天基雷達

天基雷達（Space Based Radar，SBR）又稱為星載雷達或太空雷達，是指以太空飛行器為工作平台的交會雷達、合成孔徑雷達或預警雷達。天基雷達一般以衛星為載體，如高軌道星載雷達，它被設定在36000km高空的同步衛星上，利用直徑30m左右的天線把太陽能提供的發射功率輻射到地面上，再由地面上的相控陣多波束天線接收運動目標的信號，構成大面積的對空搜尋範圍。

簡介

隱蔽在太空中的天基雷達多種多樣：有相機行事的陣式預警雷達；有定位和跟蹤精度高、抗干擾能力強的分散式空間陣雷達；有將發射與接收分裝，捕捉目標精度高、隱蔽性能好的衛星/機載雷達。

美國的天基雷達

天基雷達處於太空中，能俯瞰所有目標，具有功能多、解析度高、波束捷變能力強等特點。它採用相控陣技術發射毫米電波，能跟蹤500～10000個飛行器，還能迅速測定殺傷效果。天基雷達系統彌補了空基雷達航程短、受地形變化及植被覆蓋影響大、飛行範圍受領空限制和容易受到攻擊等不足，具有全天候和全球覆蓋的優點，能連續監視全球關注的任何地區，特別是能自由進出敵人後方。較高的解析度使其能實時獲取靜態和動態目標的信息。獲取的信息既可以為首腦機關服務，也可直接分發給航行中的飛機、艦船、戰車以及前線指揮員使用。天基雷達系統還有助於解決歷次戰爭中出現過的某些令人困惑的問題，例如，其提供的目標圖像信息可以區分地面集結的人群是我軍、友軍、敵軍還是平民，以避免過去一再發生的誤傷事件。它比先進的成像偵察衛星技高一籌，能提供目標地區或戰場地形的高程數據，繪製精確的三維地圖，大大方便了地面部隊的行軍、襲擊和搜尋（例如在阿富汗山區尋找可能隱藏“塔里班”分子的洞穴）等行動。天基雷達按種類分可分為天基合成孔徑雷達；天基高度計；天基雷射雷達；天基測雲雷達；天基測雨雷達；天基交會雷達等。按技術分又可分為天基空間目標（例如空間碎片）探測雷達；天基空中目標探測雷達；天基海面目標探測雷達；天基地面運動目標探測雷達和天基地面靜止目標探測雷達等。

主要特點

功能強大

大量的研究表明，在機動目標搜尋和裝甲技術方面，天基雷達是最有前景的偵察系統，尤其是帶合成孔徑的現代化雷達站更是一個獨特的多功能綜合體。與偵察戰場的光學系統相比，利用合成孔徑天基雷達得到的圖像，除質量要高於傳統的感光照片外，圖像信息量也大大高於感光圖像信息量。與地基雷達相比，天基雷達也具有獨特的功能，它能辨清地面0.3～1m大小的物體；自動發現並跟蹤地面上速度範圍在4～100km/h的移動目標；拍照製圖，形成解析度為1m左右的地形數字圖。也正是因為這些特點，才使得圖像分析員能連續地完成有關搜尋、發現和辨別目標以及確定目標方位等一整套任務，為作戰部隊提供準確的戰場情況和信息。

天基雷達

全時服務

軍事科學家在研究天基雷達的過程中，將航天設備的優勢（敵方防空手段夠不著、偵察的全球性）同無人駕駛飛機的優勢（監視時間長、數據報告及時）結合起來，使得天基雷達的功效得到更大程度的發揮。具體做法是：在距地面770km高度的近地圓軌道上部署24個攜帶雷達站的太空飛行器，組成戰場偵察系統。該系統能確保高頻率地（10～15min）監視戰區，並且不管是任何能見度、任何時間、任何氣象，不管是多遠的距離、多大的視角，都能夠“捕捉”到目標，從而為作戰部隊提供不問斷的服務。此外，天基雷達使用的有源定向天線陣系統能將工作波段限制在3cm範圍內。這樣，敵方所有的電子或電磁干擾信號都顯得無能為力，從而保證了雷達工作的全時性。

