國外雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星發(fā)展研究

李高峰 宋博（北京空間科技信息研究所）

目前，國外偵察衛(wèi)星系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展了幾代，形成了成像偵察、電子偵察、海洋監(jiān)視等衛(wèi)星系統(tǒng)。在成像偵察衛(wèi)星中，由于雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星可全天時、全天候工作，同時具有一定的穿透能力，能識別偽裝，發(fā)現(xiàn)地下軍事設(shè)施，所以受到航天大國的高度重視。其幅寬也較大，時間分辨率較高，這對全面觀測戰(zhàn)區(qū)、偵察全球性軍事動態(tài)有重要的意義。此外，在運(yùn)動目標(biāo)識別等熱點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域，雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星比光學(xué)成像偵察衛(wèi)星具有更大的潛力。

1 在軌雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星

美國

美國的偵察衛(wèi)星系統(tǒng)由軍事專用、民為軍用和商為軍用3種方式構(gòu)成，衛(wèi)星性能卓越，處于世界絕對領(lǐng)先地位。目前在軌的雷達(dá)成像衛(wèi)星包括2顆 “長曲棍球”（Lacrosse）衛(wèi)星和1顆“未來成像體系”（FIA）雷達(dá)衛(wèi)星。

“長曲棍球”衛(wèi)星也稱為“黑寶石”衛(wèi)星（Onyx），帶有合成孔徑雷達(dá)（SAR），具備全天時全天候成像偵察能力，由美國國家偵察局研制并運(yùn)行，主要為美國情報界提供戰(zhàn)略偵察情報。衛(wèi)星具有標(biāo)準(zhǔn)、寬幅、精分辨率和試驗(yàn)4種工作模式，最高分辨率可達(dá)0.3m。

20世紀(jì)90年代末，美國開始發(fā)展新一代光學(xué)和雷達(dá)混合星座—“未來成像體系”。但由于關(guān)鍵技術(shù)未解決、經(jīng)費(fèi)超支和進(jìn)度延誤，“未來成像體系”星座的光學(xué)衛(wèi)星項(xiàng)目于2005年取消，其雷達(dá)衛(wèi)星項(xiàng)目仍繼續(xù)由波音公司研制?！拔磥沓上耋w系”的首顆衛(wèi)星在2010年9月20日由宇宙神－5火箭發(fā)射升空。與“長曲棍球”衛(wèi)星相比，“未來成像體系”衛(wèi)星改用逆行軌道，軌道高度提升了約450km，雷達(dá)功率也得到大幅提高。

歐洲

目前，歐洲的雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星系統(tǒng)包括德國的“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”（ SAR-Lupe）軍用星座系統(tǒng)和意大利軍民兩用“宇宙-地中?！保–osmo-SkyMed）星座系統(tǒng)。

“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”由5顆衛(wèi)星組成星座，于2006年12月至2008年7月期間發(fā)射，設(shè)計(jì)壽命10年。德國國防部和聯(lián)邦國防技術(shù)和采購辦公室（BWB）負(fù)責(zé)該項(xiàng)目采辦，作為德國軍方的戰(zhàn)略偵察資源，為軍方提供全天候空間偵察和監(jiān)視能力，特別是沖突和熱點(diǎn)地區(qū)或?yàn)?zāi)害地區(qū)?！昂铣煽讖嚼走_(dá)-放大鏡”衛(wèi)星質(zhì)量僅為770kg，具有很高的姿態(tài)敏捷度，可靈活改變雷達(dá)指向，對多個目標(biāo)成像或提高成像積分時間。雷達(dá)工作頻率為X頻段，采用固定安裝的無源拋物面天線，采用前端偏置饋源設(shè)計(jì)。衛(wèi)星具有聚束和條帶兩種成像模式，聚束模式的成像分辨率0.5m，幅寬5.5km×5.5km；條帶模式幅寬8km×60km。

美國在軌雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星

德國“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”星座軌道配置（北極視角）

“宇宙-地中?！笔且獯罄教炀趾鸵獯罄麌啦柯?lián)合開發(fā)的一個軍民兩用X頻段雷達(dá)衛(wèi)星星座。每顆衛(wèi)星均帶有合成孔徑雷達(dá)，主要為意大利政府提供軍民用雷達(dá)遙感圖像，同時依據(jù)協(xié)議也為法國政府提供軍用圖像。另外還采取商業(yè)運(yùn)行模式為外界提供商業(yè)遙感圖像?！坝钪?地中?！庇?顆衛(wèi)星組成星座，于2010年完成部署，衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量1700kg，設(shè)計(jì)壽命5年。

“宇宙-地中?！毙l(wèi)星觀測能力

意大利“宇宙-地中?！毙l(wèi)星成像模式

日本

2011年12月12日，日本發(fā)射了情報收集衛(wèi)星－R3（IGS－R3），使日本的雷達(dá)成像偵察能力得以恢復(fù)。由于日本“情報收集衛(wèi)星”系統(tǒng)高度保密，所以衛(wèi)星的詳細(xì)參數(shù)信息難以獲知。日本還計(jì)劃于2013年發(fā)射情報收集衛(wèi)星－R4，完成二代系統(tǒng)部署。

