标题：天基雷达
简介
  美国的天基雷达[1]隐蔽在太空中的天基雷达多种多样：有相机行事的阵式预警雷达；有定位和跟踪精度高、抗干扰能力强的分布式空间阵雷达；有将发射与接收分装，捕捉目标精度高、隐蔽性能好的卫星／机载雷达。
天基雷达处于太空中，能俯瞰所有目标，具有功能多、分辨率高、波束捷变能力强等特点。它采用相控阵技术发射毫米电波，能跟踪500～10000个飞行器，还能迅速测定杀伤效果。天基雷达系统弥补了空基雷达航程短、受地形变化及植被覆盖影响大、飞行范围受领空限制和容易受到攻击等不足，具有全天候和全球覆盖的优点，能连续监视全球关注的任何地区，特别是能自由进出敌人后方。较高的分辨率使其能实时获取静态和动态目标的信息。获取的信息既可以为首脑机关服务，也可直接分发给航行中的飞机、舰船、战车以及前线指挥员使用。天基雷达系统还有助于解决历次战争中出现过的某些令人困惑的问题，例如，其提供的目标图像信息可以区分地面集结的人群是我军、友军、敌军还是平民，以避免过去一再发生的误伤事件。它比先进的成像侦察卫星技高一筹，能提供目标地区或战场地形的高程数据，绘制精确的三维地图，大大方便了地面部队的行军、袭击和搜索（例如在阿富汗山区寻找可能隐藏“塔里班”分子的洞穴）等行动。[2][1]天基雷达按种类分可分为天基合成孔径雷达；天基高度计；天基激光雷达；天基测云雷达；天基测雨雷达；天基交会雷达等。按技术分又可分为天基空间目标（例如空间碎片）探测雷达；天基空中目标探测雷达；天基海面目标探测雷达；天基地面运动目标探测雷达和天基地面静止目标探测雷达等。[3]
主要特点
功能强大  天基雷达[4]大量的研究表明，在机动目标搜寻和装甲技术方面，天基雷达是最有前景的侦察系统，尤其是带合成孔径的现代化雷达站更是一个独特的多功能综合体。与侦察战场的光学系统相比，利用合成孔径天基雷达得到的图像，除质量要高于传统的感光照片外，图像信息量也大大高于感光图像信息量。与地基雷达相比，天基雷达也具有独特的功能，它能辨清地面0.3～1m大小的物体；自动发现并跟踪地面上速度范围在4～100km／h的移动目标；拍照制图，形成分辨率为1m左右的地形数字图。也正是因为这些特点，才使得图像分析员能连续地完成有关搜索、发现和辨别目标以及确定目标方位等一整套任务，为作战部队提供准确的战场情况和信息。[2]全时服务军事科学家在研究天基雷达的过程中，将航天设备的优势（敌方防空手段够不着、侦察的全球性）同无人驾驶飞机的优势（监视时间长、数据报告及时）结合起来，使得天基雷达的功效得到更大程度的发挥。具体做法是：在距地面770km高度的近地圆轨道上部署24个携带雷达站的航天器，组成战场侦察系统。该系统能确保高频率地（10～15min）监视战区，并且不管是任何能见度、任何时间、任何气象，不管是多远的距离、多大的视角，都能够“捕捉”到目标，从而为作战部队提供不问断的服务。此外，天基雷达使用的有源定向天线阵系统能将工作波段限制在3cm范围内。这样，敌方所有的电子或电磁干扰信号都显得无能为力，从而保证了雷达工作的全时性。[2]
造价低廉天基雷达的另一个主要特点是造价低廉。由于使用便宜的小型空间平台（计算重量为1.5t的航天器）就可以达到运载雷达的目的，所以系统的研制和运行费用也就会大幅度降低。据估计，每个运载雷达的航天器价格不超过1亿美元，而典型的军用航天器则约为3～4亿美元。即使加上运行轨道演示试验所需的费用，整个系统的造价（包括轨道设备和地面综合设备）也只有2.5亿美元左右。这些费用与其强大的侦察功能和优质的全时服务相比就显得微不足道了。因此天基雷达可以说是物超所值。[2]
功能应用
天基雷达可以对地面进行成像和高程测量，对空中和地面的运动目标进行检测以及对洋流进行观测等。此外，它还可以提高军备控制核查效果。[2]
