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航天遥感:为战略武器装上“眼睛”/北斗卫星:为制胜定位导航/时间基准:将打击精确到纳秒/地理信息系统:让指挥决胜千里
编者按
军事测绘,是人类社会在不断演进的历史过程中征服自然、御敌卫国的基础,是历代兵家运筹帷幄,决胜千里的重要手段和保障放眼广阔的时空背景,当今世界,谁越多占有准确有用的信息,谁就占有更大的优势。
60年来,在党中央和中央军委正确领导和亲切关怀下,新中国军事测绘导航逐步实现了由小到大,由落后到先进,由学习外国测绘技术到自主研发测绘新技术,跻身于世界先进测绘之林,发展成为由陆、海、空军和第二炮兵测绘部队组成的服务于信息化战场的高技术部队,发展成为一支维护和拓展国家时空利益的作战保障力量。
进入新世纪以来,作为一支担负着“认知地球,透明战场、精测目标、实时导航“战略使命的高技术部队军事测绘进入了发展机遇期,任务高峰期,职能拓展期、能力增长期和严峻挑战期、总参测绘局着眼军事测绘建设转型中面临的新情况,新课题构建了信息化条件下军事测绘的服务保障体系信息产品体系、装备技术体系和政策法规体系——自主研发的卫星导航定位系统航天遥感测绘、地理信息系统、军用时间基准等高新技术,成为军队信息化建设中的亮点和部队战斗力的新增长点
值此总参测绘局成立60周年之际,本刊特编发本组稿件,透过四大技术亮点,深度解密中国军事测绘核心能力,以飨读者。
航天遥感:为战略武器装上“眼睛”
全新的信息数据获取手段,为战略武器实施精确打击发挥了重要作用;专家学者从70年代起开始筹划该技术研究,如今已拥有了返回式和实时传输型航天遥感卫星技术。这些技术可以为担负“经略周边、面向全球”的战略使命,提供有力支撑。
初春的首都北京,乍暖还寒。在一个上午,记者走进了总参某信息中心的办公大楼。在一间办公室里,一位精神矍铄的老人时而不停地敲击着键盘,时而伏案神情专注地用铅笔在勾画着。他就是我国航天摄影测量专家、中国工程院院士王任享。
一个院士的心愿
随着我军信息化建设的步伐,服务于军事行动的军事测绘做到“知己”早已实现,而准确绘制敌方阵地与敌后方地图,实现“知彼”却是一件极不容易的事情。随着人造卫星的升空和航天技术不断发展,航天遥感测绘成为解决这一问题的最好办法。
说起我国的航天摄影测量,可谓是白手起家,当时只有少数西方国家掌握了航天摄影测量的技术,对我们而言,这是一个全新的学科。
上世纪70年代初期,总参测绘局启动航天摄影测量技术研究。时隔不久,成立了以王任享为组长的“卫星摄影测量”总体设计组。王任享和他的攻关小组群策群力,充分发挥集体智慧与个人的创造性,向一个个摄影测量技术难题攻关。在项目的研究过程中,大家对卫星定位知识知之甚少,只是在国外的摄影测量杂志上看过一些关于登月的报道,大家只有摸索着前进。辛苦的付出,没有换来丰硕的果实,却给他们带来了沉重的打击,课题研究被迫终止。
1980年王任享在荷兰进修期间,我国正进行第一代返回式卫星摄影测量研究。他意识到这是卫星摄影测量学发展趋势,必须立即加以研究。1981年,王任享提出了利用美国的MAPSAT的三线阵CCD影像进行空中三角测量,降低对姿态稳定度的要求,使之可在我国卫星工程所实现的建议,并撰写了《线性阵列相机的影像进行空中三角测量的可行性》论文。此时的王任享内心极度焦虑。那段时间,他把自己关在办公室,不停查找问题的症结,历经几个月的反复实践和论证,终于攻克相机的技术!于是,课题组重新上马。
1989年4月,在工程人员的共同努力下,我国第一颗返回式摄影测量卫星成功返回地面,地面接收系统接收到卫星胶片资料,经过冲洗和相片纠正处理,我国第一张卫星影像地图问世,标志着我国的摄影测量技术登上了卫星摄影测量的台阶。
从理想到现实
2007年10月24日,嫦娥一号踏上奔月之旅,实现了中华民族的千年奔月梦想,“嫦娥奔月”从传说变成现实。
嫦娥一号卫星是中国科学院的重大工程,将卫星送到距地球38万公里的月球上空,对卫星的有效载荷重量要求十分苛刻。这项工程首要目标是获取月球的三维影像并作几何仿真反演,初期方案是采用两台面阵相机作交向摄影,由于两台相机太重,卫星难以负担,攻克这一技术难题的路在何方?
关键时刻,王任享给出意见:用一台相机就可以解决“嫦娥”一号的立体影像获取技术难题。将相机重量减轻了二分之一,成功获取了第一幅月面图像。
现如今,航天遥感测量的成果已广泛应用于军事领域,利用航天遥感测量技术获取地理空间信息,成为现代测绘的重要手段,利用卫星上的红外遥感器感测和跟踪导弹发射飞行轨迹,可以争取到比远程预警雷达系统长得多的预警时间。
王院士说:“我这一生十分幸运,伴随着共和国成长与壮大,我学习了航空摄影测量专业,在科研生涯中参加了我国卫星摄影测量主要国家工程,目睹了我国进入航天摄影测量主要国家行列。”
战斗力的“倍增器”
一直以来,人们可能还没有走出一种认识“误区”:军事测绘工作,不就是测出几个点,画出几幅图,标出几条线吗?它与部队的战斗力又有什么联系呢?
随着时代文明的进步,军事测绘工作已脱离传统的测绘方式在我军信息化战争的建设中发挥着越来越大的作用。
在酒泉卫星发射中心,随着“3…2…1…点火!”的口令,长征火箭运载着卫星射向苍穹,经过不断的飞行,从太空带回我们需要的数据。
据专家介绍说,如果说战略武器为我们解决了“枪”和“弹”的问题,那么,航天摄影测量技术则解决了“靶心”的问题。我们的返回式卫星获取的正射影像,通过平差计算、匹配量测等手段,将数据装入战略武器的“数据方舱”,使战略武器有了一双“火服金睛”,在武器打击目标的过程中可以自动进行影像匹配修正,寻找到正确的坐标和方位,直击“敌军”要害,成为战斗力的“倍增器”。
去年10月,由某军区组织的代号为“火力-2009”的信息化条件下炮兵、防空兵精确打击实兵实弹演练,在某训练基地展开。只见空中测量平台飞抵作战区域悬停,地面三维图像随之实时传输至指挥所显示屏。随着战斗命令依托指挥信息系统链路传送至各炮兵群,队,一发发精确制导弹药向“敌阵地”发起火力突击、火力支援和火力围歼。不到30分钟,“敌”前沿阵地的碉堡、火力点、通信枢纽等目标被一一命中摧毁。在这次演练中,卫星影像数据在其中发挥了精确打击的“引擎”作用,测绘兵的先进技术正引领兵种建设全面迈向精确打击时代。
随着世界航天测量技术的未来走向,王院士又给我们描绘了一幅未来我国航天测量的蓝图;随着航天遥感测绘技术的进一步发展,我国研制的传输型遥感测绘卫星技术,将为指挥员多层次,多角度、全天候和实时 地掌握战场态势提供有力支撑。利用航天摄影测量技术,不但可以满足远程武器和巡航导弹等精确制导武器的测绘保障需求,而且是建立数字化战场的主要数据源。
北斗卫星:为制胜定位导航
北斗系统既是军事测绘现代化的重要标志,也是信息化战争的重要支撑。没有北斗卫星为战争导航定位,就提供不了“你在哪”、“我在哪”的具体位置。
2010年1月17日零时12分,西昌卫星发射中心。
我国自主研制的第三颗北斗导航卫星,在美丽的橘红色火焰助推下,承载着国人的夙愿和梦想发射苍穹。
卫星发射指挥大厅内,所有人屏声静气,神情专注地注视着偌大的电子显示屏。
北斗导航卫星的成功发射。标志着正待字闺中的北斗二号卫星导航系统,正按照预定计划进入加速组网阶段。
紧接着,美国太空评论网刊发了航天专家泰勒·迪纳曼题为《中国的压力推进美国GPS系统升级》的文章指出:中国北斗的快速发展已经严重威胁了美国GPS的霸主地位。
北斗导航卫星给中国带来了什么?据权威人士介绍:“卫星导航对于维护国家安全,推动国防建设和经济社会建设具有重要的战略意义。”
目标:打造骄傲的“民族品牌”
时间追溯到上个世纪70年代初期到1993年,美国用了20年时间,发射了24颗卫星,在全世界率先建成了卫星全球定位系统(GPS),呈现出一骑绝尘的态势。
紧接着,俄罗斯开始争抢这块“奶酪”,研制的卫星导航系统范围可覆盖整个地球表面和近地空间,定位精度可达米级。
这意味着俄军的精确制导能力,将进入一个可怕的“点穴”时代。形象地说,就是空军战机在几十公里甚至更远的距离,可对高速公路上行驶的汽车进行精确定位,并发射导弹将其摧毁。
当时,我国还依赖使用国外的卫星导航定位系统,也就是说,我国的定位导航受制于外国。
一定要建立自主的卫星导航定位系统,让太空闪耀璀璨的“中国星座”。
但现实是无情的,此项技术一直被国外封锁和垄断。技术匮乏、经费不足犹如两座大山,横亘在科研人员面前,要想追赶世界先进,建立具有自主知识产权的卫星导航定位系统,简直是“蜀道难,难于上青天”。
怎么办?
