导读:美国的ISAR成像技术及应用在世界范围内一直处于领先地位，已能够获得大多数运动目标(如飞机、舰船、导弹、卫星等目标)的精细图像，成为战略防御系统中极为重要的一种目标识别手段。本文根据美国的ISAR发展情况将美国的ISAR发展历程分为技术探索、技术应用和技术初步成熟三个阶段。

　　技术探索阶段(1950-1980年)

　　美国最早在1950年开始ISAR技术的研究，到1960年技术进入验证阶段，并着手建设美国五大靶场之一的夸贾林靶场。夸贾林靶场在当时被认为是世界上“唯一适合于远程洲际弹道导弹试验”的靶场。位于夸贾林基地的里根试验场拥有美国最先进并且最重要的宽带雷达探测中心，在美国国家导弹防御系统(NMD，NationalMissileDefense)中起着重要的作用。在当时该基地一方面执行美国的反战略导弹的任务，另一方面对当时初步形成的ISAR技术进行技术验证。

　　里根试验场

　　随后经过多次扩建和设备升级，里根试验场已经成为世界级的射程导弹防御和太空监视技术的射程和测试设施。2016年，该试验场对RTS光学套件进行了几次升级，已经可以实现远程操作。目前，该处试验场主要由TRADEX、牵牛星、ALCOR和MMW四个雷达形成配套的测试试验雷达系统。

　　TRADEX雷达

　　目标分辨率和判别实验(TRADEX)系统是在Kwajalein为Project PRESS(太平洋电磁特征研究)建造的第一个雷达系统。该雷达于1962年投入运行，同年第一位林肯实验室工作人员抵达Kwajalein岛。早期，TRADEX被用于跟踪和收集导弹的测试任务数据。1995年对雷达的升级使TRADEX能够评估低纬度地区的空间碎片数量。该模式用于收集NASA的空间碎片数据。1998年，TRADEX成为美国太空监视网络的一个贡献传感器，主要关注跟踪外国发射，深空卫星和低地球轨道卫星。近年来TRADEX每周工作10小时进行太空监视任务。

　　TRADEX雷达

　　ALTAIR雷达

　　第二个RTS雷达，即ARPA远程跟踪和仪表雷达(ALTAIR)，于1969年投入使用。ALTAIR的设计主要是为了让美国了解美国洲际弹道导弹对苏联反弹道导弹的对抗情况。1998年，ALTAIR和TRADEX被用于对英仙座和狮子座流星雨进行首次测量，以了解流星如何影响航天器。ALTAIR于1982年加入太空监视网络。与TRADEX一样，ALTAIR负责跟踪外国发射，近地轨道和深空卫星。今天，ALTAIR每周花费128小时进行太空监视任务，通常每周提供1000多个深空轨道。

　　ALTAIR雷达

　　ALCOR雷达(ISAR主要成像雷达)

　　ALCOR在ALTAIR之后一年开始运行，这是第一款利用宽带波形传输的高功率微波雷达。建立ALCOR的目的是能够生成和处理宽带宽信号，并研究宽带数据在再入飞行器识别和空间态势感知方面的应用。ALCOR的宽带能力不仅有效地产生导弹的高分辨率数据，而且对于确定轨道近地卫星的大小和形状也非常有用。ALCOR系统最终适用于卫星成像，导致林肯实验室在开发用于生成和解释雷达图像的技术和算法方面的开创性工作。

　　ALCOR雷达

　　MMW雷达

　　毫米波(MMW)雷达于1983年投入使用，是RTS最后制造的雷达。MMW的原始章程是提供导弹再入现象学的毫米波特征数据数据库。MMW最初是作为ALCOR的附属物设计的，后来发展成为一个完整的，自给自足的系统。MMW具有Kwajalein雷达的最佳射程分辨率，能够生成近地卫星的高分辨率图像。多年来，MMW经历了一系列升级，包括在20世纪90年代早期进行的部件更换工作，这使得发射机的功率水平更高。2011年的进一步升级使MMW成为当今运行最高分辨率的相干仪表雷达。

　　MMW雷达

　　技术应用阶段(1980-2000年)

　　1987年，Wehner对SAR和ISAR的基本理论和现存的实际问题给出了较明确的论述。另外，在1987年的一篇文献上报道了由美国海军实验室的科学家研制成功的ISAR技术可使机载雷达显示出海面上舰船的轮廓，由此，可用于识别其类型和进行分类。

　　美国的战略防御计划(SDI)将陆基成像(又称终端成像)雷达列入计划之中。该雷达是一部X波段雷达，它能在足够高空间同时捕获多个目标，并能实时区分和诱捕真正目标，以便在稠密大气层内的拦截武器进行目标摧毁。美国国防部在1989年向国会提交的“关键技术计划”年度报告中，把ISAR技术作为发展高灵敏度雷达的重要项目，说明ISAR技术已进入美国军事应用领域。

　　在该阶段美国研发了Haystack雷达(地基)、Cobra Judy雷达(海基)和AN/APS-137雷达(空基)等多个成功的雷达产品，这也宣告美国此时已经取得了重大技术突破，ISAR技术进入应用阶段。

