为什么卫星很容易发现航母？
首先，我们要明白，航母体型巨大，而且在茫茫大海中它是一个非常显著的、人造的物体。就像一个在沙滩上特别醒目的红色沙滩巾，航母在海面上的存在感是很强的。
那么，卫星是如何做到这一点的呢？主要依靠以下几种手段：
1. 光学成像（我们常说的“看”）：
可见光成像： 这是最直观的方式，就像我们用眼睛看一样。高分辨率的光学卫星装备有强大的相机，能够捕捉到地球表面的细节。航母因为其巨大的尺寸、独特的结构（如宽阔的飞行甲板、岛式上层建筑）以及可能产生的船迹（海面上留下的白色波浪痕迹），在海面上很容易被识别。想象一下，在卫星的高分辨率照片中，一艘几百米长的金属巨兽，在蓝色的海洋背景下，其轮廓和特征会非常明显。特别是当航母在相对平静的海面上航行时，它的反光和阴影也能提供额外的线索。
红外成像： 航母在航行和运作过程中会产生大量的热量。飞机的发动机、锅炉以及舰上人员活动都会释放热量。红外传感器可以捕捉到这种热辐射，将其转化为图像。在夜间或能见度低（如雾、烟）的情况下，红外成像就显得尤为重要。即使在白天，红外图像也能帮助区分航母和其他船只，因为它们的热信号模式是不同的。你可以想象成，即使在黑暗中，你也能看到一堆人造的、冒着热气的物体。
2. 雷达成像：
合成孔径雷达（SAR）： 这是一种非常强大的遥感技术，它不受天气和光照条件的影响，全天候工作。雷达向地面发射微波信号，然后接收从物体反射回来的信号。不同的物体会以不同的方式反射雷达信号。航母这样巨大的金属结构，尤其是其平坦的飞行甲板和许多垂直的结构，会对雷达信号产生很强的反射，形成清晰的“回波”。SAR技术可以通过处理这些回波，生成高分辨率的雷达图像。你可以把SAR想象成一种能“穿透”云层和黑暗的“透视眼”，它通过“听”物体的回声来“看”见它们。而且，SAR对船只的识别率非常高，因为船只在海面上反射雷达信号的特性与海洋本身是不同的。
3. 其他辅助技术（有时也算作“发现”的一部分）：
信号情报（SIGINT）： 虽然这不是直接的“成像”发现，但卫星也可以通过监听和分析航母发出的无线电通信、雷达信号等来定位和识别它。如果卫星能够截获航母的通信频率或雷达工作模式，就能进一步确认其身份。这就像是听到远处传来的特定口音或特定的音乐，你就能知道是什么人在那里。
光学识别与目标识别算法： 现代卫星数据处理不仅仅是人工目视判读。科学家们会开发复杂的计算机算法，通过分析图像的形状、大小、纹理、反射率等特征，来自动识别和分类目标。这些算法就像是训练有素的“数字侦察员”，能够快速而准确地从海量的卫星图像中找出符合航母特征的目标。
为什么航母容易被发现？
尺寸巨大： 这是最关键的因素。航母是世界上最大的海军舰艇之一，其长度可达数百米，排水量也高达数万吨。在相对空旷的海洋上，如此庞大的物体，即使是光学图像也难以忽视。
结构特征明显： 航母拥有非常独特且标志性的结构，尤其是那巨大的、平坦的飞行甲板，以及位于甲板一侧的岛式上层建筑。这些特征在光学和雷达图像中都非常容易辨认，与普通船只有着显著的区别。
活动规律： 航母的部署和航行区域相对集中，并且在执行任务时通常会保持一定的航线。这种相对可预测性使得对特定区域的监视更加有效。
其他活动迹象： 除了自身形体，航母在活动时还会产生其他可被卫星探测到的迹象，比如飞机起降时产生的热浪、舰艇活动产生的水波纹，甚至在甲板上的活动人员在红外图像中的显现。
总而言之，卫星之所以容易发现航母，是因为航母体型庞大、结构独特，而且在海面上这些特征非常突出。配合上卫星先进的光学、红外和雷达成像技术，以及强大的数据分析能力，航母从太空中“现形”也就不足为奇了。这就像你在开阔的平原上，即便隔着很远的距离，也很容易看到一座高耸的灯塔一样，它们的“目标特征”非常明显。
网友意见
任何事情都要相对来说。现代卫星网络并不是无敌的，卫星网络也存在着一定的局限性，但在现代卫星网络的支持下，对海洋舰船目标进行广域长时间监控动向的确是比冷战时期更容易了，这是无可否认的。
在冷战时期，苏联著名的海洋监视与目标指示系统“神话”就是主要由US-A主动雷达卫星与US-P被动电磁卫星组成。主要说说US-A卫星，这款卫星采用2个5米长度的长条状侧视天线，使用核反应堆供能，工作在高度220~260km的近地轨道，其工作高度很低导致寿命较短，只有50~70天寿命，一般是战时战前进行发射。