方法总比困难多。为了寻求一个卫星数量较少且简单实用的系统,我国著名“两弹一星”科学家陈芳允院士在1983年提出了利用地球同步卫星建立我国自主的卫星导航定位系统的构想。
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。科研人员们为实现“中国制造”的伟大理想,对卫星导航定位系统的研制,展开深度预研。历经反复演示、试验、验证,最终作出发射卫星的重大决定。
“科学和工程毕竟是两码事,两者之间存在较大差距。这连国外都没做过,凭我们现在的技术实力根本不可能实现。”“耗巨资发射卫星,一旦不成功,岂不是白白烧钱?”“卫星导航就像‘水中花’,‘镜中月’,不知哪天才能看得见,摸得着?”一时间,各种怀疑和担心接踵而至。
对此,陈芳允院士郑重声明:“双星定位系统,完全能做成,在科学上是靠得住、行得通的。”
机遇总是垂青有准备的人。1994年1月,北斗卫星导航试验系统正式立项研制。从那一刻起,抢占世界卫星导航定位系统领域制高点,打造一个让世界关注、国人骄傲的“民族品牌”的总攻打响了!
创新:实现惊人的“中国速度”
投资少、效率高,有特色、求创新。这是科研人员实现卫星导航定位系统,从“中国制造”到“中国创造”所勾画出的发展蓝图。
在采访北斗工程系统副总师谭述森时,记者面前这位慈祥随和的长者,激情昂扬地说道:“虽然我国的卫星导航定位系统起步较晚,但是我们之所以能跻身世界前三甲,归根结底,是靠我们走出的一条具有中国特色的自主创新之路。”
其实,对于研发两颗卫星的导航体制,在世界上没有先例,更别说有可供学习借鉴的图纸和资料。回忆起当时在研制道路上走的每一步,至今让谭述森记忆犹新。
“只能成功不能失败!”面对应接不暇的技术难题,他们在与外界隔绝的状态下,忘记了外面世界的精彩与喧嚣。由于卫星天线较小,为实现用户辨析,他们在定位原理和定位方法上寻求新突破,采用“单收双发、双收单发”的互补定位方法,既满足了中国区域定位,又能利用现有技术来实现总体方案的可行性,赶跑了研发道路上的“拦路虎”。
科技创新,更需科学高效的方法。由于两颗卫星不能做三维定位,就连平面定位都实现不了,还需要加入一维定位参数。此时,总参测绘局将数字高程图压缩后放在定位处理的中心,用户需要定位时,直接从高程数据库中提取出定位参数,来实现数据的快速提取,使难题迎刃而解。
北斗系统既是军事测绘现代化的重要标志,也是信息化战争的重要支撑。没有北斗卫星为战争导航定位,就提供不了“你在哪”、“我在哪”的具体位置。
双星定位原理是一个路径传输非常复杂的体系,如何才能达到定位精度?如何改进电离层?怎样取得定位资料?面对这一连串的难题,他们充分发挥“集团作战”优势,聚国内拥有先进技术和设备的单位,共同参与研发。
随着一系列关键技术的陆续攻克,卫星导航定位系统研发终于成功在望。2000年,两颗北斗导航定位试验卫星成功发射组网,2001年,系统基本建成并通过技术鉴定,2003年,系统正式开通运行。
2006年,中国政府发表《中国的航天》白皮书,宣布启动北斗卫星导航全球系统建设。北斗卫星组网频率正式进入国际电联频率总表,使我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航定位技术的国家。
站得高才能看得远。随着这支科研队伍技术水平的“水涨船高”,科研人员把目光转向了全球卫星导航系统,打破国外研发思路,按照从区域到全球,这种循序渐进、边建边用的思路,又展开了一场全新的探索。
从2003年建成和开通使用至今,北斗系统以神奇“中国速度”向世界诠释了中国,这个处在发展中的大国,完全有能力、也有实力跻身世界先进之林。
成果:闪亮登场的“战场明星”
提起北斗,对很多人而言,仍旧是一个陌生而略显神秘的字眼。
为了探寻北斗的秘密,撩开它的神秘面纱。记者来到了某卫星控制中心。
在这里,记者从大屏幕上看到,北斗卫星的运行姿态和工作状态都可以得到实时的反映,以及正在提供服务的用户数量;并且可以一目了然地看到远在千里之外的边防巡逻车、水面舰艇的运行轨迹,指挥员还可以与定位目标进行双向的文字、数据交流。在大屏幕电子地图上,用手指选定目标后,屏幕上立即显示出该目标的精确地理坐标。
2008年5月12日,一个令人刻骨铭心的日子。汶川地震发生后,在交通中断、给水中断、通信中断的危急情况下。总参测绘局迅速启动应急保障机制,中国卫星导航定位应急管理中心为救援部队配备了1000多台北 斗用户终端机,实现了各点位之间、点位与指挥部之间的直线联络,利用北斗传回灾情报告4万多条,进行定位服务13万多次,为夺取抗震救灾胜利赢得了宝贵时间。
北斗系统在非战争军事行动中的完美亮相,让人赞叹不已。同样,这颗闪亮登场的“战场明星”,也在深刻影响和改变着中国军队的作战理念和方式。
2009年9月16日,广州军区某摩步师官兵飞渡湘江,千里跃进中原,打响“跨越一2009·确山”演习收官之战,这也是我军“跨越-2009”系列实兵检验性演习的最后一场战斗。
曾在汶川地震救灾工作中立下大功的北斗卫星导航定位系统,在此次军演中,再次被委以重任。演习部队通过北斗系统,进行全战场态势显示和指挥控制,使部队在预定时间内准确到达指定位置。演习全过程,指挥员依据北斗系统准确分析,果断决策,迅速制订出新的机动路线和方案,为赢得胜利争取了先机。
据介绍:卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息,由此完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。通俗地讲,就是在外太空设置一个“无线电导航台”。
采访即将结束时,记者获悉:北斗作为中国独立自主研制的卫星导航定位系统,正成建制装备到各部队,可为单兵,车辆、舰船和直升机等提供精确的定位服务。在部队军事训练、抢险救灾、边防执勤、反恐维稳等方面,发挥越来越重要的作用。
时间基准:将打击精确到纳秒
时间基准是人和武器之间、作战系统与系统之间、单元与单元之间联系的纽带。时间基准不统一会直接影响武器的精确打击和军事行动的成败。
这是一份“出生日期”为2009年12月22日的《解放军报》。
在一版显著位置刊登了这样一则消息,消息的导语写道:中央军委主席胡锦涛日前签署命令,发布《中国人民解放军标准时间管理规定》,《规定》自2010年6月1日起施行。
《规定》的颁布,意味着全军将统一使用新的军用标准时间,彻底改变部队在时间管理和使用上的不利局面。
一个绝非虚构的影视故事
提起时间,人们会脱口而出,时间不就是腕上的手表、操课的号声。到处悬挂的钟表吗?在记者采访某卫星控制中心总工程师韩春好之前,我们对于时间的认识和描述当然也不例外。
其实,时间对于我们生活的这个世界来说,显得尤为重要,并不像我们轻描淡写的那么简单。从科学的角度来说,时间是描述物质运动的基础,在七个基本物理量(长度、时间、质量、热力学温度,电流、光强度、物质量)中,时间的测量精度最高,因而也成为其他各种物理量测量的基础。
通过我们所看过的电影,也可以从中找到答案。对《偷天陷阱》这部好莱坞大片还有印象的观众,应该还记得剧中的一个故事情节:两个训练有素的盗贼,凭借精湛的偷盗技术,在无声无息之中,轻松地盗走了世界银行的数十亿美元。其实,他俩就是充分利用了两个时间系统之间的误差。
当然,你肯定觉得不可思议,也会不屑一顾地认为这只是“电影人”为增加票房收入和收视率虚构的,不必当真。事实上,这却是一个有现实意义的影视故事。
尤其是在物流,信息流高速运转的今天。用于通讯、电力、金融、安全等重大领域的专业时间基准系统的精度已经精确到了纳秒级,时间上毫秒、微秒间的误差都会造成巨大的危险和损失。
由于种种原因,在这些关系国家安全的重大领域中,我们仍长期使用着国外的授时系统,而这种依赖关系,不但会使时间基准受制予人,更可能受到外界的干扰和打击,给国家安全造成重大的威胁。
时间基准是人和武器之间、作战系统与系统之间、单元与单元之间联系的纽带。时间基准不统一会直接影响武器的精确打击和军事行动的成败。
其实,美国国防部早在1971年就对其所属单位使用的精密时间标准进行规范,明确规定以美国海军天文台实现的标准时间为美国国防部时间标准,实现了美军全球化战略对问标准的高度统一。
面对信息化战争的需求,作为重要作战保障力量的军事测绘导航部门,为全军提供统一的、高精度的、稳定可靠的时间标准,已经成为打赢未来高技术战争的迫切需要,刻不容缓!
给武器精确制导“护驾”
2002年仲夏,北京香山,热浪袭人,酷暑难耐。
一场由军地专家共同参与的科技会议,正在这里如火如荼地进行。
此次会议讨论的主题是:关于解决卫星钟与时间同步的问题。经过一番激烈的思想交锋,与会专家最终得出一致结论:从某种意义上讲,未来高技术战争,更多地依靠原子钟,而不是原子弹。因为原子弹只是一种核威慑手段,而原子钟所提供的高精度时间频率源,才是现代战争体系与体系对抗的技术支撑。
时隔一年,伊拉克战争的爆发,使专家们做出的结论得到验证。大批轰炸机、战斗机直扑伊拉克首都巴格达,除了利用卫星进行精确定位外,还有一项重要的看家本领——高精度的授时系统。美军通过该系统对目标实现多维锁定,在时间统一的基础上,为武器实施“护驾”,使炸弹准确无误地将一座座建筑彻底摧毁。
统一的时间,已经成为实现诸军兵种联合作战和武器平台精确打击的前提。作战指挥、信息融合、精确打击、导弹攻防、空间作战等,要求时间精确到毫秒、微秒甚至纳秒量级。据介绍,没有高精度的时间频率作基础,即使获取了准确信息,也无法破译这个信息,有了统一的时间频率作保障,再微小,高速、微弱的目标,都能游刃有余地被实现跟踪和摧毁。
“随着世界军事变革的加剧、高精尖武器的不断更新和作战样式、战争格局的发展变化,使参战武器装备、兵力人员已置于一个四维全球时空坐标系统。”总参测绘局一位人士说,“现代战争是陆、海,空、天多军兵种高度配合下的一体化战争,是体系与体系间的对抗,没有统一的、高精度的时间,就不可能实现诸军兵种和各种武器装备的协同作战,没有高精度的时间频率源,就会影响通信、导航、雷达和电子对抗等各种高技术电子设备的有效性,进而影响部队的战斗力。”
为战场画上精准“刻度线”
2010年3月21日,一个风和日丽的日子,记者一行再次慕名来到某卫星控制中心大厅。
专家向记者介绍:“我们的时间在这里通过无线电波,实时地向全军发布,部队及装备根据这个信号来校准时间,整个系统投入运用之后,将逐步取代过去旧的时间系统。”
“在传送的过程中会受到干扰或者产生误差吗?”