造價低廉

天基雷達的另一個主要特點是造價低廉。由於使用便宜的小型空間平台（計算重量為1.5t的太空飛行器）就可以達到運載雷達的目的，所以系統的研製和運行費用也就會大幅度降低。據估計，每個運載雷達的太空飛行器價格不超過1億美元，而典型的軍用太空飛行器則約為3～4億美元。即使加上運行軌道演示試驗所需的費用，整個系統的造價（包括軌道設備和地面綜合設備）也只有2.5億美元左右。這些費用與其強大的偵察功能和優質的全時服務相比就顯得微不足道了。因此天基雷達可以說是物超所值。

功能套用

天基雷達可以對地面進行成像和高程測量，對空中和地面的運動目標進行檢測以及對洋流進行觀測等。此外，它還可以提高軍備控制核查效果。

地面成像

軍事測繪源於對地形的研究與利用，是從測繪與使用地圖開始的。軍用地圖向來是官兵認識戰場和制定作戰計畫的重要工具。據報導，在海灣戰爭中一共使用了3500萬張地圖。軍用和民用兩個方面的需求都希望能夠得到高解析度的、全球範圍內的地圖。如此巨大的工作量依靠人力測繪是難以完成的。雷達是光學系統的必要補充，合成孔徑雷達成像偵察衛星採用了主動發射電磁波和接收目標發射電磁回波的工作方式，所以不像光學照相、光電成像和電視遙感系統那樣受氣象條件的制約，而能夠“穿雲撥霧”地晝夜工作。1988年，由美國發射的代號為“長曲棍球”的雷達成像軍事偵察衛星的解析度小於1m，能偵察到地面上像人那樣大小的物體。

“長曲棍球”合成孔徑雷達偵察衛星

高程測量

傳統的合成孔徑雷達（SAR）只能對地面進行二維成像。干涉合成孔徑雷達（InSAR）是SAR功能的延伸和發展，它利用多個接收天線或單個天線多次觀測得到的回波數據，可以對地面的高程進行估計，進而得到地面的數字高度模型。通常將單航過方式的兩部天線或雙航過方式的兩個航跡之間的距離稱為基線。為了得到高的觀測精度，要求基線長度最好能達到幾百米。星載雷達是唯一能夠獲得長基線的體制。歐空局發射的普通SAR雷達衛星ERS-1和ERS-2得到了大量的地球表面數據，人們利用雙航過方式處理得到了許多地形數據，建立了大量的數字高度模型。為了克服雙航過方式的局限，對原來的SIR-C/X-SAR系統進行了改進，在“奮進”號太空梭上加裝了一部接收天線作兩路干涉處理。為了獲得較長的基線，製成了60m長的碳纖維複合材料長臂，並把其中一部接收天線安裝在長臂的一端。機載雷達的高程測量精度已達到5m（德國的E—SAR）。由於可以獲得較長的基線，天基雷達的高程測量精度已達到1m。

運動目標檢測

運動目標的檢測是軍用雷達的一項重要功能，按照其檢測的對象可以分為空中目標檢測和地面目標檢測。空中目標是高速目標，地面運動目標則屬於低速目標，由於其速度小，都卜勒頻率和地面固定物體接近，因而檢測難度更大。美國在冷戰結束後對星載監視雷達對運動目標檢測方面提出的要求是：能夠檢測700×700k㎡範圍內的空中目標以及200×200k㎡範圍內的地面目標；對空中目標，要求檢測的最小雷達截面積小於1㎡，最小可檢測速度為30m/s；對地面目標，要求檢測的最小雷達截面積小於5㎡，最小可檢測速度為2m/s；對空中目標的再次觀測時間間隔為10s數量級，對地面目標的再次觀測時間間隔為60s數量級；同時能夠完成3m解析度的地面成像。