其“海鸥”X波段侧视雷达系统于六十年代末期到七十年代早期研发，采用的是早期成像雷达的真实孔径体制，没有合成孔径多普勒锐化此种分辨率提高技术。简单的雷达口径和天线波束估算后可以得到其在250km高的轨道上对地分辨率为公里级，只能发现分散的船只，并且没有具体细节识别能力，其抗高海况海杂波与云雨杂波的能力也很差。
这意味着US-A卫星没有能力对抗使用角反射器或箔条布撒的假目标干扰，无法识别具体船只类型与型号，其全天候作战能力也并不可靠。
在冷战时期七十年代以前，光学成像卫星主要使用胶卷式回收侦查，没有实时性可言。而美国首款使用数字传输系统的光学卫星“锁眼-11”是在76年12月升空，苏联首款数字传输卫星“琥珀4KS1”在82年12月升空，但受制于数传系统传输速度，其实时性也很差，在数十小时级别，像是上世纪七十年代苏联的第二代航空导引数传系统“蓝宝石”数据链吞吐量仅为0.36Kb/s，在八十年代米格31截击机使用的АПД-158数传系统和苏27战斗机的ТКС-2数传系统吞吐量达到1kb/s级别，这仍然远不足以支持卫星网络的侦查数据高效率回传需要。
受制于传输速度以及计算机处理性能，早期SAR合成孔径雷达卫星的数据也没有什么实时性，像是1978年升空的SAR卫星开山祖师，美国Seasat卫星，其数据处理生成50平方公里的图像就需要大型计算机连续工作40个小时。但SAR合成孔径雷达卫星的出现，标志着卫星网络对地对海探测进入新的时代，使用此种体制的主动雷达卫星和之前的“神话”US-A卫星完全是两个不一样的概念，其拥有达数十米级别的分辨率以及优秀的抗海杂波气象杂波的能力，具备全天候作战能力与目标识别能力，传统的箔条假目标干扰与角反射器假目标干扰对SAR卫星失效。
1988年，美国“长曲棍球”SAR雷达卫星在亚特兰蒂斯号航天飞机运载下升空，此后有4颗卫星分别在1991，1997，2000，2005年升空，其最大分辨率可达米级，在海湾战争与伊拉克战争中发挥重要作用。
随着计算机性能与雷达通信技术的不断进步，光学卫星与SAR卫星开始获得越来越强的实时能力，现有的先进光学与SAR卫星数字传输系统与信号处理系统基本能够做到将传输与处理时间压缩在数十分钟级别，例如运行在同步轨道的高分4号光学卫星，其使用50米级别粗分辨率进行广域成像时最低只需要16分钟就可完成图像回传以及处理程序。
SAR雷达卫星仍然存在着会遭受干扰的弱点，但由于它信号处理会进行两次脉冲压缩，是一种高度相干的系统，所以传统电子战的宽带噪声阻塞，扫频式干扰几乎对其无效，需要电子战系统具备优秀的信号接收分析与干扰波形精准生成能力进行跟频干扰，以及多频多波形生成能力，才具备同时对多个SAR卫星进行有效干扰的基本条件。
事实上，美军舰船装备的SLQ-32V3此类的干扰机也没有对高仰角目标发射的能力，SLQ-59/62可能具备此项功能，美军电子战机的干扰天线也没有应对高仰角目标的设计。由于箔条和角反射器这种无源干扰无效，只能使用有源干扰手段，这无疑会暴露干扰源的方位，从而给予观测者推测舰队可能位置的信息。并且，由于计算机，能源，雷达技术的进步，SAR卫星的体积也越来越小，价格越来越便宜，像是韩国设想的新一代SAR卫星，其质量只有66公斤，马斯克的猎鹰火箭一次可以投送64颗卫星，使用AESA天线以及氮化镓功放提供高的平均功率，这使得传统反卫星手段难以生效。
光学卫星不会受到电子干扰，但会受到气象条件限制，并且高性能光学卫星也没法像SAR卫星一样做的太便宜廉价，但其数量仍然相当可观，例如长光卫星就宣布要在145计划中完成138星组网，对全球任意地点实现10分钟重访，这意味着倘若天公不作美，或者不能有效摧毁敌方光学卫星，水面舰船根本不可能逃过光学卫星的监控，在和平时期光学卫星配合雷达卫星网络能够对感兴趣的目标进行长期实时监控，而在战时，卫星网络也有着相当不错的抗摧毁能力与实时侦查能力，这比冷战时期七八十年代强出太多了。
发现确实不容易，但是发现难度也是越来越低。早些年卫星找航母困难，原因一个是卫星少，另外对卫星传回来的数据分析困难。但是这些年卫星数量越来越多了，而且对卫星传回的海量数据可以借助大型计算机自动分析识别，所以现在卫星找航母也容易多了。卫星找航母可能不像很多人认为的那样全球范围乱找的，很可能是一直跟踪的，航母全速1小时也就60公里左右，而两次卫星侦察时间间隔也已经越来越短，两次侦察间隔航母可能并没有走太远，全世界像样的航母就那几艘，跟踪难度真的越来越小了。
