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几款典型ISAR雷达系统远距离探测和高分辨精细成像

发布时间:2022-09-27 05:37:28来源:雷竞技赛事竞猜 作者:雷竞技刀塔

  世界上第一部获得空间目标图像的宽带雷达,ALCOR雷达于1970年1月起在夸贾林靶场投入使用,同年对我国发射第一颗人造卫星“东方红1号”的助推火箭进行了跟踪和成像,推算得到火箭的尺寸和运载能力,从而推断出卫星的尺寸信息。

  ALCOR雷达工作在C波段,载频为5.672GHz,宽带带宽512MHz,距离分辨率达0.5m。1973年,林肯实验室利用ALCOR雷达对出现故障的Skylab轨道实验室进行成像,并分析得到太阳能板失效的结论。

  由于Skylab的线中仅给出了仿真的Skylab空间站ISAR图像。ALCOR雷达对空成像的成功,极大促进了地基ISAR雷达系统的发展,美国相继研制成功了多套高分辨ISAR成像雷达系统。

  距离林肯实验室32公里的雷达试验场是美国另一处主要用于空间目标探测和弹道目标监视的地基雷达外场。美国军方在该雷达试验场建造和部署了多部宽带测量雷达,组成了著名的林肯空间监视系统(Lincoln Space Surveillance Complex, LSSC)。

  HLRIR雷达全称为“干草堆”远距离成像雷达,1978年由Haystack雷达改造而成,该改造项目由林肯实验室完成。HLRIR雷达工作在X波段,带宽1GHz,距离分辨率0.25m,最远可实现对40000km处地球同步轨道卫星的ISAR成像。HLRIR的脉冲重复频率(PRF)高达1200Hz,能够消除目标快速旋转带来的多普勒模糊。

  1993年,在HLRIR雷达附近,林肯实验室又建成HAX雷达。HAX雷达工作在Ku波段,是继升级完的Ka波段MMW雷达后又一部带宽达到2GHz的ISAR成像雷达,距离分辨率达到0.12m。与HLRIR相比,HAX能获取更加精细、质量更高的卫星图像,并可为美国国家航空航天局(NASA)提供有效的空间碎片信息。

  为进一步提高成像分辨率,2010年5月开始,林肯实验室再次着手对Haystack雷达进行升级改造,增加了一个92-100GHz的高功率毫米波天线。升级后的雷达称为Haystack超宽带卫星成像雷达(HUSIR)。

  HUSIR雷达同时工作在X波段(载频10GHz频率,带宽1GHz)和W波段(频率96GHz,带宽8GHz),HUSIR是目前世界上距离分辨率最高的地面监视雷达,距离分辨率可达0.0187m。

  图中的卫星仿真数据成像结果显示了Haystack雷达带宽和分辨率提高带来的好处,从图中可以看出,随着分辨率的提高,成像结果能够展现目标更加丰富的细节,为后续的目标特征提取和识别提供了更为有利的支撑。

  除了地基雷达,搭载于移动平台的对空ISAR成像系统日渐成为空间监视的一个新的发展思路。由于空间监视雷达通常尺寸较大,搭载其的移动平台主要分为海基和舰载两种,相比于地基雷达,移动式雷达的优势是部署更为灵活、观测范围更广、战时生存能力更强。

  2004年,美国海军公布了Cobra Judy替换项目的新舰设计要求,该舰将替代“瞭望号”,成为CJR项目的支持平台。新的舰船将装备Cobra Judy II改进型舰载雷达组,包括S波段雷达和X波段雷达,是美国第一部全智能、双波段舰载相控阵雷达系统。该项目于2011年10月7日正式完成,并于2013年4月2日成功对Atlas V火箭发射进行了获取和跟踪任务。

  2005年11月,随着重型起重船MV BlueMarlin号半潜在墨西哥湾内,由美国波音公司和雷神综合防务系统公司设计并建造的海基X波段宽带相控阵雷达(SBX)正式入海使用。

  SBX雷达由宙斯盾战斗系统使用的雷达变化而来,是美国导弹防御局(MDA)为防御弹道导弹而部署。SBX雷达作为对地基雷达的补充,具备宽带成像功能,能够对来袭的远程弹道导弹进行跟踪、识别和评估。

  纵观美国ISAR成像雷达系统和技术的发展历程,可以看出:每次技术进步都紧紧围绕着进一步提高雷达探测能力和提升雷达分辨性能展开,在提高目标轨道信息获取能力的同时,更加注重获取目标的电磁散射特性,实现了空间碎片等微小目标、同步轨道卫星等超远距离目标的宽带高分辨成像观测。

  随着现代微小卫星的发展和应用,空间目标尺寸越来越小,对雷达的目标探测能力和成像分辨率要求越来越高。ISAR成像雷达将围绕超远距离探测和高分辨精细成像两大技术主题快速展开,而高分辨精细成像在实现目标检测和准确识别中显得尤为重要。

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