洋流觀測

占地球表面71%的海洋無時不處於非慣性、大尺度的低頻運動中。通過常規的海洋調查方法難於掌握海洋現象的總體規律，光學遙感也有很大的局限性。天基雷達不僅可以測量海洋的涌動、內波、大洋水團邊界以及海氣相互作用形成的峰面，而且最主要的是它可以測量海平面的高度起伏和洋流的速度和方向。海洋觀測對於許多領域的基礎研究，以及民用領域和氣象預報等都會發揮重要的作用。

地殼變化和大陸漂移

差分干涉合成孔徑雷達是成像技術的進一步發展，利用差分干涉相位測量技術能夠檢測到地球表面的微小變化，其精度可以達到厘米級。美國、歐洲、日本和加拿大的很多科研機構都開展這方面的研究，並制定了發展計畫。

軍備控制核查

天基雷達可以提高軍備控制核查的效果。在前蘇聯與美國簽署的軍備控制條約中，締約國必須提供條約所限制的裝備的數量和部署信息，允許進行空中核查並可以進行現場核查。但條約中又限制了核查次數和核查地點，因此還要儘可能通過空中和現場核查之外的手段獲取更多的信息。此外，在對方未公開的地方找出需要核查的地點也是很重要的。光學探測器的解析度雖高，但不能透過雲層，也不能在夜間工作。合成孔徑雷達的特點是解析度高，能全天候工作，能有效地識別偽裝和穿透掩蓋物，可用於軍備控制條約的核查和對危機的監視。此外，對彈道飛彈的防禦也是天基雷達的一個重要用途。

蒐集電子與通信情報

通過GMTI提供的有關車輛通行與部隊調動的數據，還能了解相關的軍事活動。寬頻天基雷達可在無源雷達工作狀態下工作，可獲取相同波段全球地面、海面與空基雷達的信息，並對它們進行定位。

平台和軌道

天基雷達的平台就是衛星、太空梭和空間站。這些平台通常圍繞地球旋轉，其上的雷達獨立工作，將探測到的信息傳回地面。為了獲得高精度的地面數字高度模型，以及對運動目標進行檢測，往往需要多天線的雷達系統。雙天線雷達系統可以採用3種結構：單星方式、雙星方式和系留天線。單星方式指兩個天線安裝在同一個衛星平台上；雙星方式是兩個衛星各自攜帶一個天線而伴隨飛行；系留結構指一個天線安裝在衛星上，另一個天線用繩索和電纜連線懸浮在衛星旁邊幾十米至幾百米的位置。除了傳統的平台和雷達以外，特別值得注意的是，國外的科研機構還提出了一種全新的概念，稱為分散式雷達體制。

採用小衛星星座作為雷達平台的體制，稱為分散式星載雷達。小衛星星座平台可以安裝多個小天線和多個接收機，通過各衛星的協同工作完成探測任務。顯然，由於天線在空間的分布，就為需要有較長基線實現精確測高和測速的SAR干涉儀提供了方便。小衛星天線的尺寸通常在2m～4m的量級，採用較小的天線發射和接收信號可以獲得較高的方位解析度和較大的一次成像面積，但必須解決方位和都卜勒模糊的問題。小衛星之間的距離一般為100m至幾Km，一個星座內由3個至幾十顆小衛星構成。一個星座相當於一個大衛星，幾十個星座同時工作（需要幾百顆或上千顆小衛星）可以實現全球覆蓋。但由於小衛星製造和發射費用小，可以批量生產，一箭多星發射，其總的費用並不會很高。由於具有廣泛的優點，這種體制已經成為一種發展趨勢。

高軌道預警平台

主要是同步靜止軌道衛星和大橢圓軌道衛星。同步靜止軌道衛星（36000km）可以對特定區域進行24小時完全覆蓋。三顆該衛星可實現全球中低緯地區24小時無縫隙覆蓋：大橢圓軌道衛星的飛行時間為l2小時，能夠覆蓋北緯高緯度地區，可彌補同步衛星觀察區域的局限性。在該平台上主要以光學探測尤其是中短波紅外探測為主．主要探測對象為火箭、彈道飛彈和太空飛行器主動飛行的發射段。