总之我认为战时航母能不被定位的可能性几乎不存在，哪怕卫星全瞎了，只根据收集到的舰载机活动情报，航母也能被猜出个大致位置。
现在是2021年，这几年新技术突飞猛进，今天晚上我在琢磨怎么用神经网络多帧超分恢复超远距离到的人的模型，刷到这个问题，我们就来算算建一个覆盖全球真实时追航母的卫星星座最少需要多少钱，并通过一个简单的神经网络识别算法验证。（为了简化问题，只考虑RGB相机，可见光范围下无云层遮挡的识别，夜间红外，合成孔径传感器就太贵了）
首先，本着能省就省的原则，卫星成像拍摄我选小米10pro，不是打广告，毕竟上过天已经过验证，nano 卫星系统是现成的，省去额外开发成本
这就是那颗小米10 pro卫星，整挺好，正负100度太空环境，抗震，太阳能电池板，数据通信一应俱全：
文中写到小米10 pro垂直分辨率为60m/pixel，拿一张福特级航母测试，效果不太好，识别难度不小，50m/pixel识别难度太高：
但我们可以从淘宝采购5x放大的长焦镜头，这款300+元的105mm不错：
5x放大后，航母的分辨率已足够进行分类识别了：
和新闻里看到的卫星拍的航母图差不多：
硬件选型好了，然后我们从kaggle下载一堆卫星拍摄的各种船的训练数据：
是这个样子的：
但没有航母的数据，花了一阵在网上找到，各种类别都分好了：
数据处理需要花不少时间，需要根据图片所提供信息将图像缩放到10m/pixel的物理尺度上，为了省事，我就只挑了50张在大海航行的航母/普通船图，根据肉眼人肉缩放到差不多尺寸，就酱。
然后使用yolo v4 进行识别，yolo v4的介绍以及代码：
为了能让yolo v4在手机上运行（这样就不需要下传照片了，只需要下传识别结果，也就是航母坐标），需要做一点优化：
1.首先是去掉多尺度的深层卷积，因为相机离航母根据卫星轨道在400-600km之间，航母的感受野尺度不会超过50像素，也不小于30像素。
2.然后是将1亿像素12k*9k的图切成13*10张扔到1024的网络里进行识别（边缘需要有25像素以上overlap）。
3.最后yolo原输入尺寸608，改成1024。
4.按12k*9k分辨率，一次成像能覆盖90km区域，卫星飞行速度7.9km，拍摄间隔需小于11.3s，所以网络性能需优化到11.3才能实时处理。yolo干掉深层卷积后，GPU加速的fp16网络我这2080都跑的1kfps了，手机上10fps应该可以做到。
训练几分钟就收敛不下去了，是数据整得太挫了 LoL，拿一张网上长光卫星拍的照片，resize成10m/pixel尺度测试，航母被正确框出来，但也误检出了地面的建筑物，所以花点钱（5万rmb？）通过外包数据公司进行手工标注和更好的数据整理应该可以显著提升网络能力。
最后算一算组个实时监控的星座需要多少个这样的nano卫星
假设每个nano卫星4个手机，以12k*9k*4的分辨率，每像素覆盖10*10平方米(感谢评论区纠正)，则每个卫星可覆盖90km*480km的区域，90分钟重复拍摄一次要84颗卫星才能对整个地球全面覆盖，考虑到实时性，每个位置10分钟重复拍摄一次，则需要 760颗卫星，去掉南北极和不感兴趣的区域，缩减到500+颗卫星应该难度不大。
拆掉手机外壳和显示屏，把上文的卫星重新设计一下，争取把4个手机的pcb+电池塞入1U的cube sat里，加上结构隔热太阳能板1kg不知道能不能做到，以今年的价格发射上去差不多2-4万美金/颗，算上1-2年开发周期，根据spalcex给的价格预测，2023年发射成本批发价5k-1万美金。
这个PhoneSat的结构设计挺合理：
当然还需要星间Sband通信模块，但好像比较贵：
想了想，就是发一个航母坐标，用北斗模块的上行短信也可以呀，才几百元呢。
所以，综上所述，5千-2万美金/个发射费用，加上几千美金/个卫星硬件成本，总价1-2kw美金内，就拥有了一个10分钟不间断全球（白天）监控航母的星座。
btw，晚上待机，每次环绕周期45分钟工作，45分钟休息，每天工作12小时，以我对小米常温下质量的了解，预计寿命1-2年？
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