“旧系统误差比较大,新的标准时间系统在抗误差和干扰方面有质的提高,非常精确,毫不夸张地讲,300万年也不会差1秒。”
作为精确的时间基准,军用标准时间为信息化作战提供了必需的时间参考。为军用标准时间的发播而提供了高精度的授时手段,通过接收军用标准时间,就可以实现时间频率的高度统一。由于整个系统由我国自主研制, 因此具有安全性好、保密性强、精确度高、抗干扰能力突出的优点。
看到我们还有一些迷惑,专家打了一个形象的比喻:假设地面有10个雷达站,一架“敌机”欲施偷袭,如果站与站之间时间不准确、不同步,可以想象到,将各站上报的信息汇总到指挥机关,10个信息单元获取的目标在荧屏上可能就是10个,指挥员作决策时就很难判断到底是1个目标,还是2个目标,甚至是10个目标。其结果,不言而喻。
因此,军用标准时间作为时间基准,不但为信息化战场提供时间参考,能够准确地观察、分析在战场上存在和发生的一切事物,保证部队在实施军事行动,特别是信息化条件下遂行各种军事任务时,更加安全、保密;而且还可以提高军事行动的效能,使部队行动更加迅速、协调,精准、一致,提高精确作战、精确打击的能力,实现超乎想象的效果。
“军用标准时间系统的建成,就像是在错综复杂的战场之中画上了精准的‘刻度线’,把一个立体多维、充满变化的信息化战场牢牢地锁定起来。人、武器、地理、气象等等一切影响战争的因素,都因此具有了可被识别的特征,使我们能够观察、研究和影响这些因素。成为赢得战争胜利的‘法宝’。”
毋庸置疑,高精度时间频率已经成为当今世界武器装备系统中的核心技术之一。
地理信息系统:让指挥决胜千里
地理信息系统是联合作战的重要基础平台和信息化战争的重要支撑,在多次重大军事行动中发挥了重要作用,可以实时获取各种地理空间信息,更加全面了解战场环境,为部队作战训练提供了可视化、可进入、可交互的“数字化战场”平台。
初春时节,一场诸军兵种联合作战演练在风高浪急的某海域展开。作战指挥中枢内多了几副“新面孔”:数名博士、硕士测绘兵操作先进的数字化测绘系统,对作战区域内战场态势进行全维扫描……随着指挥员一声令下,火力如同长了“眼睛”般扑向目标。纸质地图的不平凡之路
数十年来,一代代测绘兵登高峰、下海岛、进沙漠,闯无人区,用“铁脚板”丈量祖国的版图。
“要是以往,制作一幅纸质地图,需要数十人的作业队伍,两三个月连轴转才能完成。”总参某测绘大队工程师孟繁枝说。
从前,为生产一幅纸质地图,测绘兵要先进行野外测量地物或地形特征点,他们跋山涉水,风餐露宿,使用落后工具作业。由于我国幅员辽阔,很多地方地形险恶,许多同志病倒在测绘途中。甚至为军事测绘献出了年轻的生命,才获取了来之不易的数据成果。内业工作人员还要根据这些数据成果,对照实物,勾勒出地形原图。
众所周知,每一幅地图都由浩若星辰的注记符号,错综复杂、细如发丝的线条组成。这些直径只有0.6毫米的符号,测绘兵为了做到准确无误,使用最细能达到0.08毫米的小笔尖、画直线用的玻璃棒和画等高线用的曲线笔等等。难度稍大一点的图,熟练的工程师至少需要2到3个月时间才能完成,即使最简单的地图也要半个月到一个月的时间才能完成。如果稍有疏忽,一旦用于作战,后果将不堪设想。毕竟地图被称作指挥员的“眼睛”,是制订作战计划、拟制作战方案,排兵布阵、调兵遣将的重要依据。
因此,对于测绘兵所从事的工作,有人形象地说:绘制地图比绣花还难。
迈进数字化时代
有这样一则令人心酸的往事。在一次常规演习归途中,指挥员随身携带的作战地图,在一场突如其来的洪水中变得面目全非,身处陌生地域的小分队进退两难、陷入困境……
无奈的故事,记载着“一张纸图打天下”的历史,诉说着战场指挥员当时的无奈。
面对瞬息万变的信息化战场,传统纸质地图已不能满足现代战争需要,军事测绘部门作为地图的生产者,该如何转变角色为打赢提供优质服务和支撑?
时不我待。许多专家院士先后对地图学、大地测量学等传统学科进行信息化改造,形成了地图学与地理信息工程等新的学科体系,卫星导航定位、航天遥感遥测、地理信息系统、战场环境仿真等新兴学科应运而生。
2006年1月底,在总参测绘局会议室里,数十名专家学者,齐聚一堂,共商军事测绘发展大计;提高军事测绘保障能力,正确认识国家安全形势是军事测绘建设发展的基本前提。
在这里,他们达成共识:由于我军数字地图编码不统一,标准不一致,地理信息数据共享难以实现。必须构建信息化条件下军事测绘的信息产品体系、装备技术体系、政策法规体系和服务保障体系,为一体化联合作战提供标准的、统一的地理信息平台。
他们迅速联合全军测绘部队,历时四年研制出“联合作战地理信息框架”,建立系列软件,将诸军兵种按统一标准“攥”在一起,为三军战斗力形成“拳头”提供了可视化指挥平台。
据介绍,地理信息系统建设必须突破纸质地图、沙盘等传统手段,实现对战场地理环境的维线再现,说到底,就是改变传统地图的属性,增加地理信息系统的实时态势功能。要建立这么一个系统,又谈何容易?没有现成的经验可借鉴,谁来担当如此重任?
大家知道,数字地图是信息化战场的基础,是关系到能否打赢信息化战争的重要因素。由于使用的侧重点不同,原来我军各军兵种的地图生产主要采用各自设置的标准,也就是说,在生产地形图、海图和航空图时,更多地考虑了为本军兵种服务,却忽视了一体化联合作战的需要。能否提供一体化作战地理信息数据平台,成为打赢信息化战争的关键。
为此,我军事测绘科技人员通过深入调研,将各军兵种对地理信息的需求纳入统一框架体系进行考虑,制定了新的地理信息图解标准,建立了完整的数字化生产技术体系。