以色列

以色列2008年1月21日發(fā)射的“技術(shù)合成孔徑雷達(dá)”（TecSAR）衛(wèi)星，也稱“北極星”（Polaris）衛(wèi)星，運(yùn)行在高度470km、傾角41°的圓軌道上，軌道周期93.8min，軌道重復(fù)周期36天。衛(wèi)星發(fā)射質(zhì)量300kg，其中有效載荷100kg，設(shè)計(jì)壽命5年。“技術(shù)合成孔徑雷達(dá)”衛(wèi)星具備較高的敏捷性，可對星下點(diǎn)兩側(cè)成像。通過姿態(tài)機(jī)動擴(kuò)大觀測范圍，提高積分時間進(jìn)而提高方位向分辨率。衛(wèi)星具有聚束、條帶、掃描和鑲嵌（超級條帶）多種成像模式，分辨率分別為1m、3m、8m和1.8m。

印度

印度在軌的雷達(dá)成像衛(wèi)星有以色列為印度研制的雷達(dá)成像衛(wèi)星－2（RISAT－2）和印度自制的雷達(dá)成像衛(wèi)星－1，它們可以軍民兩用。與印度取得巨大成功的光學(xué)成像衛(wèi)星相比，其雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星發(fā)展相對落后。為補(bǔ)充已有的光學(xué)成像能力，印度加快了天基雷達(dá)成像能力建設(shè)，從以色列購買了其“技術(shù)合成孔徑雷達(dá)”衛(wèi)星。印度稱雷達(dá)成像衛(wèi)星－2采用了一些先進(jìn)的新技術(shù)，包括160Mbit/s×4數(shù)傳系統(tǒng)、50N·m/s反作用輪（扭矩0.3Nm）、70V電源母線和雙極化相控陣天線等。衛(wèi)星成像能力與“技術(shù)合成孔徑雷達(dá)”相同。

印度雷達(dá)成像衛(wèi)星－2成像模式

雷達(dá)成像衛(wèi)星－1是印度航天“十五規(guī)劃”（2002－2007年）中計(jì)劃發(fā)展的軍民兩用雷達(dá)成像衛(wèi)星，但因技術(shù)問題進(jìn)度一再延遲，直至2012年4月份才得以發(fā)射。雷達(dá)成像衛(wèi)星－1可為印度政府和軍方提供衛(wèi)星遙感圖像信息，用于作物監(jiān)測、災(zāi)害管理和國家安全等領(lǐng)域。

雷達(dá)成像衛(wèi)星－1的有效載荷為C頻段（5.35GHz）合成孔徑雷達(dá)，由印度薩哈加納德（Sahajanand）激光技術(shù)有限公司設(shè)計(jì)和建造，印度也由此成為繼美、德、意、以、日之后世界上第6個擁有自主研制的1m分辨率成像雷達(dá)的國家。

印度雷達(dá)成像衛(wèi)星－1衛(wèi)星成像能力

國外計(jì)劃發(fā)展的雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星

雷達(dá)成像衛(wèi)星－1具有高分辨率聚束模式、精分辨率條帶模式－1、精分辨率條帶模式－2、中分辨率掃描模式和低分辨率掃描成像模式。

2 在研的雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星

隨著新軍事變革和戰(zhàn)場信息化的不斷深化，天基成像偵察系統(tǒng)作為信息獲取手段的重要作用日益增強(qiáng)。世界主要國家紛紛加速推進(jìn)各自成像偵察系統(tǒng)的發(fā)展。

3 總結(jié)

通過調(diào)研各國在軌和在研的雷達(dá)成像偵察衛(wèi)星，可總結(jié)出以下幾點(diǎn)發(fā)展趨勢：

（1）高空間分辨率

國外目前在研和即將發(fā)射的軍用雷達(dá)成像衛(wèi)星分辨率全部優(yōu)于1m，美國已經(jīng)達(dá)到了0.3m。

（2）多頻段、多極化、多模式

除德國“合成孔徑雷達(dá)-放大鏡”衛(wèi)星沒有多極化能力，以及日本“情報收集衛(wèi)星”由于保密沒有相關(guān)信息外，其他雷達(dá)成像衛(wèi)星全部具有多模式和多極化能力。

（3）具有敏捷機(jī)動能力的小型合成孔徑雷達(dá)衛(wèi)星

小型雷達(dá)衛(wèi)星具有研制周期短、更新快、造價低、工作壽命長、可快速發(fā)射、并可組網(wǎng)運(yùn)行等優(yōu)點(diǎn)，且衛(wèi)星質(zhì)量大幅度降低也為衛(wèi)星提高姿態(tài)機(jī)動敏捷性提供了支持，是未來雷達(dá)衛(wèi)星發(fā)展的重要方向之一。

（4）衛(wèi)星星座

為了提高時間分辨率，構(gòu)建雷達(dá)衛(wèi)星星座和光學(xué)/雷達(dá)混合星座是未來的發(fā)展趨勢。

（5）先進(jìn)干涉成像技術(shù)與動目標(biāo)檢測技術(shù)

干涉合成孔徑雷達(dá)技術(shù)（InSAR）可提供目標(biāo)地區(qū)或戰(zhàn)場地形的高程數(shù)據(jù)，繪制精確的三維地圖，方便地面部隊(duì)的行軍、襲擊和搜索。此外，數(shù)字化地形高程數(shù)據(jù)（DTED）還能直接裝定到精確制導(dǎo)武器中作為制導(dǎo)信息，對實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)場數(shù)字化和武器信息化至關(guān)重要，是未來發(fā)展的重點(diǎn)方向。

對活動目標(biāo)的跟蹤和監(jiān)視具有重要的軍事價值。星載動目標(biāo)檢測技術(shù)的關(guān)鍵在于如何解決地面背景雜波和自然干擾的影響，清晰地分離出目標(biāo)信息。各國正加速推進(jìn)該領(lǐng)域的研究。