地面成像  “长曲棍球”合成孔径雷达侦察卫星[5]军事测绘源于对地形的研究与利用，是从测绘与使用地图开始的。军用地图向来是官兵认识战场和制定作战计划的重要工具。据报道，在海湾战争中一共使用了3500万张地图。军用和民用两个方面的需求都希望能够得到高分辨率的、全球范围内的地图。如此巨大的工作量依靠人力测绘是难以完成的。雷达是光学系统的必要补充，合成孔径雷达成像侦察卫星采用了主动发射电磁波和接收目标发射电磁回波的工作方式，所以不像光学照相、光电成像和电视遥感系统那样受气象条件的制约，而能够“穿云拨雾”地昼夜工作。1988年，由美国发射的代号为“长曲棍球”的雷达成像军事侦察卫星的分辨率小于1m，能侦察到地面上像人那样大小的物体。[2]高程测量传统的合成孔径雷达（SAR）只能对地面进行二维成像。干涉合成孔径雷达（InSAR）是SAR功能的延伸和发展，它利用多个接收天线或单个天线多次观测得到的回波数据，可以对地面的高程进行估计，进而得到地面的数字高度模型。通常将单航过方式的两部天线或双航过方式的两个航迹之间的距离称为基线。为了得到高的观测精度，要求基线长度最好能达到几百米。星载雷达是唯一能够获得长基线的体制。欧空局发射的普通SAR雷达卫星ERS-1和ERS-2得到了大量的地球表面数据，人们利用双航过方式处理得到了许多地形数据，建立了大量的数字高度模型。为了克服双航过方式的局限，对原来的SIR-C／X-SAR系统进行了改进，在“奋进”号航天飞机上加装了一部接收天线作两路干涉处理。为了获得较长的基线，制成了60m长的碳纤维复合材料长臂，并把其中一部接收天线安装在长臂的一端。机载雷达的高程测量精度已达到5m（德国的E—SAR）。由于可以获得较长的基线，天基雷达的高程测量精度已达到1m。[2]
运动目标检测运动目标的检测是军用雷达的一项重要功能，按照其检测的对象可以分为空中目标检测和地面目标检测。空中目标是高速目标，地面运动目标则属于低速目标，由于其速度小，多普勒频率和地面固定物体接近，因而检测难度更大。美国在冷战结束后对星载监视雷达对运动目标检测方面提出的要求是：能够检测700×700k㎡范围内的空中目标以及200×200k㎡范围内的地面目标；对空中目标，要求检测的最小雷达截面积小于1m，最小可检测速度为30m／s；对地面目标，要求检测的最小雷达截面积小于5㎡，最小可检测速度为2m／s；对空中目标的再次观测时间间隔为10s数量级，对地面目标的再次观测时间间隔为60s数量级；同时能够完成3m分辨率的地面成像。[2]
洋流观测占地球表面71％的海洋无时不处于非惯性、大尺度的低频运动中。通过常规的海洋调查方法难于掌握海洋现象的总体规律，光学遥感也有很大的局限性。天基雷达不仅可以测量海洋的涌动、内波、大洋水团边界以及海气相互作用形成的峰面，而且最主要的是它可以测量海平面的高度起伏和洋流的速度和方向。海洋观测对于许多领域的基础研究，以及民用领域和气象预报等都会发挥重要的作用。[2]
地壳变化和大陆漂移差分干涉合成孔径雷达是成像技术的进一步发展，利用差分干涉相位测量技术能够检测到地球表面的微小变化，其精度可以达到厘米级。美国、欧洲、日本和加拿大的很多科研机构都开展这方面的研究，并制定了发展计划。[6]
军备控制核查天基雷达可以提高军备控制核查的效果。在前苏联与美国签署的军备控制条约中，缔约国必须提供条约所限制的装备的数量和部署信息，允许进行空中核查并可以进行现场核查。但条约中又限制了核查次数和核查地点，因此还要尽可能通过空中和现场核查之外的手段获取更多的信息。此外，在对方未公开的地方找出需要核查的地点也是很重要的。光学探测器的分辨率虽高，但不能透过云层，也不能在夜间工作。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物，可用于军备控制条约的核查和对危机的监视。此外，对弹道导弹的防御也是天基雷达的一个重要用途。[2]
搜集电子与通信情报通过GMTI提供的有关车辆通行与部队调动的数据，还能了解相关的军事活动。宽带天基雷达可在无源雷达工作状态下工作，可获取相同波段全球地面、海面与空基雷达的信息，并对它们进行定位。[6]
平台和轨道
