经典雷达资料-第22章 天基雷达(SBR)系统和技术-2

SBR系统的优缺点

当传感器要完成探测太空、海洋和空中目标任务及完成导弹防御任务时，可考虑使用SBR。与陆基雷达相比，这些部署在太空的雷达具有以下优点：

（1）空间和时间覆盖范围仅受选定的轨道和卫星的数目限制。如图22.9和图22.10所示。大范围的连续观测是可以实现的[28]。图22.9标明了从圆形极地轨道上提供连续覆盖整个地球表面所需要的轨道平面数量和卫星数量。可以看出，当卫星的高度大于6 000n mile时，需要在两个轨道平面上使用6颗卫星，在卫星探测范围内没有天底孔。图22.10说明了在赤道轨道的特殊情况下，实现连续覆盖所需要求卫星的数量。这种情形仅限于扩展到图中所指定纬度的宽条形区，可看出：当卫星的高度大于6 000n mile时，4颗卫星能够覆盖一条60 宽的条形区。时间上的覆盖范围如图22.11所示。图中给出了目标被跟踪以后从太空卫星观测地面目标的最大时间[28]，可以看出，当轨道高度为6 000n mile时，一个地面目标能被观测的时间超过7 000s。

图22.9 极地轨道的全球覆盖[28]

图22.10 赤道轨道的带状覆盖图[28]

（2）使用电子扫瞄天线的SBR是可以完成多种任务的。例如，一个雷达卫星系统能：

第22章天基雷达（SBR）系统和技术

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①搜索一个扇区，完全覆盖美国本土周围的防御区域，探测距海岸一定距离的轰炸机；②搜索一个覆盖极地的扇区以便在弹道导弹早期预警系统（BMEWS）发现之前发现洲际弹道导弹（ICBM）；③监视任何国外潜在的太空发射场地；④完成海洋地区的监视；⑤搜索一个海基弹道导弹（SLBM）防御区域；⑥探测可能对美国同步卫星构成威胁的太空目标。任务的数量仅受限于重量和可用的主电源，但当采用航天飞机作为发射装置时，这些限制都能克服。因此惟独技术和成本才是真正的限制。

（3）大气传播影响可以通过适当选择工作频率和有利的几何关系使之最小化。

（4）如果数据经中继卫星获得，就不需要海外工作站。因此一个国家的SBR系统在政治上是独立的，并且国外跟踪站的丧失对系统性能没有影响。

影响太空大型雷达系统发展步伐的因素有：

（1）太空大型天线结构技术、太空大型相控阵技术、太空大型重量技术和太空大型主能源系统技术在早期进程中都要考虑到。

图22.11 目标被跟踪后从太空卫星观测目标的最大时间[28]

（2）天基多功能雷达系统的合理运行费用还需要论证。即使使用航天飞机可以减少将负荷送入轨道的单位重量费用，SBR系统仍需要投入巨资。

第22章天基雷达（SBR）系统和技术·839·22.3 SBR系统介绍

美国和前苏联已布署了类型I和类型IISBR。本节将介绍某些此类的SBR系统。

STS交会雷达[1][15][36]

休斯（Hughes）飞机公司为在空间运输系统（STS）中使用而研制了交会雷达和通信子系统（IRACS）组合。IRACS是一个相参的距离波门脉冲多普勒雷达，用于搜索、捕获和跟踪其他环绕轨道运行的目标，并且提供与那些目标进行快速和高效的交会所需要的太空测量数据。

IRACS为STS提供雷达和通信两种功能：在脉冲多普勒雷达模式中，它完成刚才所讲的交会功能；在通信模式中，完成搜索、捕获并追踪跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）的中继卫星，以便在航天飞机和地面跟踪站之间建立双路通信。

IRACS硬件被分成展开部件和舱载部件两部分。展开部件平时位于航天飞机载重舱内，工作时从打开的载重舱门延伸出去。这部分硬件包括了天线反射体、馈线、平衡环、驱动马达、陀螺仪、数字式轴编码器、转动铰链、发射机、接收机、上变频器、第一下变频器和频率合成器。舱载硬件位于航天飞机内，完成信号处理、跟踪滤波和控制功能。

