每周科普︱天基雷达- 大数跨境

珠海中科慧智

2022-05-19

雷达是谁发明的

天基雷达

天基雷达（Space Based Radar，SBR）又称为星载雷达或太空雷达，是指以航天器为工作平台的交会雷达、合成孔径雷达或预警雷达。天基雷达一般以卫星为载体，如高轨道星载雷达，它被设置在36000km高空的同步卫星上，利用直径30m左右的天线把太阳能提供的发射功率辐射到地面上，再由地面上的相控阵多波束天线接收运动目标的信号，构成大面积的对空搜索范围。

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。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。

天基雷达的主要特点

功能强大

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。

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。

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。

天基雷达的发展趋势

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。

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。

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。

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。