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CAST调研一、美国天基雷达计划1.1美国对天基雷达提出的概念(1)单基地天基雷达单基地天基雷达(MonostaticSBR)就是把现有的机载预警与控制系统(AWACS)和联合监视目标跟踪雷达系统(JSTARS)的全部设备和功能搬到太空。这种设想的优点是技术成熟,因有效载荷大而且重,将造成卫星很大、很重且成本高,实现起来很困难。(2)空间电子捷变雷达空间电子捷变雷达(SPEAR)和SPEARU/X这两个计划同时进行,前一种工作在X频段,具有SAR/GMTI功能;后一种增加了UHF频段的雷达,除具有SAR/GMTI功能外,还增加了AMTI功能。SPEAR可搭载在轻型低地轨道卫星上,成本相对较低,采用相控阵雷达发射/接收天线模块(TRAM),二维波束扫描,每秒可覆盖几千平方公里的空域。星座卫星数量及其需要的最大空隙时间、平均重访时间如下:最小星座14颗星,最大空隙时间59min,平均重访时间17min;较好用36颗星,最大空隙时间10min,平均重访时间2.3min;最好用75颗星,无空隙,平均重访时间1min。(3)发现者-II发现者-II(DiscoverII)是由美国空军、DARPA和美国国家侦察局(NRO)联合研制的天基雷达计划。DiscoverII具备高分辨力地面动目标显示(HRR-GMTI)、合成孔径雷达(SAR)成像和数字地形图数据获取(DTED)功能。DiscoverII系统雷达工作在X频段,天线大约40m2,二维扫描,卫星轨道高度770km,不对全球进行连续覆盖监视,只对选定重点区域连续监视。由于美国国会不愿为天基雷达项目注入资金,已经在2000年取消了DiscoverII中的两颗卫星的演示验证,并在2004年指示空军取消天基雷达计划的探测跟踪任务,而要求致力于研究和开发工作。虽然该计划已被取消,但还具有很高的参考价值。(4)有源双基地天基雷达有源双基地天基雷达(ActiveBistaticSBR)星座由3~4颗地球同步轨道(GEO)(轨道高度35880km,搭载雷达发射机)和24~26颗低地球轨道(LEO)(搭载雷达接收机)组成。当要求实现AMTI功能时要求发射天线直径超过100m,而实现SAR/GMTI功能的雷达发射天线更大。有源双基地天基雷达的另一种设计思想是使发射机放在LEO上,接收机放在无人机上。(5)无源双基地天基雷达无源双基地天基雷达(PassiveBistaticSBR)概念设计只能用于实现AMTI功能。PassiveBistaticSBR的设想类似于ActiveBistaticSBR,只是雷达发射机不是搭载在卫星上,而是一些地面电视、广播的发射机无源双基地和卫星上搭载的接收机组网来发现两者之间存在的运动目标。(6)小卫星天基雷达小卫星由于具有低成本、可以一箭多星发射等优点,是当前航天领域的一个研究热点。小卫星天基雷达(SmallsatSBR)可以用来实现GMTI/SAR或者实现AMTI功能。如果选择100颗以上的小卫星星座,采用UHF频段可实现全球范围内连续动目标监视,可实现类似GPS工作模式,多颗卫星同时观测同一个目标,通过多星数据综合进行目标探测。(7)Techsat21应用分布式卫星技术,通过多颗协调卫星上雷达天线形成分布式多基口径(DistributedMultistaticAperture)能够实现GMTI/SAR/AMTI功能。由于采用了多个视角和大的等效口径,可以探测很小雷达散射面积的目标。美国空军在1998年提出Techsat21计划,将8颗X频段小SAR(77kg)卫星分布在半径250km的圆形轨道上,可实现单发、多收、1m地面分辨率、1.5m/s慢速动目标显示,20km观测带。采用X频段,各卫星频率略有差异,所有雷达接收自己的反射信号和其他卫星的反射信号,通过干扰形成大的等效孔径。