國外雷達成像偵察衛星發展研究

李高峰 宋博（北京空間科技信息研究所）

目前，國外偵察衛星系統已經發展了幾代，形成了成像偵察、電子偵察、海洋監視等衛星系統。在成像偵察衛星中，由于雷達成像偵察衛星可全天時、全天候工作，同時具有一定的穿透能力，能識別偽裝，發現地下軍事設施，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，這對全面觀測戰區、偵察全球性軍事動態有重要的意義。此外，在運動目標識別等熱點應用領域，雷達成像偵察衛星比光學成像偵察衛星具有更大的潛力。

1 在軌雷達成像偵察衛星

美國

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

“長曲棍球”衛星也稱為“黑寶石”衛星（Onyx），帶有合成孔徑雷達（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行，主要為美國情報界提供戰略偵察情報。衛星具有標準、寬幅、精分辨率和試驗4種工作模式，最高分辨率可達0.3m。

20世紀90年代末，美國開始發展新一代光學和雷達混合星座—“未來成像體系”。但由于關鍵技術未解決、經費超支和進度延誤，“未來成像體系”星座的光學衛星項目于2005年取消，其雷達衛星項目仍繼續由波音公司研制。“未來成像體系”的首顆衛星在2010年9月20日由宇宙神－5火箭發射升空。與“長曲棍球”衛星相比，“未來成像體系”衛星改用逆行軌道，軌道高度提升了約450km，雷達功率也得到大幅提高。

歐洲

目前，歐洲的雷達成像偵察衛星系統包括德國的“合成孔徑雷達-放大鏡”（ SAR-Lupe）軍用星座系統和意大利軍民兩用“宇宙-地中海”（Cosmo-SkyMed）星座系統。

“合成孔徑雷達-放大鏡”由5顆衛星組成星座，于2006年12月至2008年7月期間發射，設計壽命10年。德國國防部和聯邦國防技術和采購辦公室（BWB）負責該項目采辦，作為德國軍方的戰略偵察資源，為軍方提供全天候空間偵察和監視能力，特別是沖突和熱點地區或災害地區。“合成孔徑雷達-放大鏡”衛星質量僅為770kg，具有很高的姿態敏捷度，可靈活改變雷達指向，對多個目標成像或提高成像積分時間。雷達工作頻率為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計。衛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。

美國在軌雷達成像偵察衛星

德國“合成孔徑雷達-放大鏡”星座軌道配置（北極視角）

“宇宙-地中海”是意大利航天局和意大利國防部聯合開發的一個軍民兩用X頻段雷達衛星星座。每顆衛星均帶有合成孔徑雷達，主要為意大利政府提供軍民用雷達遙感圖像，同時依據協議也為法國政府提供軍用圖像。另外還采取商業運行模式為外界提供商業遙感圖像。“宇宙-地中海”由4顆衛星組成星座，于2010年完成部署，衛星發射質量1700kg，設計壽命5年。

“宇宙-地中海”衛星觀測能力

意大利“宇宙-地中海”衛星成像模式

日本

2011年12月12日，日本發射了情報收集衛星－R3（IGS－R3），使日本的雷達成像偵察能力得以恢復。由于日本“情報收集衛星”系統高度保密，所以衛星的詳細參數信息難以獲知。日本還計劃于2013年發射情報收集衛星－R4，完成二代系統部署。

以色列

以色列2008年1月21日發射的“技術合成孔徑雷達”（TecSAR）衛星，也稱“北極星”（Polaris）衛星，運行在高度470km、傾角41°的圓軌道上，軌道周期93.8min，軌道重復周期36天。衛星發射質量300kg，其中有效載荷100kg，設計壽命5年。“技術合成孔徑雷達”衛星具備較高的敏捷性，可對星下點兩側成像。通過姿態機動擴大觀測范圍，提高積分時間進而提高方位向分辨率。衛星具有聚束、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

印度在軌的雷達成像衛星有以色列為印度研制的雷達成像衛星－2（RISAT－2）和印度自制的雷達成像衛星－1，它們可以軍民兩用。與印度取得巨大成功的光學成像衛星相比，其雷達成像偵察衛星發展相對落后。為補充已有的光學成像能力，印度加快了天基雷達成像能力建設，從以色列購買了其“技術合成孔徑雷達”衛星。印度稱雷達成像衛星－2采用了一些先進的新技術，包括160Mbit/s×4數傳系統、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。衛星成像能力與“技術合成孔徑雷達”相同。

印度雷達成像衛星－2成像模式

雷達成像衛星－1是印度航天“十五規劃”（2002－2007年）中計劃發展的軍民兩用雷達成像衛星，但因技術問題進度一再延遲，直至2012年4月份才得以發射。雷達成像衛星－1可為印度政府和軍方提供衛星遙感圖像信息，用于作物監測、災害管理和國家安全等領域。

雷達成像衛星－1的有效載荷為C頻段（5.35GHz）合成孔徑雷達，由印度薩哈加納德（Sahajanand）激光技術有限公司設計和建造，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分辨率成像雷達的國家。

印度雷達成像衛星－1衛星成像能力

國外計劃發展的雷達成像偵察衛星

雷達成像衛星－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 在研的雷達成像偵察衛星

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

3 總結

通過調研各國在軌和在研的雷達成像偵察衛星，可總結出以下幾點發展趨勢：

（1）高空間分辨率

國外目前在研和即將發射的軍用雷達成像衛星分辨率全部優于1m，美國已經達到了0.3m。

（2）多頻段、多極化、多模式

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

（3）具有敏捷機動能力的小型合成孔徑雷達衛星

小型雷達衛星具有研制周期短、更新快、造價低、工作壽命長、可快速發射、并可組網運行等優點，且衛星質量大幅度降低也為衛星提高姿態機動敏捷性提供了支持，是未來雷達衛星發展的重要方向之一。

（4）衛星星座

為了提高時間分辨率，構建雷達衛星星座和光學/雷達混合星座是未來的發展趨勢。

（5）先進干涉成像技術與動目標檢測技術

干涉合成孔徑雷達技術（InSAR）可提供目標地區或戰場地形的高程數據，繪制精確的三維地圖，方便地面部隊的行軍、襲擊和搜索。此外，數字化地形高程數據（DTED）還能直接裝定到精確制導武器中作為制導信息，對實現戰場數字化和武器信息化至關重要，是未來發展的重點方向。

對活動目標的跟蹤和監視具有重要的軍事價值。星載動目標檢測技術的關鍵在于如何解決地面背景雜波和自然干擾的影響，清晰地分離出目標信息。各國正加速推進該領域的研究。