天基雷达的平台就是卫星、航天飞机和空间站。这些平台通常围绕地球旋转，其上的雷达独立工作，将探测到的信息传回地面。为了获得高精度的地面数字高度模型，以及对运动目标进行检测，往往需要多天线的雷达系统。双天线雷达系统可以采用3种结构：单星方式、双星方式和系留天线。单星方式指两个天线安装在同一个卫星平台上；双星方式是两个卫星各自携带一个天线而伴随飞行；系留结构指一个天线安装在卫星上，另一个天线用绳索和电缆连接悬浮在卫星旁边几十米至几百米的位置。除了传统的平台和雷达以外，特别值得注意的是，国外的科研机构还提出了一种全新的概念，称为分布式雷达体制。
采用小卫星星座作为雷达平台的体制，称为分布式星载雷达。小卫星星座平台可以安装多个小天线和多个接收机，通过各卫星的协同工作完成探测任务。显然，由于天线在空间的分布，就为需要有较长基线实现精确测高和测速的SAR干涉仪提供了方便。小卫星天线的尺寸通常在2m～4m的量级，采用较小的天线发射和接收信号可以获得较高的方位分辨率和较大的一次成像面积，但必须解决方位和多普勒模糊的问题。小卫星之间的距离一般为100m至几Km，一个星座内由3个至几十颗小卫星构成。一个星座相当于一个大卫星，几十个星座同时工作（需要几百颗或上千颗小卫星）可以实现全球覆盖。但由于小卫星制造和发射费用小，可以批量生产，一箭多星发射，其总的费用并不会很高。由于具有广泛的优点，这种体制已经成为一种发展趋势。[6]
高轨道预警平台主要是同步静止轨道卫星和大椭圆轨道卫星。同步静止轨道卫星（36000km）可以对特定区域进行24小时完全覆盖。三颗该卫星可实现全球中低纬地区24小时无缝隙覆盖：大椭圆轨道卫星的飞行时间为l2小时，能够覆盖北纬高纬度地区，可弥补同步卫星观察区域的局限性。在该平台上主要以光学探测尤其是中短波红外探测为主．主要探测对象为火箭、弹道导弹和航天器主动飞行的发射段。[7]
中低轨预警平台中低轨道卫星平台雷达探测具有地面分辨率高、信噪比高，可实现目标的精确的位置、速度和加速度信息。但其空域覆盖和时域连续性观测都受到较大限制，可以通过多颗卫星组网解决，从而实现对全球或敏感地区的24小时无缝隙覆盖。形成对目标的立体观测，对弹道导弹目标主动段、自由段和再入段实现全程观测，有力支持战术导弹防御。同时可对各种空间飞行器、反卫星武器以及空间垃圾进行探测和监视。[7]
天基雷达的体制
单基地天基雷达天基雷达系统与星载高分辨率合成孔径雷达相比，其技术难度更大。为了能够远距离的发现空中、地面目标，天基雷达需要很大的功率孔径积。同时卫星的有效载荷其承重力和功率有限，这对天基雷达体制的选择面临巨大的挑战。国际上相关论证的天基雷达体制基本为有源相控阵体制，其主要优势有：
可充分利用相控阵天线的空间合成能力，获得大的发射功率；
可降低相控阵天线中馈线系统的损耗；
采用相控阵共形阵列天线可充分利用载体平台的外形；
当使用数字式T／R组件时,可进一步去除普通RF T／R组件中的移相器、衰减器和相应的控制电路、RF功率分配系统，简化系统设计；
利于减轻天线重量和体积；可实现高增益、低副瓣，高可靠性。[7]
天空地双（多）基地雷达天空地双（多）基地雷达指发射站置于卫星上,然后利用位于卫星、飞机、地面或舰船上的接收站探测空中目标的系统。由于接收站离目标近（相对于卫星接收站），所以从目标到接收站的信号衰减小一些，可充分利用能量。
天空地双基地雷达的工作体制有：T—R、TR—R、TR—TR三种，可利用星载雷达作为发射站（TR）在空间发射，配以单独的接收站（R）或收发混用的雷达站（TR）在空中、地面接收，构成TR—R混合式天空地双基地雷达，根据需要可以配备多个接收站构成TR—RN混合式天空地多基地雷达。
天空地双基地雷达的突出优点之一是发射站在空问，将地球曲率的影响降到最低，这大大增加了双／多基地雷达的空间探测性能。同时雷达发射机在空间，发射站生存能力有了较大的提高。天空地双（多）基地雷达由于收发分置，从体制上具有反侦察、反干扰和反隐身等方面的优势，但它仍需解决多站定位、时间同步、相位同步和空间同步等关键技术。[7]
发展现状