这个K u波段的IRACS工作于13.75GHz和15.15GHz频段之间。其雷达工作于13.75GHz 和14.0GHz之间，有两种基本的雷达模式：一种是被动模式，在这种模式时，目标是非合作式的，因此截面积不会增大；另一种是主动模式，目标上有一个应答机。在被动模式时，雷达最大的作用距离为12n mile；而在带有一个+14dBm应答机的主动模式中，雷达最大作用距离为300n mile。子工作模式包括自动搜索、自动角度和距离跟踪能力及外部角度控制操作。在外部角度控制下，天线要么通过外部旋转命令，要么通过参考惯性空间或者太空船的轴线来定位。在自动工作过程中，角度、角度变化率、距离和距离变化率的测量由雷达在跟踪开始后进行。外部角度控制工作模式仅测量距离和距离变化率。

该系统的天线是直径为36in的中心馈电抛物面，增益为38.4dB，波束宽度为1.68 。五单元单脉冲馈源提供一个和输出和两个正交的差输出。角度跟踪采用时分复用将两个差输出合并成一个单路的接收差通道。使用接收机差通道来监测一个工作在搜索状态的辅助喇叭，并辅助喇叭通道与主天线通道进行比较，以防止捕获主天线的副瓣中的大目标，。辅助天线的峰值增益比主天线的峰值增益小20dB。和通道与差通道使用低噪声射频（RF）前置放大器，经过放大，和差通道在中频（IF）合并成一个单路接收通道通向舱内电子设备，以进行后续的处理。发射机采用行波管（TWT），增益为44dB，将相参合成器输出放大到50W的峰值功率。在短距离工作状态（小到100ft），行波管被旁路，以减少目标上的功率。在雷达模式中，用5个射频频率点对SwerlingⅠ型（慢起伏）目标回波进行去相关，提高检测效果。采用16点离散傅里叶变换（DFT）处理器去相参积累多脉冲回波，并提供目标相对速度的精密测量。展开部件重达135 lb，主电源功率为460W。

Seasat—A合成孔径雷达[18][37]

Seasat—A是由5个子系统构成的聚焦型SAR，即：（1）航天器雷达天线；（2）航天器雷达传感器；（3）航天器至地面的数据链路；（4）地面数据记录器和格式化；（5）地面数据处理器。天线是8块由合成馈电网络馈电的微带阵列，工作于1275MHz。Seasat—A天线的

第22章天基雷达（SBR）系统和技术

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细节将在22.4节中讨论。固态雷达发射机从稳定本振获取线性调频（LFM）信号，产生800W 的额定峰值功率。当天线偏离天底20?角、仰角波束宽为6?时，天线在地球表面的辐射范围是一条100km宽的条形区域。一旦雷达传感器中的接收机接收到反射信号，灵敏度时间控制RF放大器就将回波放大。该信号和部分稳定本振信号混合通过模拟数据链路发送到地面站。在地面站，数据线解调器将雷达传感器的本振信号和回波还原，还原后的同步解调视频雷达信号被雷达数据记录仪和格式化处理分机子系统转换成数字形式。通过转换，信号被缓存且被一个高密度磁带记录仪记录下来。然后，雷达信号处理机将记录下来的数字信号转换成一个二维的天线观测区域雷达截面图。在仰角上（与航迹垂直）用时间波门选通压缩后的回波信号得到的分辨力为25m，在方位上（沿航迹）通过地面信号处理器在数据处理间隔期间对相参回波信号进行聚焦（亦可得到分辨力为25m的雷达图）。SAR在轨总重量达223kg，所需要的雷达电源功率为624W。表22.3列出了Seasat SAR的技术特性。

表22.3 合成孔径雷达

第22章天基雷达（SBR）系统和技术·841·航天飞机成像雷达[36]

Seasat—A SAR的技术发展为航天飞机成像雷达（SIR）系列奠定了基础。SIR系列包括SIR—A和SIR—B。其天线上的小差别将在第22.4节中讨论。使用Ｌ波段发射机，带宽将有微小的变化，因而SIR—A的分辨力为40m，SIR—B的分辨力为20m。两种雷达的条形探测区宽度都是50km；轨道高度分别为24 …… 此处隐藏：7622字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……