單元的情報資料。加快衛星遙測技術投資與建構,對軍事情報、國家安全與國土資源開發,都存極有價值的用途。

(作者為前空軍官校教官)

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