美国美国面临的一个核心挑战是通过性能更优的雷达和其他传感系统，更准确地预测针对美国的任何攻击并发展反攻击能力。美国很早就致力于研发天基雷达系统。据美国五角大楼称，太空是美军必争的新制高点。美国积极向太空发展，研发新型天基武器，以确保将天基作战能力与美军的地面作战和情报搜集能力融为一体。
据报道，美国空军正在加紧推进天基雷达项目。天基雷达计划是美军为实施转折性空间力量增强战略的一项具体内容。该计划的任务是建造一个由8～10颗雷达成像卫星组成的系统，卫星上主要有效载荷为合成孔径雷达和动目标指示器（MTI），旨在为美国分布在全球的武装部队提供实时的战术和战场信息。它将与空基（机载）E-8联合监视目标攻击雷达系统（JSTARS）和无人机（UAV）协同工作，成为空、天、地一体化的情报、监视与侦察（ISR）系统的重要组成部分。
天基雷达计划由原来的“发现者-2”计划演变而来，“发现者-2”计划即美国国防先进研究计划局（DARPA）在1998年支持的“监视、目标瞄准与侦察卫星”（Starlite）计划”。其任务是在2010年完成2颗天基雷达成像演示验证卫星，然后再考虑下一步应用，部署由24颗卫星组成的实用性星座。但是，2000年美国国会在讨论2001财年国防部预算时认为，“发现者-2”计划的需求不清，与国家侦察局（NRO）的未来成像体系（FIA）的任务分工不明，尚未研制其经费预算就从起初的35亿美元上升到65～120亿美元。另外，该计划缺乏如何从演示验证过渡到实际应用的方案或设想。因此，美国国会取消了“发现者-2”计划，但仍向NRO拨款3000万美元，用于开发天基雷达所需的关键技术。
为了继续开发天基雷达成像卫星，美国空军于2001年提出了天基雷达计划。该计划拟建成的星座的卫星数量为8～10颗，比“发现者-2”计划减少了约2／3。两者最重要的区别在于天基雷达计划不需要经过演示验证，而是一步到位，直接建立实用星座。美国空军认为，在天基雷达卫星的关键技术上已经取得了长足的进展。根据Teal集团公司的估计，该卫星约重2000kg，设计寿命为10年，卫星有效载荷是孔径为40～50㎡的合成孔径雷达／动目标指示器（SAR／MTI）。它可能运行在离地面770km的圆轨道上，其图像的地面分辨率为lm。卫星将用洛克希德·马丁公司的“宇宙神-5”或波音公司的“德尔他-4”运载火箭发射，数据处理与传输由现有的地面站完成。诺斯罗普·格鲁曼、哈里斯和罗马3家公司接受了DARPA的委托，正在开展有关天基雷达方案“创造性天基雷达技术”的研究以及轻质量天基雷达天线的研制。同时，麻省理工学院的林肯实验室承担了该系统的轨道方案研究，以确定采用低轨道还是中高轨道。如果天基雷达计划执行得顺利，将于2012～2013年投入使用。[2]
日本日军认为，高技术的侦察监视是赢得现代战争至关重要的手段。为了对付“周边事态”和建立自主的天基情报侦察系统，日本于2003年3月发射了一颗光学侦察卫星和一颗雷达侦察卫星，其中光学侦察卫星的分辨率为lm，雷达侦察卫星的分辨率为3m，并具有全天时、全天候侦察和一定的识别伪装能力。据报道，日本计划发射4颗间谍卫星，根据这一计划，2005年度发射2颗间谍卫星，分别安装合成孔径雷达和光学传感器，以提高对地面的拍摄能力。2007年度发射的另外两颗间谍卫星将具有更高的解析能力，能够分辨地面上更小的物体。到2010年前后，日本将具有自主的天基军用侦察和军用通信能力。到2020年前后，日本将进一步加强天基军用侦察和军事通信能力，能够建立和使用包括侦察监视、通信广播、导弹预警、导航定位和气象预报等种类齐全、功能强大的军用航天体系。[2]
法国法国早在1994年便计划研制雷达侦察卫星“奥西里斯”，但由于造价太高（25亿美元）和缺少合作伙伴，这一计划被取消了。1999年，法国的阿尔卡特公司和马可尼公司根据国防部的订货，开始设计小型合成孔径雷达卫星系统，并将其命名为“同位元素组”，每组卫星重1t，既可完成军事任务，也可民用。该系统的造价不超过10亿美元。法国计划在2006年前发射雷达侦察卫星。[2]
