国外合成孔径雷达侦察卫星发展现状与趋势分析
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0 引言
未来战场状况瞬息万变，实时掌握正确的情报信息是取得战争主动权的重要因素，对敌照相侦察是进行情报收集的有效手段。然而利用各种天然环境与人为工事、配合黑夜与恶劣气候条件、隐蔽及掩护部队（武器）行踪可使得传统光学影像无能为力，这也给雷达影像以发展契机。
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向高分辨率遥感成像的雷达系统，在成像雷达中占有绝对重要的地位。近年来由于超大规模数字集成电路的发展、高速数字芯片的出现以及先进的数字信号处理算法的发展，使SAR具备全天候、全天时工作和实时处理信号的能力，并已经成为现代战争军事情报侦察的重要工具[1]。了解与研究国外SAR侦察卫星的发展现状及趋势，无论是对我国开发新的SAR卫星系统还是研究反SAR侦察技术都具有重要的现实意义。
1　国外SAR侦察卫星的发展现状
1.1 美国的Lacrosse卫星
    “长曲棍球”（Lacrosse）卫星是美国的军用雷达成像侦察卫星。它不仅适于跟踪舰船和装甲车辆的活动，监视机动或弹道导弹的动向，还能发现伪装的武器和识别假目标，甚至能穿透干燥的地表，发现藏在地下数米深处的设施。美国已经发射了Lacrosse-1（1988年12月）、Lacrosse-2（1991年3月）、Lacrosse-3（1997年10月）、Lacrosse-4（2000年8月）、Lacrosse-5（2005年4月），其中Lacrosse-1已经退役，并正在研制Lacrosse-6，分辨率从最初的1 m提高到0.3 m。“长曲棍球”卫星已成为美国卫星侦察情报的主要来源，美国军方计划再订购6台“长曲棍球”卫星上的SAR，每台SAR的价格约5亿美元[2]。
1.2 美国的Discover II卫星
“发现者II”（Discover II）卫星是由美国空军、美国国防部高级研究计划署（DARPA）和国家情报局（NRO）联合开发的SAR卫星系统，计划开始时间为1998年2月，预计完成时间为2010年。Discover II能够提高对战场的监测和侦察能力，通过多星协作实现对全球地面目标
的精确监控，实现高距离分辨率地面动目标检测（HRR-GMTI）、合成孔径雷达成像和获得高分辨率数字地形高程数据（DTED）的能力[3]。
最初，Discoverer II计划包含24颗近地轨道卫星，入射角约为54度，组成Walker星座，轨道高度为770km。现在的Discoverer II计划研制并发射了两颗HRR-GMTI/SAR卫星用于实验，这两颗卫星集成TES（Tactical Exploitation System：战术拓展系统）系统，将对其进行一年的在轨观测论证。这些论证将为将来的多星星座系统在技术可行性、耗资、任务完成能力等方面提供可靠的参考[4]。
1.3 以列的TecSAR卫星
以列的TecSAR间谍卫星于2008年1月21日在印度斯里赫里戈达的卫星发射中心成功升空，2008年1月31日得到了第一幅SAR图像。该卫星重量达300kg，其中包括100kg的合成孔径雷达有效载荷。这种多模式有效载荷采用电子束控制，它是一种低地球轨道合成孔径雷达技术演示器，将以大约每90分钟一次的速率通过特定的目标区域，主要用于对传言正在进行核武器开发的伊朗进行侦察。
国外java phpTecSAR的合成孔径雷达有效载荷能够在白天、夜晚及全天候条件下提供高分辨率图像（最高可以辨别地面10厘米范围的图像），并能在24小时内提供双倍数量的可用情报，可工作在多种模式，并且其天线非常敏捷，可以很快地从一个目标调整向另一个目标[5]。
1.4 意大利的Cosmo-skymed卫星
由意大利自行研制的、花费约9亿欧元的军民两用Cosmo-skymed（Constellation of Small Satellites for Mediterranean Basin Observation）卫星是一个新的地球观测系统，它是基于4颗雷达卫星的星座，每颗卫星运行在高度为619.6km的太阳同步轨道上。前两颗卫星已于2007年6月与2007年12月发射升空，剩余两颗将分别于2008年和2009年发射。该星座与成熟的地面设备将全天时、全天候地监测地球表面，最高分辨率为1米，扫描带宽为10公里，且可以利用不同入射角的两颗雷达测量数据干涉形成三维立体图像，具备雷达干涉测量地形的能力[6]。
1.5 德国的SAR-Lupe
德国的SAR-Lupe军事雷达卫星，是欧洲高分辨率天基成像雷达的首次应用[7]。该系统独特
的设计概念是包括五颗卫星的星座，分布在三个不同轨道上。在轨道上只要有2颗卫星就能保证该系统正常工作，之所以要发射5颗卫星主要是为预防卫星在轨道上发生故障。该系统卫星每颗重770公斤。卫星搭载的雷达成像设备可以在任何照明和气象条件下对地表设施进行观测和拍照，其图像分辨率约为0.7米。卫星还可以辨认运动中的汽车及飞机型号，并能识别地面“特殊设施”。整个系统耗资约3亿欧元，设计工作年限为10年。前三颗SAR-Lupe卫星分别于2006年12月、2007年7月、2007年11月发射成功，后两颗将于2008年中期发射。最后两颗SAR-Lupe卫星的技术改造工作已经开始，项目名称为SARah，主要目的是研制有源雷达系统，尤其是高功率放大器管。