如今,我们欣喜地看到,一种新生事物应运而生——地理信息系统,它脱胎于地图,并成为地图信息的又一种新的载体形式,它具有存储、分析、显示和传输的功能,尤其是计算机制图为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法,为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持;同时,地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。
显威现代“中军帐”
地理信息系统是联合作战的重要基础平台和信息化战争的重要支撑,在多次重大军事行动中发挥了重要作用,可以实时获取各种地理空间信息,更加全面了解战场环境,为部队作战训练提供了可视化、可进入、可交互的“数字化战场”平台。
西南某地域,遭“敌”空袭。指挥员端坐“中军帐”,迅速启动一体化作战指挥平台,及时调兵遣将。据介绍,地理信息系统是一体化作战指挥平台的重要基础,它由地图、地理影像和地理坐标等要素构成了战场地理空间信息,使情报、推理、分析与其他可用数据迅速融为一体,从而为战场可视化和战场态势感知提供了关键的基础框架,是建设透明战场必须重点考虑的要素。
随着作战模式的转变,以网络技术为支撑的全球地理信息网格将引起战场地理空间数据和电子地图为中心的测绘保障的重大转变。全球地理信息网格是未来战争以武器平台为中心转向网络为中心的关键,通过“通用作战图”,即可以获取一体化水平及联合程度更高的指挥控制化能力,进一步拓展作战人员信息领域,可使获得的信息质量和感知认识显著改进,进而大大提高作战能力。
在总参某测绘大队遥感图像处理队的三维战场环境仿真系统前,戴上特制的眼镜,如同身临其境地置于一个真实的战场环境中。
在“红”“蓝”两军的网上对垒中,只见“红”军指挥员拖动鼠标,全面观察战场环境后,将鼠标放在“蓝军”固守的某山地上,该地影像地图瞬即被展开,既可翔实地查阅该区域的交通、地貌等信息,还可任意比例尺地放大、缩小。“启动数控沙盘”、“锁定目标”、“计算坐标”、“发送”。当作战指令发出时,装备有地形匹配、景像匹配等的巡航导弹“利剑”出鞘,不久,远方传来阵阵轰鸣声,目标已被炮火准确覆盖。
在大厅另一端的“战场地理信息平台”,更是被誉为战场的“神经中枢”,随着“战争”的进展,一幅幅战场地理信息影像地图实时刷新;在电子地图上,一些散布的红点,表示在一线“作战”的士兵位置,一条“高速公路”上,一个飞速而来的“红点”突然戛然而止,一条短报跳入眼帘:桥梁被炸。指挥员随即传送了迂回战术的指令。
地理信息系统采用数字化存储,信息容量大,存取快捷,携带方便,一张普通的光盘可存储上百幅海图,在几秒钟内可实现数据存取,还可十分方便地查询、检索、分析、辅助决策以及进行信息交流。信息化战争中空间范围空前扩大,大量精确打击武器对于目标与自身的精确定位提出更高的要求。如果说过去对地理信息的认知和利用是“粗放”和“平面”,现在则“精细”和“多维”了。
近年来,我军军事测绘部门调整工作重点,合力攻关,取得一批重要成果。基本建立了新一代高精度空间控制基准和多尺度基础地理信息框架,初步构建了中国军队未来信息化条件下的测绘保障体制。
总参测绘局局长袁树友自豪地说,地理信息系统的出现,是继雷达、卫星定位和卫星通信之后,现代军事测绘史上一个革命性进步。
编者按
军事测绘,是人类社会在不断演进的历史过程中征服自然、御敌卫国的基础,是历代兵家运筹帷幄,决胜千里的重要手段和保障放眼广阔的时空背景,当今世界,谁越多占有准确有用的信息,谁就占有更大的优势。
60年来,在党中央和中央军委正确领导和亲切关怀下,新中国军事测绘导航逐步实现了由小到大,由落后到先进,由学习外国测绘技术到自主研发测绘新技术,跻身于世界先进测绘之林,发展成为由陆、海、空军和第二炮兵测绘部队组成的服务于信息化战场的高技术部队,发展成为一支维护和拓展国家时空利益的作战保障力量。
进入新世纪以来,作为一支担负着“认知地球,透明战场、精测目标、实时导航“战略使命的高技术部队军事测绘进入了发展机遇期,任务高峰期,职能拓展期、能力增长期和严峻挑战期、总参测绘局着眼军事测绘建设转型中面临的新情况,新课题构建了信息化条件下军事测绘的服务保障体系信息产品体系、装备技术体系和政策法规体系——自主研发的卫星导航定位系统航天遥感测绘、地理信息系统、军用时间基准等高新技术,成为军队信息化建设中的亮点和部队战斗力的新增长点
值此总参测绘局成立60周年之际,本刊特编发本组稿件,透过四大技术亮点,深度解密中国军事测绘核心能力,以飨读者。
航天遥感:为战略武器装上“眼睛”
全新的信息数据获取手段,为战略武器实施精确打击发挥了重要作用;专家学者从70年代起开始筹划该技术研究,如今已拥有了返回式和实时传输型航天遥感卫星技术。这些技术可以为担负“经略周边、面向全球”的战略使命,提供有力支撑。
初春的首都北京,乍暖还寒。在一个上午,记者走进了总参某信息中心的办公大楼。在一间办公室里,一位精神矍铄的老人时而不停地敲击着键盘,时而伏案神情专注地用铅笔在勾画着。他就是我国航天摄影测量专家、中国工程院院士王任享。
一个院士的心愿
随着我军信息化建设的步伐,服务于军事行动的军事测绘做到“知己”早已实现,而准确绘制敌方阵地与敌后方地图,实现“知彼”却是一件极不容易的事情。随着人造卫星的升空和航天技术不断发展,航天遥感测绘成为解决这一问题的最好办法。
说起我国的航天摄影测量,可谓是白手起家,当时只有少数西方国家掌握了航天摄影测量的技术,对我们而言,这是一个全新的学科。
上世纪70年代初期,总参测绘局启动航天摄影测量技术研究。时隔不久,成立了以王任享为组长的“卫星摄影测量”总体设计组。王任享和他的攻关小组群策群力,充分发挥集体智慧与个人的创造性,向一个个摄影测量技术难题攻关。在项目的研究过程中,大家对卫星定位知识知之甚少,只是在国外的摄影测量杂志上看过一些关于登月的报道,大家只有摸索着前进。辛苦的付出,没有换来丰硕的果实,却给他们带来了沉重的打击,课题研究被迫终止。
