国外雷达成像侦察卫星发展研究

李高峰 宋博（北京空间科技信息研究所）

目前，国外侦察卫星系统已经发展了几代，形成了成像侦察、电子侦察、海洋监视等卫星系统。在成像侦察卫星中，由于雷达成像侦察卫星可全天时、全天候工作，同时具有一定的穿透能力，能识别伪装，发现地下军事设施，所以受到航天大国的高度重视。其幅宽也较大，时间分辨率较高，这对全面观测战区、侦察全球性军事动态有重要的意义。此外，在运动目标识别等热点应用领域，雷达成像侦察卫星比光学成像侦察卫星具有更大的潜力。

1 在轨雷达成像侦察卫星

美国

美国的侦察卫星系统由军事专用、民为军用和商为军用3种方式构成，卫星性能卓越，处于世界绝对领先地位。目前在轨的雷达成像卫星包括2颗 “长曲棍球”（Lacrosse）卫星和1颗“未来成像体系”（FIA）雷达卫星。

“长曲棍球”卫星也称为“黑宝石”卫星（Onyx），带有合成孔径雷达（SAR），具备全天时全天候成像侦察能力，由美国国家侦察局研制并运行，主要为美国情报界提供战略侦察情报。卫星具有标准、宽幅、精分辨率和试验4种工作模式，最高分辨率可达0.3m。

20世纪90年代末，美国开始发展新一代光学和雷达混合星座—“未来成像体系”。但由于关键技术未解决、经费超支和进度延误，“未来成像体系”星座的光学卫星项目于2005年取消，其雷达卫星项目仍继续由波音公司研制。“未来成像体系”的首颗卫星在2010年9月20日由宇宙神－5火箭发射升空。与“长曲棍球”卫星相比，“未来成像体系”卫星改用逆行轨道，轨道高度提升了约450km，雷达功率也得到大幅提高。

欧洲

目前，欧洲的雷达成像侦察卫星系统包括德国的“合成孔径雷达-放大镜”（ SAR-Lupe）军用星座系统和意大利军民两用“宇宙-地中海”（Cosmo-SkyMed）星座系统。

“合成孔径雷达-放大镜”由5颗卫星组成星座，于2006年12月至2008年7月期间发射，设计寿命10年。德国国防部和联邦国防技术和采购办公室（BWB）负责该项目采办，作为德国军方的战略侦察资源，为军方提供全天候空间侦察和监视能力，特别是冲突和热点地区或灾害地区。“合成孔径雷达-放大镜”卫星质量仅为770kg，具有很高的姿态敏捷度，可灵活改变雷达指向，对多个目标成像或提高成像积分时间。雷达工作频率为X频段，采用固定安装的无源抛物面天线，采用前端偏置馈源设计。卫星具有聚束和条带两种成像模式，聚束模式的成像分辨率0.5m，幅宽5.5km×5.5km；条带模式幅宽8km×60km。

美国在轨雷达成像侦察卫星

德国“合成孔径雷达-放大镜”星座轨道配置（北极视角）

“宇宙-地中海”是意大利航天局和意大利国防部联合开发的一个军民两用X频段雷达卫星星座。每颗卫星均带有合成孔径雷达，主要为意大利政府提供军民用雷达遥感图像，同时依据协议也为法国政府提供军用图像。另外还采取商业运行模式为外界提供商业遥感图像。“宇宙-地中海”由4颗卫星组成星座，于2010年完成部署，卫星发射质量1700kg，设计寿命5年。

“宇宙-地中海”卫星观测能力

意大利“宇宙-地中海”卫星成像模式

日本

2011年12月12日，日本发射了情报收集卫星－R3（IGS－R3），使日本的雷达成像侦察能力得以恢复。由于日本“情报收集卫星”系统高度保密，所以卫星的详细参数信息难以获知。日本还计划于2013年发射情报收集卫星－R4，完成二代系统部署。