1.2美国天基雷达计划发展史美国曾针对天基雷达的发展作了总体规划,预计在2025年之前实现一个功能完整的天基雷达系统(可以实现SAR、GMTI和AMTI,覆盖全球)。在战略上分成了3个阶段:近期,利用天基雷达实现GMTI功能;中期,实现全球GMTI和区域性AMTI的功能;远期,利用60~80或更多颗卫星实现覆盖全球的连续GMTI和AMTI功能。由于发现者-II的需求不清,经费预算增长过快,而且缺乏如何从演示验证阶段过渡到实际应用的方案或设想等原因,2000年美国国会取消了该项目采购计划,但仍向国家侦察局拨款3000万美元,继续用于研究和开发“天基雷达”所需的关键技术。美国空军在美国国会放弃发现者-II试验验证工作之后仍支持天基雷达计划,并坚持希望进行太空试验。同时,美国国会对“天基雷达”计划可行性和经济承受力产生了怀疑,甚至认为该项目不应该作为国防部的采购计划,而更适合作为一项技术预研项目,并对“天基雷达”计划2004、2005财年的预算申请资金进行了大幅度的削减。为了恢复国会对“天基雷达”计划继续投资的信心,美国空军在2005年对“天基雷达”计划进行了修改和重组,将项目更名为“空间雷达”计划,并重新制定了详细的“空间雷达”计划发展框图。另据2009年3月的有关报道,由于经费问题,美国五角大楼于2008年取消了天基雷达计划,但美国空军方面仍对天基雷达需求迫切,特别是在天基雷达的动目标检测特性和全天候成像-监视能力方面。自“天基雷达”计划取消以来,美国空军仍做出了探索性选择,希望复苏天基雷达星座计划,考虑借鉴加拿大、德国等国部署商业可用系统(包括加拿大的RADARSAT-2、德国的SAR-lupe、TanDEM-X卫星)的经验,美国空军预选择美国政府内部及与其他政府进行合作。由此可见,未来美国天基雷达计划的发展仍然坎坷颇多,如突破关键技术,明确需求,降低成本,减少投资,从而实现天基雷达星座。1.3天基雷达能力1.3.1直接与战斗群对接联络1.3.2为战区导弹防御提供对手导弹加速阶段的轨迹预警1.3.3特征辅助识别1.3.4在严禁进入或有争议的水域进行水面搜索与作战编组1.3.5为打击相关目标提供实时更新的目标数据1.3.6为美国海军舰船提供临近船只的活动情况，包括潜水艇和特殊的作战武器的情况1.4TechSat-21计划TechSat-21是美国空军实验室进行的一项针对分布式编队卫星的研究，主要用于验证卫星的编队飞行能力、稀疏孔径遥感（SparseApertureSensing）能力和地面动目标检测（GMTI）能力，AFRL原本计划于2003年末发射3到4颗在轨小型微型，但由于经费原因，于2003年终止。稀疏孔径编队TechSat-213星编队TechSat-21稀疏孔径遥感目前,美国空军研究试验室(AFRL)正在计划进行一项名为“技术星21”(TechSat21)的飞行试验,该计划将演示由3颗高性能微卫星组成的编队,定于2006年第一次发射。卫星将选择低轨道运行,试验将验证3颗轻质高性能微卫星组网工作的能力。美国空军期望2013年可以使天基雷达卫星星座投入使用。卫星编队协同工作,构成一个起到大型雷达天线孔径作用的“虚拟卫星”。它们不仅能识别地面运动目标,还能完成各种成像、遥感和通信任务,有些任务是依靠单颗大型卫星所无法实现的。可执行的任务包括准确的地理定位单路数字地形高程数据采集、电子防护、单路合成孔径雷达成像、高数据速率安全通信等。微卫星编队的优点还包括:孔径尺寸不受限制、发射更加灵活、系统可靠性高、系统更易于升级,大规模生产成本低。尽管方案可行,但“技术星21”计划仍面临一些困难,如正确协调微卫星间的无线链路,系统误差的校准方式和可靠的信号处理方式。由乔治亚州技术研究所的4名工程师组成的小组在美国空军研究试验室的资助下继续对这些问题进行了算法推导、建模和仿真研究。此外,他们还正在帮助进行试验。美国空军研究试验室的研究人员将采集数据,包括利用仿真码预报系统性能的测量数据。在太空中或在地面上处理这些数据的算法乔治亚州技术研究所的研究人员还将开发。