1980年王任享在荷兰进修期间,我国正进行第一代返回式卫星摄影测量研究。他意识到这是卫星摄影测量学发展趋势,必须立即加以研究。1981年,王任享提出了利用美国的MAPSAT的三线阵CCD影像进行空中三角测量,降低对姿态稳定度的要求,使之可在我国卫星工程所实现的建议,并撰写了《线性阵列相机的影像进行空中三角测量的可行性》论文。此时的王任享内心极度焦虑。那段时间,他把自己关在办公室,不停查找问题的症结,历经几个月的反复实践和论证,终于攻克相机的技术!于是,课题组重新上马。
1989年4月,在工程人员的共同努力下,我国第一颗返回式摄影测量卫星成功返回地面,地面接收系统接收到卫星胶片资料,经过冲洗和相片纠正处理,我国第一张卫星影像地图问世,标志着我国的摄影测量技术登上了卫星摄影测量的台阶。
从理想到现实
2007年10月24日,嫦娥一号踏上奔月之旅,实现了中华民族的千年奔月梦想,“嫦娥奔月”从传说变成现实。
嫦娥一号卫星是中国科学院的重大工程,将卫星送到距地球38万公里的月球上空,对卫星的有效载荷重量要求十分苛刻。这项工程首要目标是获取月球的三维影像并作几何仿真反演,初期方案是采用两台面阵相机作交向摄影,由于两台相机太重,卫星难以负担,攻克这一技术难题的路在何方?
关键时刻,王任享给出意见:用一台相机就可以解决“嫦娥”一号的立体影像获取技术难题。将相机重量减轻了二分之一,成功获取了第一幅月面图像。
现如今,航天遥感测量的成果已广泛应用于军事领域,利用航天遥感测量技术获取地理空间信息,成为现代测绘的重要手段,利用卫星上的红外遥感器感测和跟踪导弹发射飞行轨迹,可以争取到比远程预警雷达系统长得多的预警时间。
王院士说:“我这一生十分幸运,伴随着共和国成长与壮大,我学习了航空摄影测量专业,在科研生涯中参加了我国卫星摄影测量主要国家工程,目睹了我国进入航天摄影测量主要国家行列。”
战斗力的“倍增器”
一直以来,人们可能还没有走出一种认识“误区”:军事测绘工作,不就是测出几个点,画出几幅图,标出几条线吗?它与部队的战斗力又有什么联系呢?
随着时代文明的进步,军事测绘工作已脱离传统的测绘方式在我军信息化战争的建设中发挥着越来越大的作用。
在酒泉卫星发射中心,随着“3…2…1…点火!”的口令,长征火箭运载着卫星射向苍穹,经过不断的飞行,从太空带回我们需要的数据。
据专家介绍说,如果说战略武器为我们解决了“枪”和“弹”的问题,那么,航天摄影测量技术则解决了“靶心”的问题。我们的返回式卫星获取的正射影像,通过平差计算、匹配量测等手段,将数据装入战略武器的“数据方舱”,使战略武器有了一双“火服金睛”,在武器打击目标的过程中可以自动进行影像匹配修正,寻找到正确的坐标和方位,直击“敌军”要害,成为战斗力的“倍增器”。
去年10月,由某军区组织的代号为“火力-2009”的信息化条件下炮兵、防空兵精确打击实兵实弹演练,在某训练基地展开。只见空中测量平台飞抵作战区域悬停,地面三维图像随之实时传输至指挥所显示屏。随着战斗命令依托指挥信息系统链路传送至各炮兵群,队,一发发精确制导弹药向“敌阵地”发起火力突击、火力支援和火力围歼。不到30分钟,“敌”前沿阵地的碉堡、火力点、通信枢纽等目标被一一命中摧毁。在这次演练中,卫星影像数据在其中发挥了精确打击的“引擎”作用,测绘兵的先进技术正引领兵种建设全面迈向精确打击时代。
随着世界航天测量技术的未来走向,王院士又给我们描绘了一幅未来我国航天测量的蓝图;随着航天遥感测绘技术的进一步发展,我国研制的传输型遥感测绘卫星技术,将为指挥员多层次,多角度、全天候和实时 地掌握战场态势提供有力支撑。利用航天摄影测量技术,不但可以满足远程武器和巡航导弹等精确制导武器的测绘保障需求,而且是建立数字化战场的主要数据源。
北斗卫星:为制胜定位导航
北斗系统既是军事测绘现代化的重要标志,也是信息化战争的重要支撑。没有北斗卫星为战争导航定位,就提供不了“你在哪”、“我在哪”的具体位置。
2010年1月17日零时12分,西昌卫星发射中心。
我国自主研制的第三颗北斗导航卫星,在美丽的橘红色火焰助推下,承载着国人的夙愿和梦想发射苍穹。
卫星发射指挥大厅内,所有人屏声静气,神情专注地注视着偌大的电子显示屏。
北斗导航卫星的成功发射。标志着正待字闺中的北斗二号卫星导航系统,正按照预定计划进入加速组网阶段。
紧接着,美国太空评论网刊发了航天专家泰勒·迪纳曼题为《中国的压力推进美国GPS系统升级》的文章指出:中国北斗的快速发展已经严重威胁了美国GPS的霸主地位。
北斗导航卫星给中国带来了什么?据权威人士介绍:“卫星导航对于维护国家安全,推动国防建设和经济社会建设具有重要的战略意义。”
目标:打造骄傲的“民族品牌”
时间追溯到上个世纪70年代初期到1993年,美国用了20年时间,发射了24颗卫星,在全世界率先建成了卫星全球定位系统(GPS),呈现出一骑绝尘的态势。
紧接着,俄罗斯开始争抢这块“奶酪”,研制的卫星导航系统范围可覆盖整个地球表面和近地空间,定位精度可达米级。
这意味着俄军的精确制导能力,将进入一个可怕的“点穴”时代。形象地说,就是空军战机在几十公里甚至更远的距离,可对高速公路上行驶的汽车进行精确定位,并发射导弹将其摧毁。
当时,我国还依赖使用国外的卫星导航定位系统,也就是说,我国的定位导航受制于外国。
一定要建立自主的卫星导航定位系统,让太空闪耀璀璨的“中国星座”。
但现实是无情的,此项技术一直被国外封锁和垄断。技术匮乏、经费不足犹如两座大山,横亘在科研人员面前,要想追赶世界先进,建立具有自主知识产权的卫星导航定位系统,简直是“蜀道难,难于上青天”。
怎么办?
