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当心我们头顶上的无线电“侦察兵”
——SIGINT卫星的发展及商业化
文 | 魏兴
本文原载于《卫星与网络》杂志2022年1&2合刊
全球商业航天正发展得如火如荼，各种商业卫星公司层出不穷，提供的服务也是五花八门，早已超出了传统的通信、电视转播、天气预报等传统服务项目。
我们发现，随着电子技术的发展，几十年前只有超级大国才能掌握的军用卫星技术已经能够被比较小的商业卫星团队所掌握。如今的商业卫星已经越来越具有军事价值。比如美国Planet公司的光学遥感卫星星座，已经能够提供顶级军用光学侦察卫星质量的地球照片；比如美国CapellaSpace公司的合成孔径雷达（SAR）卫星，已经能够提供顶级军用SAR雷达卫星质量的雷达成像照片；甚至在最近几年十分火爆的SpaceX公司的“星链”低轨互联网星座，也早就与美军签署了多项合同，为美军提供军用数据链服务。
今天我们将要探讨的是商业卫星中很少有人关注的商业信号情报SIGINT卫星。随着国外数家商业公司的SIGINT卫星的发射部署，将对美国和其他西方国家军事射频信号情报侦察起到很大的帮助作用，也对我国的国家安全造成一定威胁。
鹰眼360公司的第二批次SIGINT卫星想象图
什么是信号情报SIGINT呢？
信号情报技术是随着军用无线电技术的发展而发展起来的情报技术，是电子战的一个分支。美国国防部对信号情报SIGINT的定义是：一种情报，包括单独或组合的所有通信情报（COMINT）、电子情报（ELINT）和外国仪器信号情报（FISINT），无论如何传输。传输方式可能有很多种，包括有线，无线电，光纤传输等等，但信号情报最主要处理的是无线电波。简而言之，信号情报就是从截获的通信、电子和外国仪器的信号中获得的情报。
信号情报SIGINT作为一个广泛的领域有许多子学科，其中两个最主要的方面就是通信情报（COMINT）和电子情报（ELINT）。通信情报COMINT要对通信用的无线电信号进行解调、解码、解密等操作，而电子情报ELINT可能面对的是不含通信内容的雷达波等信号，主要对这些无线电信号进行测向，对信号的特征和活跃情况等进行分析等等。
信号情报设备可以有很多部署方式，可以固定安装在地面，也可以安装在汽车、舰船、飞机和卫星上。我们今天讨论的是信号情报卫星。
和普通的通信卫星相比，信号情报卫星通常拥有更大尺寸（孔径）的天线，这是因为：
  • 更大尺寸的天线能够提供更高的增益，能够让信号情报卫星对较弱的无线电信号拥有更高的接收灵敏度。
  • 更大尺寸的天线能够让信号情报卫星接收到波长更长（也就是频率更低）波段的无线电信号。无线电的一个基本物理限制就是，天线的尺寸只有达到了所处理的电磁波波长的同一数量级，天线发射和接收电磁波的效率才会比较高。
  • 更大尺寸的天线能够让信号情报卫星测量无线电信号的方向更为精确。
MAGNUM/ORIN卫星想象图，由查尔斯·P·维克在20世纪90年代绘制
事实上，虽然十分保密，从未公开发布过照片，但科技界普遍认为美国情报机构在1985年发射的MAGNUM/ORION信号情报卫星，以及在1995年发射的下一代Mentor信号情报卫星，拥有世界上已知的最大的卫星天线，据猜测直径达到了100米。
信号情报SIGINT有多重要？
在军事上，信号情报装备能够破获敌方通信，定位敌方的无线电设备（包括雷达和通信设备等），能够在远距离发现敌方的军队部署，能够在茫茫大海中发现敌方的军舰，等等。
军队的行动并不能总是保持无线电静默，只要使用了无线电设备，包括雷达、通信和无线数据链设备，就有可能被敌方的SIGINT装备发现。发动机在工作的时候，比如火花塞点火的时候，也会发出无线电波，在这种情况下即使保持了无线电静默，也有可能被敌方的高灵敏度SIGINT装备发现。
  • 由于保密十分严格，世界上很少有公开的军用SIGINT卫星所取得成果的案例。根据美国媒体的披露，目前已知的一个案例是在2011年，美军的一个名为“红点”（RED DOT）的反简易爆炸装置（IED）情报报告系统投入使用，用于支持伊拉克和阿富汗的军事行动。“红点”系统依靠军用SIGINT卫星提供的情报，识别和定位IED的特定信号，在军用车辆或现场指挥所的数字地图上以“红点”的形式显示可能的简易爆炸装置的位置。