以色列

以色列2008年1月21日发射的“技术合成孔径雷达”（TecSAR）卫星，也称“北极星”（Polaris）卫星，运行在高度470km、倾角41°的圆轨道上，轨道周期93.8min，轨道重复周期36天。卫星发射质量300kg，其中有效载荷100kg，设计寿命5年。“技术合成孔径雷达”卫星具备较高的敏捷性，可对星下点两侧成像。通过姿态机动扩大观测范围，提高积分时间进而提高方位向分辨率。卫星具有聚束、条带、扫描和镶嵌（超级条带）多种成像模式，分辨率分别为1m、3m、8m和1.8m。

印度

印度在轨的雷达成像卫星有以色列为印度研制的雷达成像卫星－2（RISAT－2）和印度自制的雷达成像卫星－1，它们可以军民两用。与印度取得巨大成功的光学成像卫星相比，其雷达成像侦察卫星发展相对落后。为补充已有的光学成像能力，印度加快了天基雷达成像能力建设，从以色列购买了其“技术合成孔径雷达”卫星。印度称雷达成像卫星－2采用了一些先进的新技术，包括160Mbit/s×4数传系统、50N·m/s反作用轮（扭矩0.3Nm）、70V电源母线和双极化相控阵天线等。卫星成像能力与“技术合成孔径雷达”相同。

印度雷达成像卫星－2成像模式

雷达成像卫星－1是印度航天“十五规划”（2002－2007年）中计划发展的军民两用雷达成像卫星，但因技术问题进度一再延迟，直至2012年4月份才得以发射。雷达成像卫星－1可为印度政府和军方提供卫星遥感图像信息，用于作物监测、灾害管理和国家安全等领域。

雷达成像卫星－1的有效载荷为C频段（5.35GHz）合成孔径雷达，由印度萨哈加纳德（Sahajanand）激光技术有限公司设计和建造，印度也由此成为继美、德、意、以、日之后世界上第6个拥有自主研制的1m分辨率成像雷达的国家。

印度雷达成像卫星－1卫星成像能力

国外计划发展的雷达成像侦察卫星

雷达成像卫星－1具有高分辨率聚束模式、精分辨率条带模式－1、精分辨率条带模式－2、中分辨率扫描模式和低分辨率扫描成像模式。

2 在研的雷达成像侦察卫星

随着新军事变革和战场信息化的不断深化，天基成像侦察系统作为信息获取手段的重要作用日益增强。世界主要国家纷纷加速推进各自成像侦察系统的发展。

3 总结

通过调研各国在轨和在研的雷达成像侦察卫星，可总结出以下几点发展趋势：

（1）高空间分辨率

国外目前在研和即将发射的军用雷达成像卫星分辨率全部优于1m，美国已经达到了0.3m。

（2）多频段、多极化、多模式

除德国“合成孔径雷达-放大镜”卫星没有多极化能力，以及日本“情报收集卫星”由于保密没有相关信息外，其他雷达成像卫星全部具有多模式和多极化能力。

（3）具有敏捷机动能力的小型合成孔径雷达卫星

小型雷达卫星具有研制周期短、更新快、造价低、工作寿命长、可快速发射、并可组网运行等优点，且卫星质量大幅度降低也为卫星提高姿态机动敏捷性提供了支持，是未来雷达卫星发展的重要方向之一。

（4）卫星星座

为了提高时间分辨率，构建雷达卫星星座和光学/雷达混合星座是未来的发展趋势。

（5）先进干涉成像技术与动目标检测技术

干涉合成孔径雷达技术（InSAR）可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，方便地面部队的行军、袭击和搜索。此外，数字化地形高程数据（DTED）还能直接装定到精确制导武器中作为制导信息，对实现战场数字化和武器信息化至关重要，是未来发展的重点方向。

对活动目标的跟踪和监视具有重要的军事价值。星载动目标检测技术的关键在于如何解决地面背景杂波和自然干扰的影响，清晰地分离出目标信息。各国正加速推进该领域的研究。