中低軌預警平台

中低軌道衛星平台雷達探測具有地面解析度高、信噪比高，可實現目標的精確的位置、速度和加速度信息。但其空域覆蓋和時域連續性觀測都受到較大限制，可以通過多顆衛星組網解決，從而實現對全球或敏感地區的24小時無縫隙覆蓋。形成對目標的立體觀測，對彈道飛彈目標主動段、自由段和再入段實現全程觀測，有力支持戰術飛彈防禦。同時可對各種空間飛行器、反衛星武器以及空間垃圾進行探測和監視。

天基雷達的體制

單基地天基雷達

天基雷達系統與星載高解析度合成孔徑雷達相比，其技術難度更大。為了能夠遠距離的發現空中、地面目標，天基雷達需要很大的功率孔徑積。同時衛星的有效載荷其承重力和功率有限，這對天基雷達體制的選擇面臨巨大的挑戰。國際上相關論證的天基雷達體制基本為有源相控陣體制，其主要優勢有：

可充分利用相控陣天線的空間合成能力，獲得大的發射功率；

可降低相控陣天線中饋線系統的損耗；

採用相控陣共形陣列天線可充分利用載體平台的外形；

當使用數字式T/R組件時,可進一步去除普通RF T/R組件中的移相器、衰減器和相應的控制電路、RF功率分配系統，簡化系統設計；

利於減輕天線重量和體積；可實現高增益、低副瓣，高可靠性。

天空地雙（多）基地雷達

天空地雙（多）基地雷達指發射站置於衛星上,然後利用位於衛星、飛機、地面或艦船上的接收站探測空中目標的系統。由於接收站離目標近（相對於衛星接收站），所以從目標到接收站的信號衰減小一些，可充分利用能量。

天空地雙基地雷達的工作體制有：T—R、TR—R、TR—TR三種，可利用星載雷達作為發射站（TR）在空間發射，配以單獨的接收站（R）或收發混用的雷達站（TR）在空中、地面接收，構成TR—R混合式天空地雙基地雷達，根據需要可以配備多個接收站構成TR—RN混合式天空地多基地雷達。

天空地雙基地雷達的突出優點之一是發射站在空間，將地球曲率的影響降到最低，這大大增加了雙（多）基地雷達的空間探測性能。同時雷達發射機在空間，發射站生存能力有了較大的提高。天空地雙（多）基地雷達由於收發分置，從體制上具有反偵察、反干擾和反隱身等方面的優勢，但它仍需解決多站定位、時間同步、相位同步和空間同步等關鍵技術。

發展現狀

美國

美國面臨的一個核心挑戰是通過性能更優的雷達和其他感測系統，更準確地預測針對美國的任何攻擊並發展反攻擊能力。美國很早就致力於研發天基雷達系統。據美國五角大樓稱，太空是美軍必爭的新制高點。美國積極向太空發展，研發新型天基武器，以確保將天基作戰能力與美軍的地面作戰和情報蒐集能力融為一體。

據報導，美國空軍正在加緊推進天基雷達項目。天基雷達計畫是美軍為實施轉折性空間力量增強戰略的一項具體內容。該計畫的任務是建造一個由8～10顆雷達成像衛星組成的系統，衛星上主要有效載荷為合成孔徑雷達和動目標指示器（MTI），旨在為美國分布在全球的武裝部隊提供實時的戰術和戰場信息。它將與空基（機載）E-8聯合監視目標攻擊雷達系統（JSTARS）和無人機（UAV）協同工作，成為空、天、地一體化的情報、監視與偵察（ISR）系統的重要組成部分。