　　林肯空间监视中心便是在该阶段建立的，其由Millstone Hill雷达，HUSIR雷达和HAX辅助雷达三个雷达配套形成监视系统。

　　Millstone Hill雷达

　　Millstone Hill雷达用于跟踪太空飞行器和太空碎片。该雷达自1957年成功探测到苏联人造卫星I卫星以来一直在运行。它是美国太空监视网络中的一个贡献传感器，这是一个光学和雷达传感器网络，可以探测，跟踪和表征绕地球运行的物体，因此，Millstone Hill雷达在国家深空监视计划中发挥着关键作用 。高功率L波段Millstone Hill传感器每年提供大约18,000个深空卫星轨道。它支持几乎所有美国深空卫星发射，其中包括用于预先规划的数据以及可能影响发射的太空活动的雷达覆盖。此外，它也用于大气科学研究。

　　Millstone Hill雷达

　　HUSIR雷达(ISAR主要成像雷达)

　　干草堆超宽带卫星成像雷达(HUSIR)最初是X波段干草堆传感器，但在2014年，林肯实验室完成了将这种单波段系统转换为双波段雷达的过程。HUSIR现在是世界上分辨率最高的远程传感器，同时产生X波段和W波段图像，帮助美国研究人员更好地确定绕地球运行的物体的大小，形状，方向和运动。这种W波段操作的升级需要开发和构造新的120英尺直径天线。

　　HUSIR是美国太空监视网络中的另一个传感器。它还收集数据以协助NASA开发轨道空间碎片模型。HUSIR天线精确对准的表面使该雷达成为射电天文学的宝贵工具。麻省理工学院海斯塔克天文台使用HUSIR作为射电望远镜进行单碟射电天文学和非常长基线干涉测量实验。

　　HUSIR雷达

　　HAX辅助雷达

　　HAX辅助雷达由林肯实验室于1993年建造，用于增强卫星成像和空间碎片数据收集。配备40英尺天线的这种Ku波段雷达位于左侧较小的天线罩中。大型天线罩中的HUSIR和HAX的组合为美国战略司令部的需求提供了全年可用的图像收集。

　　HAX辅助雷达

　　技术初步成熟阶段(2000年之后)

　　步入21世纪以来，美国ISAR技术进入初步成熟阶段。各种ISAR雷达产品在上一阶段的ISAR雷达的基础上经过多次技术迭代，海基雷达由Cobra Judy发展到Cobra Gemini，并最终发展至Cobra King雷达系统。机载雷达由AN/APS-137经过AN/APS-143，AN/APS-147两代产品发展至AN/APS-153雷达。

　　机载AN/APS-153雷达

　　AN/APS-153(V)是AN/APS-147的后继产品，旨在满足海军苛刻的任务要求，在所有天气条件下提供全天候可靠的海域监视。该雷达具备自动检测识别潜望镜功能(ARPDD)，可以将潜望镜与海洋上的雷达杂波区分开来，通过人工最终确认的方式很大程度上提高了AN/APS-153(V)的反潜能力，此外该雷达还具有小目标检测、逆合成孔径雷达(ISAR)成像和完全集成的识别敌友(IFF)等功能。该雷达具备的工作模式是：

　　? 大范围搜索模式

　　? ISAR成像模式

　　? 小目标/潜望镜检测模式

　　? 近距离SAR成像模式

　　? 导航模式

　　AN/APS-153 ISAR夜间成像图

　　MH-60R航电系统的集成度极高，AN/APS-153(V)完全集成在MH-60R的航空电子设备套件中。机载计算机通过飞机任务系统控制AN/APS-153(V)雷达并将显示结果反馈到8*10英寸的多功能显示器上，为船员提供独立的雷达数据视图。

　　搭载了AN/APS-153(V)的MH-60R

　　MH-60R与AN/APS-153(V)相结合，是航空母舰—直升机系统中的关键要素。通过飞机的C波段数据链，舰上人员几乎有与机组人员相同的雷达图像。

　　小结:

　　从美国最新雷达产品上来看，目前美国主要雷达产品均为SAR/ISAR混合探测模式，根据美国已有研究文献来看，下一步美国将继续沿该方向发展，并进一步提高雷达产品的成像分辨率、成像精度和抗干扰能力。

　　主要参考文献

　　[1] AN/APS-153V Brochure

　　[2] Development of the Haystack Ultrawideband Satellite Imaging Radar

　　[3] Review on Interferometric ISAR 3D Imaging：Concept, Technology and Experiment

　　[4] 李亚楠,付耀文,黎湘.多目标ISAR成像研究综述[J].信号处理,2009,25(07):1092-1096.

　　[5] 高昭昭. 高分辨ISAR成像新技术研究[D].西安电子科技大学,2009.

原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/AW3keyHE3L0ASFuiycfMDQ

　　更多精彩 VX服务号：chinaequip

　　高端装备产业研究中心 http://www.chinaequip.com.cn/

　　北京太阳谷咨询有限公司(高端装备产业研究中心)立足于国防军工行业，面向高端装备产业，致力于成为国内首选高端装备产业研究与市场调查咨询机构。面对未来，我们将始终围绕国防军工技术与装备领域开展精细化研究工作,为战略决策、项目管理、规划论证、技术探索、产品开发、型号研制、市场拓展、课题研究等提供整体咨询解决方案与智力支撑。