SAR—Lupe是目前世界上重量最小的雷达成像侦察卫星，其装备有星间通信链路，以加快成像指令从一颗卫星向另一颗卫星的传递速度，缩短图像获取的延迟时间。地面控制人员可将成像指令发给处在地面站视线范围内的一颗卫星，该卫星会通过星间无线电通信链路将这一指令直接传递给处在德国军方想要对那里成像的另一地方上空的卫星。利用这些卫星上的星间通信链路，欧盟军事终端用户能够在成像指令发出后11小时内接收到卫星对全球任一地点拍摄的图像数据。SAR—Lupe卫星必将增强欧洲空间监视能力[8]。
1.6 其他SAR侦察卫星
俄罗斯正在研制一颗名为“E”(Kondor-E)的S波段小型雷达卫星，该卫星只有800千克（国外类似卫星重达2-3吨），且费用比国外类似卫星减少4-5倍。其多功能雷达可提供Kondor-E轨道两侧各500千米范围内的高分辨率图像，还能提供30幅数字地图模拟图像[9]。
    日本于2006年1月24日发射了一颗Alos（Advanced Land Observing Satellite）卫星，Alos配备了相控阵L-波段合成孔径雷达，具有24.00-89.00米微波谱段极化分辨率，可实现全天候的陆地观测[10]。
韩国将于2008年发射“阿里郎-5”号多用途卫星，该卫星上搭载最主要的信息捕获装备是合成孔径雷达，它可以用来对地表农作物生长状况、地下资源探测等进行远距离观测及拍摄，并向韩国科技部门提供多种科学数据信息。而且值得一提的是，由于该雷达是通过捕获地面映像来获得数据的，因此它不受空中云层及夜晚光线不足的限制，从这一点上来说，它将有可能实现军事用途[11]。
2  国外SAR侦察卫星的发展趋势
纵观国外SAR侦察卫星的发展过程，随着需求的扩增和科学技术的发展，合成孔径雷达技术
主要向以下几个方向发展。
2.1　多参数（多频段、多极化和多视角）是未来星载SAR的主要特征
SAR不同的极化方式能使被探测的地物具有不同的电磁响应，即具有不同的后向散射特性，地物层次变化对比亦不相同。因此，采用多极化方式，可以显著改善信号和图像的详细性和可靠性，再加上在不同频段和不同的视角下对地观测，就可以完整地定量分析地面目标的雷达散射特性。正是如此，多参数SAR系统必将会越来越受到重视。
2.2 小型化成为未来星载SAR的主要趋势
随着战场环境的日益变化，大卫星逐步暴露出一些明显的弊端，主要体现于造价高昂、维护不便、应急发射困难、战术保障和快速反应能力有限等等。随着航天技术的发展，特别是轻型天线技术、集成电路技术和固态电子器件技术等的发展大大降低了卫星的重量和体积，使性能高、体积小、重量轻和成本低的小星载合成孔径雷达卫星研制成为可能。与大卫星相比，小卫星的战场生存能力和快速反应能力要强得多，并已经发挥了一些作用。SAR卫星应用的效费比明显提高，研制费用大幅降低，在军事和经济上的应用越来越重要，越来越普及，研制SAR卫星的国家越来越多，天基SAR已经不再是少数大国的专利。
2.3 SAR卫星与可见光卫星的多星组网是未来主要的应用模式
多颗合成孔径雷达卫星和光学卫星组网可提高侦察情报的时效性，即将航天侦察的“盲区”降至最低，也可弥补可见光成像受气候条件限制的不足，并发挥SAR具有一定的穿透能力，揭露伪装的特点，使各种侦察卫星优势互补。由其构成的图像情报获取系统，既可以对各国军事目标进行长期的、大范围战略侦察和军事测绘，又可以根据未来战争的发展，对局部战场进行高分辨率、高重复性的战术侦察和打击效果评估等。
2.4 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达
分布SAR并不是简单的卫星组网，它是利用2颗或多颗轨道具有相互关系的卫星配合工作，一颗卫星发射多颗卫星接收，或多颗卫星发射多颗卫星接收，实现单颗卫星不能实现的功能，或获得单颗卫星不能达到的技术指标。如实现干涉SAR成像、地面运动目标显示、增加成像带宽、提高SAR图像分辨率等。
2.5军用和民用卫星的界线越来越不明显
星载合成孔径雷达在商业民用和军事侦察上都具有比较大的应用价值，但两者对雷达卫星的
技术指标的要求侧重有所不同。一般来讲，商业民用要求雷达卫星具有宽的测绘带宽和高精度的辐射定标，并具有中等分辨率的图像（一般低于5 m）；军事侦察在强调测绘带宽的同时，更强调高分辨率，分辨率一直是军事侦察中最关键的技术指标，军用侦察卫星的图像分辨率一般应优于1 m。随着卫星技术的提高，工作模式的增多，卫星的功能和技术指标也不断提高，有些卫星虽然是商业民用卫星，也具有较大的军事应用价值，如欧洲正着眼于军民两用的“预备队”，即德国的Terra-SARX波段雷达卫星和意大利的“Cosmo-skymed”雷达卫星。德国计划发射由两颗Terra-SARX波段卫星组成的编队系统，可提供精确度优于2米的三维图像。意大利政府希望制造4颗“Cosmo-skymed”卫星，当4颗卫星全都进入619千米高的轨道工作时，将能够以12小时的周期拍摄地球表面任何地方的图像。它们具备多种不同的地面分辨率模式，分辨率在1-100米之间。
3 结束语
SAR侦察卫星具有全天时、全天候、不受大气传播和气候影响、穿透力强等优点，并对某些地物具有一定的穿透能力。这些特点使它在军事应用中具有独特的优势，必将成为未来战场上的杀手锏。因此，各航天国家纷纷计划或发展自己的SAR侦察卫星。21世纪必将是SAR侦察卫星飞速发展的新世纪。
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