  • 装在飞机上的SIGINT装备所取得的战例则有很多。
其中最著名的战例之一是1996年俄罗斯击毙车臣匪首杜达耶夫的战例。俄情报机构获悉杜达耶夫平时主要依靠一台海事卫星电话与外界联系，1996年4月22日，俄空军预警机（拥有SIGINT能力）截获了杜达耶夫在格罗兹尼市西南约30公里以外的旷野使用卫星电话的信号，迅速定位，几分钟之后，俄罗斯空军的“苏-24”战斗轰炸机在距目标40公里的地方发射了两枚“KH-25”反辐射导弹，坐在白色奔驰车内打电话的杜达耶夫顿时化为灰烬。
美军在阿富汗与塔利班游击队的战斗中使用SIGINT飞机更为普遍，而且几乎成为较大战斗中的“标配”，比如美国陆军的RC-12X、EO-C、C-12R飞机等等。通常只要塔利班游击队使用对讲机进行联系，就会立即被美军的SIGINT飞机定位，数十秒之内就会有精确制导炸弹或者导弹飞向对讲机的使用者。
鹰眼360公司的SIGINT卫星在加拉帕戈斯群岛附近绘制的所谓中国渔船的位置图
世界上已经出现了一些商业SIGINT卫星公司，拓展了信号情报的民间用途。
也许很多人很好奇，SIGINT卫星居然还会有民间用途？是合法的吗？是的。这些商业公司通过创新思维已经找到了一些民间用途，比如：
  • 接收全球船舶发送的“船舶自动识别系统”AIS信号，定位船舶位置。这是独立于地面AIS系统接收基站的另一个定位船舶的方式。
  • 监视某些海域的非法捕鱼情况。为了保证安全，现在几乎所有远海渔船都备有通信设备。通过SIGINT卫星在禁渔期监视某些海域的无线电信号，就能获知非法捕鱼情况。对于贩毒、走私等活动的监视也可以基于同样的原理。
  • 绘制无线电活跃地图，可以反映一个地区的经济活跃情况，进行经济战略分析。
  • 接收野生动物身上的无线电信标信号，定位野生动物的位置，为科研服务。
  • 对一些地区的无线电频谱进行监测，可以帮助无线电管理机构（比如我国的无委会，美国的FCC）进行管理，同时可以帮助移动通信运营商规划网络，确定基站的位置和配置。
当然无可否认，这些商业SIGINT卫星公司最大的客户还是所在国家的军队和情报机构。因此这些公司的SIGINT卫星增多，对我国的国家安全并非是件好事。
外国的一些
商业SIGINT卫星公司简介
01
美国：鹰眼360公司
（HawkEye360）
鹰眼360公司是世界上第一家商业SIGINT卫星运营商，成立于2015年，总部位于弗吉尼亚州赫恩登。该公司通过卫星星座收集射频（RF）信号位置数据，并销售给政府和商业客户。该公司目前已经发射了9颗射频监测卫星，计划到2025年建成有30颗卫星的星座，每20分钟对就能对地球表面任意一点进行回访。
鹰眼360公司在2020年5月绘制的加勒万河谷射频动态地图
02
卢森堡：Kleos太空公司
（Kleos Space)
该公司成立于2017年，在澳大利亚上市。该公司利用其纳卫星群探测和定位无线电频率传输，发现陆地和海洋关键区域的隐藏或非法活动。2020年11月该公司发射了“Kleos侦察任务”（KSM1）第一批四颗卫星，覆盖霍尔木兹海峡和中国南海等重要海域。
该公司的第二批四颗卫星，即“极地警戒任务”（KSF1），于2021年6月发射到525公里的太阳同步轨道上。在2021年7月，Kleos宣布将利用这些新的能力来帮助日本自卫队和海警保护领海和国际水域的非法活动。该公司计划在2022年底发射第三批卫星，即“极地巡逻任务2”（KSF2），将使Kleos在地球两极的覆盖范围加倍。
应该指出的是，从该公司的客户群和覆盖范围来看，其星座主要是对付中国，俄罗斯和伊朗等国的。
Kleos太空公司的SIGINT卫星想象图
03
西班牙：艾伦太空公司
（Alen Space）
该公司由西班牙大学和研究机构在2017年成立，发射了数颗纳卫星，包括Humsat-D卫星等，公司规模较小，目前还在发展中。
美国太空部队的新项目：利用大量商业低轨卫星接收GPS信号绘制地面射频干扰地图
