【专家报告】海洋光学测侦通一体化及新技术研究思考
发布时间：
2023-03-16 00:00
一、 背景与概念
当前，有关海洋探测、侦察、通信功能相对独立，没有有机结合，制约了海洋精准监测效能发挥。我国急需建立探测、侦察、通信一体化体制，实现数据时空匹配、信息融合增强、功能优势互补。
测侦通一体化的概念是：测（探测）——是对海洋目标发现、跟踪、测量（形状、尺寸）、动态预判；侦（侦察）——是对海洋特定目标的物理特性、威胁属性进行识别侦察；通（通信）——是将探测侦察获取的信息通过陆海空天网络进行传输；一体化——是指目标探测、侦察、信息高度的融合，进行一体化应用，研究其机理、方法和技术等。
测侦通一体化的对象是指：在海雾、耀斑、复杂光场、浑浊介质等背景环境中，运用多维度、多谱段、信息化、智能化、网络化等技术手段，针对溢油、赤潮、舰船、水下航行器等目标进行测侦通一体化。
二、研究现状
近年来，国际上大力发展海洋测侦通一体化技术。2017年，美国DARPA提出马赛克战概念，采取模块化、开放式、可重构的传感器系统体系架构，实现目标探测、侦察与通信、导航、识别等多种功能，正在建设海洋综合观测系统，并逐步完善岸海空天多维立体海洋观测网络体系。美国“宙斯盾”作战系统是一个具有代表性的侧侦通一体化全舰武器作战系统，将全舰的对空、对海、对潜作战在探测、跟踪、指挥和火控功能有机地结合，并设有数据链。
在探测装备方面，欧美已发射多颗海洋卫星进行观测并组网运行。具备谱段全、分辨细、幅宽大等技术特点，能对全球溢油事故、海洋生态、重点目标等进行快速响应。
在侦察装备方面，国际上海洋侦察装备以机载、舰载平台搭载光电吊舱、激光雷达、成像光谱仪为主，近年又发展了抵近成像装备，具备对水面舰船、水下航行器等特性的精细识别反演能力。
在通信装备方面，美、英等国家正在建设水下、舰船、飞机、飞艇、卫星间的立体通信网络，保障平时和战时组网通信需求。水下无线光通信是近年来国际上发展热点和难点，大部分仍处于试验和原理样机研制阶段。
我国海洋光学发展起步较晚，体系结构建设逐渐完善、研究方向日益明确。但国内海洋测侦通一体化研究目前处于起步阶段，主要开展理论研究、原理样机研制和试验验证。
在探测装备方面，我国用于海洋光学探测的卫星在轨运行20余颗，正在逐步完善海洋业务卫星型谱及星座体系，搭载了可见光、红外、高光谱、激光等光学探测载荷，可用于海洋水色遥测、海洋环境监测等。
在侦察装备方面，海洋侦察装备以机载和舰载光学观测装备为主，主要搭载激光雷达、成像光谱仪等光学载荷。近年来补充了红外和偏振探测装备，对海洋目标的种类、材质等特性的侦察识别能力得到了进一步提升。
在通信装备方面，近年来我国水下通信技术取得较大进步，但大部分处于试验阶段，尚不能满足工程应用需求；目前已开展海洋跨介质无线光通信、一对多激光通信组网以及水下光通信技术论证和多种通信试验验证。
三、发展趋势
（1）探测技术：探测维度从单一维度向多维度、多谱段方向发展。将偏振、光谱、红外、激光这几个维度组合在一起，对溢油探测、赤潮探测以及舰船探测能力有望得到显著增强。
2）侦察技术：侦察模态由单一的模态向多源智能融合方向发展。多模传感器协同感知与侦察、超分辨自适应光学成像与识别、智能化、芯片化、控制融合与重构都是重要的发展方向。
（3）通信技术：发展趋势是通信节点由单一节点向海空天地网络化方向发展。海面与陆地之间，比如岛礁或陆地上的指挥系统等，采取高速激光与微波融合通信技术，解决海雾及地面雾气对通信传输的影响；水下采取光纤与激光融合的高速光通信技术；跨介质方面是海空天高速激光通信技术。以上都是目前重要的发展趋势。
（4）一体化技术：功能模式由单一模式向测侦通一体化方向发展。其目的是提高系统的功能和利用率、满足快速应对紧急需求、动态分配系统资源、降低系统成本、提高信息可信度、降低虚警率、具有遥感抗干扰能力。
四、面临的科学问题
（1）海洋目标多维度高分辨率信息探测获取机制