方法总比困难多。为了寻求一个卫星数量较少且简单实用的系统,我国著名“两弹一星”科学家陈芳允院士在1983年提出了利用地球同步卫星建立我国自主的卫星导航定位系统的构想。
路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。科研人员们为实现“中国制造”的伟大理想,对卫星导航定位系统的研制,展开深度预研。历经反复演示、试验、验证,最终作出发射卫星的重大决定。
“科学和工程毕竟是两码事,两者之间存在较大差距。这连国外都没做过,凭我们现在的技术实力根本不可能实现。”“耗巨资发射卫星,一旦不成功,岂不是白白烧钱?”“卫星导航就像‘水中花’,‘镜中月’,不知哪天才能看得见,摸得着?”一时间,各种怀疑和担心接踵而至。
对此,陈芳允院士郑重声明:“双星定位系统,完全能做成,在科学上是靠得住、行得通的。”
机遇总是垂青有准备的人。1994年1月,北斗卫星导航试验系统正式立项研制。从那一刻起,抢占世界卫星导航定位系统领域制高点,打造一个让世界关注、国人骄傲的“民族品牌”的总攻打响了!
创新:实现惊人的“中国速度”
投资少、效率高,有特色、求创新。这是科研人员实现卫星导航定位系统,从“中国制造”到“中国创造”所勾画出的发展蓝图。
在采访北斗工程系统副总师谭述森时,记者面前这位慈祥随和的长者,激情昂扬地说道:“虽然我国的卫星导航定位系统起步较晚,但是我们之所以能跻身世界前三甲,归根结底,是靠我们走出的一条具有中国特色的自主创新之路。”
其实,对于研发两颗卫星的导航体制,在世界上没有先例,更别说有可供学习借鉴的图纸和资料。回忆起当时在研制道路上走的每一步,至今让谭述森记忆犹新。
“只能成功不能失败!”面对应接不暇的技术难题,他们在与外界隔绝的状态下,忘记了外面世界的精彩与喧嚣。由于卫星天线较小,为实现用户辨析,他们在定位原理和定位方法上寻求新突破,采用“单收双发、双收单发”的互补定位方法,既满足了中国区域定位,又能利用现有技术来实现总体方案的可行性,赶跑了研发道路上的“拦路虎”。
科技创新,更需科学高效的方法。由于两颗卫星不能做三维定位,就连平面定位都实现不了,还需要加入一维定位参数。此时,总参测绘局将数字高程图压缩后放在定位处理的中心,用户需要定位时,直接从高程数据库中提取出定位参数,来实现数据的快速提取,使难题迎刃而解。
北斗系统既是军事测绘现代化的重要标志,也是信息化战争的重要支撑。没有北斗卫星为战争导航定位,就提供不了“你在哪”、“我在哪”的具体位置。
双星定位原理是一个路径传输非常复杂的体系,如何才能达到定位精度?如何改进电离层?怎样取得定位资料?面对这一连串的难题,他们充分发挥“集团作战”优势,聚国内拥有先进技术和设备的单位,共同参与研发。
随着一系列关键技术的陆续攻克,卫星导航定位系统研发终于成功在望。2000年,两颗北斗导航定位试验卫星成功发射组网,2001年,系统基本建成并通过技术鉴定,2003年,系统正式开通运行。
2006年,中国政府发表《中国的航天》白皮书,宣布启动北斗卫星导航全球系统建设。北斗卫星组网频率正式进入国际电联频率总表,使我国成为继美国、俄罗斯之后第三个拥有自主卫星导航定位技术的国家。
站得高才能看得远。随着这支科研队伍技术水平的“水涨船高”,科研人员把目光转向了全球卫星导航系统,打破国外研发思路,按照从区域到全球,这种循序渐进、边建边用的思路,又展开了一场全新的探索。
从2003年建成和开通使用至今,北斗系统以神奇“中国速度”向世界诠释了中国,这个处在发展中的大国,完全有能力、也有实力跻身世界先进之林。
成果:闪亮登场的“战场明星”
提起北斗,对很多人而言,仍旧是一个陌生而略显神秘的字眼。
为了探寻北斗的秘密,撩开它的神秘面纱。记者来到了某卫星控制中心。
在这里,记者从大屏幕上看到,北斗卫星的运行姿态和工作状态都可以得到实时的反映,以及正在提供服务的用户数量;并且可以一目了然地看到远在千里之外的边防巡逻车、水面舰艇的运行轨迹,指挥员还可以与定位目标进行双向的文字、数据交流。在大屏幕电子地图上,用手指选定目标后,屏幕上立即显示出该目标的精确地理坐标。
2008年5月12日,一个令人刻骨铭心的日子。汶川地震发生后,在交通中断、给水中断、通信中断的危急情况下。总参测绘局迅速启动应急保障机制,中国卫星导航定位应急管理中心为救援部队配备了1000多台北 斗用户终端机,实现了各点位之间、点位与指挥部之间的直线联络,利用北斗传回灾情报告4万多条,进行定位服务13万多次,为夺取抗震救灾胜利赢得了宝贵时间。
北斗系统在非战争军事行动中的完美亮相,让人赞叹不已。同样,这颗闪亮登场的“战场明星”,也在深刻影响和改变着中国军队的作战理念和方式。
2009年9月16日,广州军区某摩步师官兵飞渡湘江,千里跃进中原,打响“跨越一2009·确山”演习收官之战,这也是我军“跨越-2009”系列实兵检验性演习的最后一场战斗。
曾在汶川地震救灾工作中立下大功的北斗卫星导航定位系统,在此次军演中,再次被委以重任。演习部队通过北斗系统,进行全战场态势显示和指挥控制,使部队在预定时间内准确到达指定位置。演习全过程,指挥员依据北斗系统准确分析,果断决策,迅速制订出新的机动路线和方案,为赢得胜利争取了先机。