德国在德国，雷达卫星的研制计划被命名为“雷达放大镜”。1999年，德国国防部将两个年度合同交给了OHB系统公司和道尼尔公司，评估研制小型合成孔径雷达卫星的技术可行性，以及与使用重型卫星相比的经济效能。[2]
英国英国没有研制自己的侦察卫星的计划，因为作为美国最亲密的战略伙伴，英国人可以获得美国航天侦察的信息。但英国也对天基雷达抱有极大的兴趣，马特拉／马可尼航天公司与德国道尼尔公司已经开始制订TerraSAR计划。这两家公司已将航天器的初步方案准备完毕，在卫星上的雷达分辨率达lm。根据计划在2004年发射，此种卫星既可为欧洲航天局以及欧洲国家的民用机构和私人公司提供服务，也可为北约和西欧联盟的军事机构所利用。 [2]
印度印度是世界上第6个具有独立发射卫星能力的国家之一。早在20世纪80年代初就发射过执行侦察任务的卫星，但分辨率都不太高，印度制定了一项新的军事航天计划，于2001年10月份成功发射了一颗监视巴基斯坦军队活动的实验性监视卫星---- 技术实验卫星（TES），其分辨率为1m。印度计划到2005年发射4颗分辨率达到50 cm的系列侦察卫星。[6]
中国中国发展太空侦察已有20多年的历史，已先后发射了多颗返回式侦察卫星。2002年5月，装有平面合成孔径雷达的卫星“海洋-1”（HY-1）发射升空，该卫星在700km的空间轨道上的分辨率为5m。中国的第二代雷达卫星也已在研制。展望未来，中国的航天事业前景十分美好，中国将逐步建成具有多种功能、覆盖多种轨道，包括遥感、导航定位、通信、跟踪与数据中继等多种卫星系统在内的空间基础设施，建立天地统筹的卫星地面应用系统，形成能够长期稳定运行的，实施全天候、全天时、全立体观测的天地一体化网络系统——天基综合网络系统，使空间信息资源最大程度地满足国防和国民经济建设的需要。[2]
20世纪80年代末，中国863计划部署了发展合成孔径雷达（SAR）及相关技术的一系列课题，在经过星载SAR关键技术攻关之后，中国天基雷达卫星已经研制成型。 
早在2004年中国航天局就表示，中国将向太空发射多枚光学小卫星和合成孔径雷达小卫星，建立一个专门用于环境和灾害监测预报的小卫星星座，以形成由灾害信息运行系统和环境资源相结合的天地一体灾害管理系统。其中2006年两颗光学小卫星已经以一箭双星的方式发射完毕，第三颗合成孔径雷达小卫星已经在2007年发射完毕，组成了2+1星座。到2010年，实现4颗光学小卫星和4颗合成孔径雷达小卫星组成的4+4星座。[3]
发展趋势
多功能天基雷达可以实现多种功能，采用一个卫星平台或一个星座完成多种功能是一个趋势，雷达对地面成像往往作为一个基本功能不可缺少。[6]
高分辨率由于技术上的原因，星载红外遥感的分辨率仅能达到10m左右，可以与可见光遥感图像分辨率相提并论的只有天基SAR。与可见光遥感相比，SAR具有全天候和全天时、能够穿透植被的优点，因此受到越来越多国家的重视。为了能够对地面静止和运动的各种目标进行有效识别，图像的分辨率必须达到0?.1m～ 0.3m，所以高分辨是一个发展趋势。[6]
多极化极化指雷达发射和接收电磁波时的电场强度取向，利用不同的极化，可以提高目标的法线和识别概率。有些目标的交叉极化回波具有显著特点，可以作为识别这类目标的重要手段。[6]
多波段星载雷达主要工作在L、C、X三个波段。研究表明：在农作物的分类识别和估产方面，C波段优于L波段；在洪水检测、水资源探测方面，L波段优于C波段；L波段穿透地表的能力明显优于x波段和C波段，而在对海面、海冰的探测方面C波段比较有利，L波段地内波的探测比较有利。另外P波段和Ku波段的雷达也有各自的好处，P波段雷达穿透植被的能力特别强，叶簇对于P波段几乎是透明的，Ku波段可以对地物、地貌清晰成像，成像效果类似可见光。多波段是一个发展趋势，美国的长曲棍球就配置了L、X两个工作波段。[6]
平台小型化随着微机械、微电子技术的发展，采用小卫星、微卫星或者星座作为平台，使系统小型化也是一个趋势。[6]