天基雷達計畫由原來的“發現者-2”計畫演變而來，“發現者-2”計畫即美國國防先進研究計畫局（DARPA）在1998年支持的“監視、目標瞄準與偵察衛星”（Starlite）計畫”。其任務是在2010年完成2顆天基雷達成像演示驗證衛星，然後再考慮下一步套用，部署由24顆衛星組成的實用性星座。但是，2000年美國國會在討論2001財年國防部預算時認為，“發現者-2”計畫的需求不清，與國家偵察局（NRO）的未來成像體系（FIA）的任務分工不明，尚未研製其經費預算就從起初的35億美元上升到65～120億美元。另外，該計畫缺乏如何從演示驗證過渡到實際套用的方案或構想。因此，美國國會取消了“發現者-2”計畫，但仍向NRO撥款3000萬美元，用於開發天基雷達所需的關鍵技術。

為了繼續開發天基雷達成像衛星，美國空軍於2001年提出了天基雷達計畫。該計畫擬建成的星座的衛星數量為8～10顆，比“發現者-2”計畫減少了約2/3。兩者最重要的區別在於天基雷達計畫不需要經過演示驗證，而是一步到位，直接建立實用星座。美國空軍認為，在天基雷達衛星的關鍵技術上已經取得了長足的進展。根據Teal集團公司的估計，該衛星約重2000kg，設計壽命為10年，衛星有效載荷是孔徑為40～50㎡的合成孔徑雷達/動目標指示器（SAR/MTI）。它可能運行在離地面770km的圓軌道上，其圖像的地面解析度為lm。衛星將用洛克希德·馬丁公司的“宇宙神-5”或波音公司的“德爾他-4”運載火箭發射，數據處理與傳輸由現有的地面站完成。諾斯羅普·格魯曼、哈里斯和羅馬3家公司接受了DARPA的委託，正在開展有關天基雷達方案“創造性天基雷達技術”的研究以及輕質量天基雷達天線的研製。同時，麻省理工學院的林肯實驗室承擔了該系統的軌道方案研究，以確定採用低軌道還是中高軌道。如果天基雷達計畫執行得順利，將於2012～2013年投入使用。

日本

日軍認為，高技術的偵察監視是贏得現代戰爭至關重要的手段。為了對付“周邊事態”和建立自主的天基情報偵察系統，日本於2003年3月發射了一顆光學偵察衛星和一顆雷達偵察衛星，其中光學偵察衛星的解析度為lm，雷達偵察衛星的解析度為3m，並具有全天時、全天候偵察和一定的識別偽裝能力。據報導，日本計畫發射4顆間諜衛星，根據這一計畫，2005年度發射2顆間諜衛星，分別安裝合成孔徑雷達和光學感測器，以提高對地面的拍攝能力。2007年度發射的另外兩顆間諜衛星將具有更高的解析能力，能夠分辨地面上更小的物體。到2010年前後，日本將具有自主的天基軍用偵察和軍用通信能力。到2020年前後，日本將進一步加強天基軍用偵察和軍事通信能力，能夠建立和使用包括偵察監視、通信廣播、飛彈預警、導航定位和氣象預報等種類齊全、功能強大的軍用航天體系。

法國

法國早在1994年便計畫研製雷達偵察衛星“奧西里斯”，但由於造價太高（25億美元）和缺少合作夥伴，這一計畫被取消了。1999年，法國的阿爾卡特公司和馬可尼公司根據國防部的訂貨，開始設計小型合成孔徑雷達衛星系統，並將其命名為“同位元素組”，每組衛星重1t，既可完成軍事任務，也可民用。該系統的造價不超過10億美元。法國計畫在2006年前發射雷達偵察衛星。

德國

在德國，雷達衛星的研製計畫被命名為“雷達放大鏡”。1999年，德國國防部將兩個年度契約交給了OHB系統公司和道尼爾公司，評估研製小型合成孔徑雷達衛星的技術可行性，以及與使用重型衛星相比的經濟效能。