据介绍:卫星导航定位是指利用卫星导航定位系统提供位置、速度及时间等信息,由此完成对各种目标的定位、导航、监测和管理。通俗地讲,就是在外太空设置一个“无线电导航台”。
采访即将结束时,记者获悉:北斗作为中国独立自主研制的卫星导航定位系统,正成建制装备到各部队,可为单兵,车辆、舰船和直升机等提供精确的定位服务。在部队军事训练、抢险救灾、边防执勤、反恐维稳等方面,发挥越来越重要的作用。
时间基准:将打击精确到纳秒
时间基准是人和武器之间、作战系统与系统之间、单元与单元之间联系的纽带。时间基准不统一会直接影响武器的精确打击和军事行动的成败。
这是一份“出生日期”为2009年12月22日的《解放军报》。
在一版显著位置刊登了这样一则消息,消息的导语写道:中央军委主席胡锦涛日前签署命令,发布《中国人民解放军标准时间管理规定》,《规定》自2010年6月1日起施行。
《规定》的颁布,意味着全军将统一使用新的军用标准时间,彻底改变部队在时间管理和使用上的不利局面。
一个绝非虚构的影视故事
提起时间,人们会脱口而出,时间不就是腕上的手表、操课的号声。到处悬挂的钟表吗?在记者采访某卫星控制中心总工程师韩春好之前,我们对于时间的认识和描述当然也不例外。
其实,时间对于我们生活的这个世界来说,显得尤为重要,并不像我们轻描淡写的那么简单。从科学的角度来说,时间是描述物质运动的基础,在七个基本物理量(长度、时间、质量、热力学温度,电流、光强度、物质量)中,时间的测量精度最高,因而也成为其他各种物理量测量的基础。
通过我们所看过的电影,也可以从中找到答案。对《偷天陷阱》这部好莱坞大片还有印象的观众,应该还记得剧中的一个故事情节:两个训练有素的盗贼,凭借精湛的偷盗技术,在无声无息之中,轻松地盗走了世界银行的数十亿美元。其实,他俩就是充分利用了两个时间系统之间的误差。
当然,你肯定觉得不可思议,也会不屑一顾地认为这只是“电影人”为增加票房收入和收视率虚构的,不必当真。事实上,这却是一个有现实意义的影视故事。
尤其是在物流,信息流高速运转的今天。用于通讯、电力、金融、安全等重大领域的专业时间基准系统的精度已经精确到了纳秒级,时间上毫秒、微秒间的误差都会造成巨大的危险和损失。
由于种种原因,在这些关系国家安全的重大领域中,我们仍长期使用着国外的授时系统,而这种依赖关系,不但会使时间基准受制予人,更可能受到外界的干扰和打击,给国家安全造成重大的威胁。
时间基准是人和武器之间、作战系统与系统之间、单元与单元之间联系的纽带。时间基准不统一会直接影响武器的精确打击和军事行动的成败。
其实,美国国防部早在1971年就对其所属单位使用的精密时间标准进行规范,明确规定以美国海军天文台实现的标准时间为美国国防部时间标准,实现了美军全球化战略对问标准的高度统一。
面对信息化战争的需求,作为重要作战保障力量的军事测绘导航部门,为全军提供统一的、高精度的、稳定可靠的时间标准,已经成为打赢未来高技术战争的迫切需要,刻不容缓!
给武器精确制导“护驾”
2002年仲夏,北京香山,热浪袭人,酷暑难耐。
一场由军地专家共同参与的科技会议,正在这里如火如荼地进行。
此次会议讨论的主题是:关于解决卫星钟与时间同步的问题。经过一番激烈的思想交锋,与会专家最终得出一致结论:从某种意义上讲,未来高技术战争,更多地依靠原子钟,而不是原子弹。因为原子弹只是一种核威慑手段,而原子钟所提供的高精度时间频率源,才是现代战争体系与体系对抗的技术支撑。
时隔一年,伊拉克战争的爆发,使专家们做出的结论得到验证。大批轰炸机、战斗机直扑伊拉克首都巴格达,除了利用卫星进行精确定位外,还有一项重要的看家本领——高精度的授时系统。美军通过该系统对目标实现多维锁定,在时间统一的基础上,为武器实施“护驾”,使炸弹准确无误地将一座座建筑彻底摧毁。
统一的时间,已经成为实现诸军兵种联合作战和武器平台精确打击的前提。作战指挥、信息融合、精确打击、导弹攻防、空间作战等,要求时间精确到毫秒、微秒甚至纳秒量级。据介绍,没有高精度的时间频率作基础,即使获取了准确信息,也无法破译这个信息,有了统一的时间频率作保障,再微小,高速、微弱的目标,都能游刃有余地被实现跟踪和摧毁。
“随着世界军事变革的加剧、高精尖武器的不断更新和作战样式、战争格局的发展变化,使参战武器装备、兵力人员已置于一个四维全球时空坐标系统。”总参测绘局一位人士说,“现代战争是陆、海,空、天多军兵种高度配合下的一体化战争,是体系与体系间的对抗,没有统一的、高精度的时间,就不可能实现诸军兵种和各种武器装备的协同作战,没有高精度的时间频率源,就会影响通信、导航、雷达和电子对抗等各种高技术电子设备的有效性,进而影响部队的战斗力。”
为战场画上精准“刻度线”
2010年3月21日,一个风和日丽的日子,记者一行再次慕名来到某卫星控制中心大厅。
专家向记者介绍:“我们的时间在这里通过无线电波,实时地向全军发布,部队及装备根据这个信号来校准时间,整个系统投入运用之后,将逐步取代过去旧的时间系统。”
“在传送的过程中会受到干扰或者产生误差吗?”