据美国《太空新闻》今年1月6日的报道，美国太空部队授予SlingshotAerospace公司一份价值200万美元的合同，开发一个分析工具，利用大量近地轨道商业卫星的接收的GPS信号遥测数据来识别地面潜在的电子干扰源。能够干扰全球定位系统（GPS）和其他卫星信号的电子设备的扩散是美军“导航战”面对的一个主要问题。美军面临的挑战之一是确定干扰的精确位置和来源。
这则新闻并未透露技术实现的细节，该公司CEO介绍说其想法是“利用现有航天器的全球导航卫星系统（GNSS）传感器已经生成的数据，更好地了解电磁操作环境。”我们估计该技术是利用大量民用低轨卫星传回地球的遥测信号，通过云处理来绘制地面上GPS干扰信号的地图。它的优点很明显：能够借用大量商用低轨卫星实时覆盖全球的优势，实时监督全球GPS干扰信号的活跃情况，为美军实施“导航战”提供情报，并且成本低廉，主要是软件工作。但是它的缺点也很明显：就是由于现有商业卫星天线尺寸的限制，灵敏度和频段覆盖不如专用的SIGINT卫星，基本上只能处理GPS的干扰源。
鹰眼360公司展示的用户界面图，图中显示的是利比亚海岸附近的射频地图
SIGINT卫星
能够窃听我们手机的通话吗？
从2G开始一直到现在的5G网络，现代移动通信网络的空中接口都拥有较为完备加密措施，因此即使外国SIGINT卫星能够接收到地面手机和基站发射出的无线电信号，也无法进行实时解密。因此我们不必担心我们手机的通话内容或者传输的数据会被外国SIGINT卫星所破解。
当然，由3GPP组织制定的移动通信网络标准早就定义好了合法监听接口LIG标准，各国执法机构能够按照法律规定从地面固定网上监听到目标手机的通信内容。这并不在我们今天讨论的范围之内。
但是SIGINT卫星能够确定地面手机和基站的位置的能力是毋庸置疑的。通过分析这些信号的活跃程度和位置信息，也能够得到有用的情报。另外，仍然被大量使用的模拟对讲机的无线电信号并未加密（是对语音信号的FM调制），SIGINT卫星在理论上可以接收并直接监听通话的内容。因此我们仍然不能小看外国SIGINT卫星对国家安全的威胁。
总之，除了世界各大国都有专用的军事SIGINT卫星之外，近些年新兴的商用SIGINT卫星星座为我们的国家安全提出了新的挑战。这个比较偏门的商用卫星领域仍在发展中。我国有关部门需要对这个挑战提早准备对策。
参考资料：
美国SIGINT卫星历史：
https://satelliteobservation.net/2017/07/31/history-of-the-us-high-altitude-sigint-system/
公司：
https://www.he360.com
https://space.skyrocket.de/doc_sdat/hawkeye.htm
https://alen.space/small-satellites-for-surveillance/
https://kleos.space/
SIGINT概念：
https://en.wikipedia.org/wiki/Signals_intelligence_operational_platforms_by_nation
https://idstch.com/space/countries-advancing-elint-comint-satellite-constellations-countering-adversarys-military-radars-communications/
https://www.militaryaerospace.com/rf-analog/article/14211741/rf-and-microwave-sigint-satellites
天线尺寸
https://space.stackexchange.com/questions/32884/what-is-the-largest-antenna-deployed-in-space
END
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