英國

英國沒有研製自己的偵察衛星的計畫，因為作為美國最親密的戰略夥伴，英國人可以獲得美國航天偵察的信息。但英國也對天基雷達抱有極大的興趣，馬特拉/馬可尼航天公司與德國道尼爾公司已經開始制訂TerraSAR計畫。這兩家公司已將太空飛行器的初步方案準備完畢，在衛星上的雷達解析度達lm。根據計畫在2004年發射，此種衛星既可為歐洲航天局以及歐洲國家的民用機構和私人公司提供服務，也可為北約和西歐聯盟的軍事機構所利用。

印度

印度是世界上第6個具有獨立發射衛星能力的國家之一。早在20世紀80年代初就發射過執行偵察任務的衛星，但解析度都不太高，印度制定了一項新的軍事航天計畫，於2001年10月份成功發射了一顆監視巴基斯坦軍隊活動的實驗性監視衛星---- 技術實驗衛星（TES），其解析度為1m。印度計畫到2005年發射4顆解析度達到50 cm的系列偵察衛星。

中國

中國發展太空偵察已有20多年的歷史，已先後發射了多顆返回式偵察衛星。2002年5月，裝有平面合成孔徑雷達的衛星“海洋-1”（HY-1）發射升空，該衛星在700km的空間軌道上的解析度為5m。中國的第二代雷達衛星也已在研製。展望未來，中國的航天事業前景十分美好，中國將逐步建成具有多種功能、覆蓋多種軌道，包括遙感、導航定位、通信、跟蹤與數據中繼等多種衛星系統在內的空間基礎設施，建立天地統籌的衛星地面套用系統，形成能夠長期穩定運行的，實施全天候、全天時、全立體觀測的天地一體化網路系統——天基綜合網路系統，使空間信息資源最大程度地滿足國防和國民經濟建設的需要。

20世紀80年代末，中國863計畫部署了發展合成孔徑雷達（SAR）及相關技術的一系列課題，在經過星載SAR關鍵技術攻關之後，中國天基雷達衛星已經研製成型。

早在2004年中國航天局就表示，中國將向太空發射多枚光學小衛星和合成孔徑雷達小衛星，建立一個專門用於環境和災害監測預報的小衛星星座，以形成由災害信息運行系統和環境資源相結合的天地一體災害管理系統。其中2006年兩顆光學小衛星已經以一箭雙星的方式發射完畢，第三顆合成孔徑雷達小衛星已經在2007年發射完畢，組成了2+1星座。到2010年，實現4顆光學小衛星和4顆合成孔徑雷達小衛星組成的4+4星座。

發展趨勢

多功能

天基雷達可以實現多種功能，採用一個衛星平台或一個星座完成多種功能是一個趨勢，雷達對地面成像往往作為一個基本功能不可缺少。

高解析度

由於技術上的原因，星載紅外遙感的解析度僅能達到10m左右，可以與可見光遙感圖像解析度相提並論的只有天基SAR。與可見光遙感相比，SAR具有全天候和全天時、能夠穿透植被的優點，因此受到越來越多國家的重視。為了能夠對地面靜止和運動的各種目標進行有效識別，圖像的解析度必須達到0?.1m～ 0.3m，所以高分辨是一個發展趨勢。

多極化

極化指雷達發射和接收電磁波時的電場強度取向，利用不同的極化，可以提高目標的法線和識別機率。有些目標的交叉極化回波具有顯著特點，可以作為識別這類目標的重要手段。

多波段

星載雷達主要工作在L、C、X三個波段。研究表明：在農作物的分類識別和估產方面，C波段優於L波段；在洪水檢測、水資源探測方面，L波段優於C波段；L波段穿透地表的能力明顯優於x波段和C波段，而在對海面、海凍的探測方面C波段比較有利，L波段地內波的探測比較有利。另外P波段和Ku波段的雷達也有各自的好處，P波段雷達穿透植被的能力特彆強，葉簇對於P波段幾乎是透明的，Ku波段可以對地物、地貌清晰成像，成像效果類似可見光。多波段是一個發展趨勢，美國的長曲棍球就配置了L、X兩個工作波段。

平台小型化

隨著微機械、微電子技術的發展，採用小衛星、微衛星或者星座作為平台，使系統小型化也是一個趨勢。