“旧系统误差比较大,新的标准时间系统在抗误差和干扰方面有质的提高,非常精确,毫不夸张地讲,300万年也不会差1秒。”
作为精确的时间基准,军用标准时间为信息化作战提供了必需的时间参考。为军用标准时间的发播而提供了高精度的授时手段,通过接收军用标准时间,就可以实现时间频率的高度统一。由于整个系统由我国自主研制, 因此具有安全性好、保密性强、精确度高、抗干扰能力突出的优点。
看到我们还有一些迷惑,专家打了一个形象的比喻:假设地面有10个雷达站,一架“敌机”欲施偷袭,如果站与站之间时间不准确、不同步,可以想象到,将各站上报的信息汇总到指挥机关,10个信息单元获取的目标在荧屏上可能就是10个,指挥员作决策时就很难判断到底是1个目标,还是2个目标,甚至是10个目标。其结果,不言而喻。
因此,军用标准时间作为时间基准,不但为信息化战场提供时间参考,能够准确地观察、分析在战场上存在和发生的一切事物,保证部队在实施军事行动,特别是信息化条件下遂行各种军事任务时,更加安全、保密;而且还可以提高军事行动的效能,使部队行动更加迅速、协调,精准、一致,提高精确作战、精确打击的能力,实现超乎想象的效果。
“军用标准时间系统的建成,就像是在错综复杂的战场之中画上了精准的‘刻度线’,把一个立体多维、充满变化的信息化战场牢牢地锁定起来。人、武器、地理、气象等等一切影响战争的因素,都因此具有了可被识别的特征,使我们能够观察、研究和影响这些因素。成为赢得战争胜利的‘法宝’。”
毋庸置疑,高精度时间频率已经成为当今世界武器装备系统中的核心技术之一。
地理信息系统:让指挥决胜千里
地理信息系统是联合作战的重要基础平台和信息化战争的重要支撑,在多次重大军事行动中发挥了重要作用,可以实时获取各种地理空间信息,更加全面了解战场环境,为部队作战训练提供了可视化、可进入、可交互的“数字化战场”平台。
初春时节,一场诸军兵种联合作战演练在风高浪急的某海域展开。作战指挥中枢内多了几副“新面孔”:数名博士、硕士测绘兵操作先进的数字化测绘系统,对作战区域内战场态势进行全维扫描……随着指挥员一声令下,火力如同长了“眼睛”般扑向目标。纸质地图的不平凡之路
数十年来,一代代测绘兵登高峰、下海岛、进沙漠,闯无人区,用“铁脚板”丈量祖国的版图。
“要是以往,制作一幅纸质地图,需要数十人的作业队伍,两三个月连轴转才能完成。”总参某测绘大队工程师孟繁枝说。
从前,为生产一幅纸质地图,测绘兵要先进行野外测量地物或地形特征点,他们跋山涉水,风餐露宿,使用落后工具作业。由于我国幅员辽阔,很多地方地形险恶,许多同志病倒在测绘途中。甚至为军事测绘献出了年轻的生命,才获取了来之不易的数据成果。内业工作人员还要根据这些数据成果,对照实物,勾勒出地形原图。
众所周知,每一幅地图都由浩若星辰的注记符号,错综复杂、细如发丝的线条组成。这些直径只有0.6毫米的符号,测绘兵为了做到准确无误,使用最细能达到0.08毫米的小笔尖、画直线用的玻璃棒和画等高线用的曲线笔等等。难度稍大一点的图,熟练的工程师至少需要2到3个月时间才能完成,即使最简单的地图也要半个月到一个月的时间才能完成。如果稍有疏忽,一旦用于作战,后果将不堪设想。毕竟地图被称作指挥员的“眼睛”,是制订作战计划、拟制作战方案,排兵布阵、调兵遣将的重要依据。
因此,对于测绘兵所从事的工作,有人形象地说:绘制地图比绣花还难。
迈进数字化时代
有这样一则令人心酸的往事。在一次常规演习归途中,指挥员随身携带的作战地图,在一场突如其来的洪水中变得面目全非,身处陌生地域的小分队进退两难、陷入困境……
无奈的故事,记载着“一张纸图打天下”的历史,诉说着战场指挥员当时的无奈。
面对瞬息万变的信息化战场,传统纸质地图已不能满足现代战争需要,军事测绘部门作为地图的生产者,该如何转变角色为打赢提供优质服务和支撑?
时不我待。许多专家院士先后对地图学、大地测量学等传统学科进行信息化改造,形成了地图学与地理信息工程等新的学科体系,卫星导航定位、航天遥感遥测、地理信息系统、战场环境仿真等新兴学科应运而生。
2006年1月底,在总参测绘局会议室里,数十名专家学者,齐聚一堂,共商军事测绘发展大计;提高军事测绘保障能力,正确认识国家安全形势是军事测绘建设发展的基本前提。
在这里,他们达成共识:由于我军数字地图编码不统一,标准不一致,地理信息数据共享难以实现。必须构建信息化条件下军事测绘的信息产品体系、装备技术体系、政策法规体系和服务保障体系,为一体化联合作战提供标准的、统一的地理信息平台。
他们迅速联合全军测绘部队,历时四年研制出“联合作战地理信息框架”,建立系列软件,将诸军兵种按统一标准“攥”在一起,为三军战斗力形成“拳头”提供了可视化指挥平台。
据介绍,地理信息系统建设必须突破纸质地图、沙盘等传统手段,实现对战场地理环境的维线再现,说到底,就是改变传统地图的属性,增加地理信息系统的实时态势功能。要建立这么一个系统,又谈何容易?没有现成的经验可借鉴,谁来担当如此重任?
大家知道,数字地图是信息化战场的基础,是关系到能否打赢信息化战争的重要因素。由于使用的侧重点不同,原来我军各军兵种的地图生产主要采用各自设置的标准,也就是说,在生产地形图、海图和航空图时,更多地考虑了为本军兵种服务,却忽视了一体化联合作战的需要。能否提供一体化作战地理信息数据平台,成为打赢信息化战争的关键。
为此,我军事测绘科技人员通过深入调研,将各军兵种对地理信息的需求纳入统一框架体系进行考虑,制定了新的地理信息图解标准,建立了完整的数字化生产技术体系。
如今,我们欣喜地看到,一种新生事物应运而生——地理信息系统,它脱胎于地图,并成为地图信息的又一种新的载体形式,它具有存储、分析、显示和传输的功能,尤其是计算机制图为地图特征的数字表示、操作和显示提供了成套方法,为地理信息系统的图形输出设计提供了技术支持;同时,地图仍是目前地理信息系统的重要数据来源之一。
显威现代“中军帐”
地理信息系统是联合作战的重要基础平台和信息化战争的重要支撑,在多次重大军事行动中发挥了重要作用,可以实时获取各种地理空间信息,更加全面了解战场环境,为部队作战训练提供了可视化、可进入、可交互的“数字化战场”平台。
西南某地域,遭“敌”空袭。指挥员端坐“中军帐”,迅速启动一体化作战指挥平台,及时调兵遣将。据介绍,地理信息系统是一体化作战指挥平台的重要基础,它由地图、地理影像和地理坐标等要素构成了战场地理空间信息,使情报、推理、分析与其他可用数据迅速融为一体,从而为战场可视化和战场态势感知提供了关键的基础框架,是建设透明战场必须重点考虑的要素。
随着作战模式的转变,以网络技术为支撑的全球地理信息网格将引起战场地理空间数据和电子地图为中心的测绘保障的重大转变。全球地理信息网格是未来战争以武器平台为中心转向网络为中心的关键,通过“通用作战图”,即可以获取一体化水平及联合程度更高的指挥控制化能力,进一步拓展作战人员信息领域,可使获得的信息质量和感知认识显著改进,进而大大提高作战能力。
在总参某测绘大队遥感图像处理队的三维战场环境仿真系统前,戴上特制的眼镜,如同身临其境地置于一个真实的战场环境中。
在“红”“蓝”两军的网上对垒中,只见“红”军指挥员拖动鼠标,全面观察战场环境后,将鼠标放在“蓝军”固守的某山地上,该地影像地图瞬即被展开,既可翔实地查阅该区域的交通、地貌等信息,还可任意比例尺地放大、缩小。“启动数控沙盘”、“锁定目标”、“计算坐标”、“发送”。当作战指令发出时,装备有地形匹配、景像匹配等的巡航导弹“利剑”出鞘,不久,远方传来阵阵轰鸣声,目标已被炮火准确覆盖。
在大厅另一端的“战场地理信息平台”,更是被誉为战场的“神经中枢”,随着“战争”的进展,一幅幅战场地理信息影像地图实时刷新;在电子地图上,一些散布的红点,表示在一线“作战”的士兵位置,一条“高速公路”上,一个飞速而来的“红点”突然戛然而止,一条短报跳入眼帘:桥梁被炸。指挥员随即传送了迂回战术的指令。
地理信息系统采用数字化存储,信息容量大,存取快捷,携带方便,一张普通的光盘可存储上百幅海图,在几秒钟内可实现数据存取,还可十分方便地查询、检索、分析、辅助决策以及进行信息交流。信息化战争中空间范围空前扩大,大量精确打击武器对于目标与自身的精确定位提出更高的要求。如果说过去对地理信息的认知和利用是“粗放”和“平面”,现在则“精细”和“多维”了。
近年来,我军军事测绘部门调整工作重点,合力攻关,取得一批重要成果。基本建立了新一代高精度空间控制基准和多尺度基础地理信息框架,初步构建了中国军队未来信息化条件下的测绘保障体制。
总参测绘局局长袁树友自豪地说,地理信息系统的出现,是继雷达、卫星定位和卫星通信之后,现代军事测绘史上一个革命性进步。