重点突破问题：一是“多维”（偏振、光谱、红外技术获取信息机制）；二是“三同”（同口径、同视场、同时间获取信息技术）；三是“两高”（高分辨率、高对比度成像方法），以此来构建海洋多维度、高分辨率、高对比度成像机制。
（2）复杂海况下目标探测多维度探测生成机理
重点突破问题：一是目标反射辐射特性问题，海表光滑面元偏振光谱反射辐射机理；二是偏振耦合问题，藻粒海水散射与透射的偏振耦合机理；三是温度扩散问题，尾迹浮升与海浪作用的温度扩散机理。
（3）复杂介质中海洋目标多维度特性传输演化机理
重点突破问题：一是“多层”，即从海水经到海雾再到大气多层介质中的光传输理论；二是“三非”，即在非球形粒子、非各向同性、非均匀介质中光散射模型；三是“一杂”，即复杂环境光对信号光的影响关系。
（4）海洋高分辨侦察图像精确重构与增强方法
重点突破问题：一是“退化模型”，即生成-传输-获取全链路的图像退化模型；二是“重构方法”，即目标先验约束的侦察图像解混重构方法；三是“增强方法”，即针对海洋目标特性的图像融合增强方法。
（5）海洋弱目标高分光学遥感侦察识别与反演方法
重点突破问题：一是目标识别反演即目标种类识别与反演方法；二是生物量识别反演即海洋生物量反演与优势种识别方法；三是尾迹信息反演即舰艇位置速度噪声抑制及反演方法。
（6）海天一体化高速信息传输方法
重点突破问题：一是信道特性模型，即复杂海洋信道衰减建模方法；二是复合通信技术，即微波光子学复合通信方法；三是海天网络机制，即海天信息网络体系构建。
五、发展思考
（1）一体化总体技术
测侦通一体化总体技术分为探测、侦察、通信3个专项技术，包括9项核心技术。
一体化总体技术希望实现测侦通多功能一体化集成系统设计、模块化可重构系统设计，用于对探测到的海洋目标同时完成精细侦察，并将识别出的信息快速传输给应用或决策部门。
测侦通（一对一）一体化原理方案主要由海洋目标探测与跟踪子系统、成像与通信（精跟踪）子系统、通信粗跟踪子系统组成。
测侦通（一对三）一体化原理方案主要由多维探测单元、侦察成像单元、信息处理单元、通信捕获单元、通信发射单元、通信接收单元、一对多通信与目标捕获光学天线七部分组成。
（2）探测技术
1. 动态光学技术，是强干扰条件下目标稳定跟踪成像技术、基于仿生光学的大视场目标跟踪技术、三维光学动态成像技术，主要用于对海洋动态目标及时发现、轨迹预判和持续跟踪。
2. 多维光学技术，是偏振光谱强度信息同时高效获取技术、多维图像信息解混重构融合、基于伪色度角的探测反演，主要用于复杂海洋环境下海洋目标高对比、高精度探测，扩展海洋信息维度。
3. 计算光学技术，是水下远距离计算成像、单透镜数字增强成像、基于深度学习的远场散射成像，主要用于通过计算的方式提升海洋目标探测系统工作距离、分辨率等性能指标。
（3）侦察技术
1. 超分辨光学技术，是提高遥感超分辨光学技术（光瞳滤波、超分辨重建、径向偏振、合成孔径、CCD几何超分辨），主要用于提升卫星探测光学载荷成像分辨率，增强海洋目标细节侦察能力。
2. 自适应光学技术，是针对海洋环境的动态神经网络及自适应光学校正技术、数字自适应光学成像、自适应光学综合孔径成像，主要用于复杂海洋环境下海洋目标高分辨率侦察。
3. 智能化识别技术，是动态可重构智能处理芯片、多源信息智能融合、目标智能分类识别及知识库的构建，主要用于海洋多源数据智能融合处理，提升目标特征感知解译能力。
（4）通信技术
1. 网络立体化技术，是贯通水下-跨水面-空天新型高速通信系统及网络架构，实现水下有线/无线融合光通信、空海跨介质光通信、多制式多模式融合光通信，为天空地海探测侦察服务。
2. 微波光子技术，是微波与光波链路共用调制解调技术、微波光子芯片及系统设计，主要用于构建恶劣环境下海洋高速、高可靠性的通信网络。
3. 网络安全性技术，是网络硬件、软件及管理服务系统的不安全因素分析、安全体系建立、编码与安全协议研究等，主要用于保障天空地海一体化网络信息安全传输。
扫码关注我们
了解津航光电最新动态
推荐新闻