二、典型目标单基地RCS统计值列表表2.0战斗机RCS机型B52BlackjackSR71B1-BB2F-117ARCS（m2）1001570.750.10.025表2.1各类飞机RCS的典型统计平均值（λ=5cm时）序号机型RCS值（m²）鼻锥向±45°正侧向90°±5°1远程轰炸机B-5210010002战斗机F-1544003准隐身战斗机F-16S0.4104侦察飞机（侦察兵系列）0.25隐身轰炸机B-20.16隐身侦察机/强击机F-117A0.020.17隐身无人侦察机CM-30，CM-440.0010．1表2.2两种典型飞机RCS统计平均值（鼻锥向±45°）与波段的关系（m²）VHFUHFLSCXKaF-16S6-404-60.4-1.20.40.40.40.4-0.8F117A7-751-70.1-1.00.02-0.10.020.020.02-0.1表2.3哈姆反辐射导弹和幼畜空地导弹头部和正侧部RCS的参考值RCS（m²）哈姆反辐射导弹幼畜空地导弹波段HH极化VV极化HH极化VV极化S0.27/1.650.29/3.11C0.08/2.880.05/3.100.32/2.900.26/1.62X0.13/7.450.06/5.310.54/1.560.75/7.14Ku0.01/4.190.12/4.780.79/3.341.44/2.87表2.4战斧巡航导弹头部和正侧部RCS（±45°平均）的参考值RCS(m²)0°俯仰角波段HH极化VV极化S0.28/4.640.54/4.35C0.22/3.320.38/4.83X0.31/2.990.24/3.35Ku0.38/2.560.33/3.90表2.5典型隐身飞行器的隐身水平隐身飞行器非隐身目标名称RCS(m2)名称RCS（m2）B-20.10B-52100F-117A0.02F-46YF-220.05米格-214巡航导弹AGM-129A0.005海鸥0.10反辐射导弹AGM-136A0.005蜂王0.002三、隐身目标的应用与威力隐身目标主要分为隐身飞机、隐身导弹和隐身舰船。瑞典“维斯比”（Visby）级护卫舰，全隐身设计，几乎隐藏了所有传统外置设备。根据测试，良好海况下被探测距离22公里，恶劣海况下13公里，电子战条件下8-11公里，几乎相当于视距。根据其海军将领所言，Visby的RCS只相当于两根柱状天线。VisbyType45隐身舰（英国皇家海军）SeaShadow（美国高级研究工程局联合洛克希德马丁公司开发测试）纯隐身飞机准确的来说只有美国开发的F-117夜鹰（已退役）、B-2幽灵、F-22猛禽和F-35闪电（已开发试验机，尚未正式服役）四种。F-117B-2F-22F-353.1隐身飞机的优点（1）低空突防能力强。隐身飞机可凭借其隐身性能突破敌火力网，压制敌防空系统，摧毁严密防守的目标；可执行突破敌防空雷达的搜索，完成低空侦察任务。如F-117的RCS仅为0.01-0.001m2，这意味着敌方雷达有效地探测到F-117的距离要比其他飞机短很多，F-117可以借此穿过严密的防空雷达网对地面目标进行突然攻击。RCS缩减到原来的1/100，相当于雷达探测距离缩短为原距离的32%。（2）生存能力和作战能力强。隐身战略轰炸机的RCS若降低30dB（1m2=70dB），被探测距离便缩短82%，极大地缩小了防御一方防空系统的有效控制距离，从而使攻击方较安全地通过对方空中“盲区”，到达所要攻击的目标，予敌以出其不意的打击。在实战中，可以利用隐身攻击机、轰炸机扫清前进的道路，打开进攻通道，确保非隐身兵器顺利完成作战任务和提高作战效能；可以利用隐身战略轰炸机袭击敌方远程地对空导弹阵地、机动式洲际弹道导弹发射车、机场、通信中心、指挥中心等战略目标。（3）武器投放精确。隐身飞机与精确制导武器结合使用，可实施外科手术式攻击，对敌阵地进行“点穴”战术。1991年1月17日，美国出动了30架F-117战斗机对伊拉克防空力量最强的80个目标进行袭击，所投下的激光制导炸弹准确无误地击中了预定的目