世界星载SAR发展综述

2.6 Lacrosse (长曲棍球系列)

长曲棍球总体图

1、概述

美国于1977年开始研制“深蓝”(INDIGO)雷达卫星,并于1982年1月21日发射成功,这是1颗试验型卫星,但只运行了122天。“长曲棍球”(LACROSSE)卫星于1983年批准立项,直至1986年才由当时担任美国中央情报局局长的乔奇.布什批准启动,至今已发射5颗。

“长曲棍球”卫星由美国前麦道公司(现合并到波音公司)和洛2马公司研制。“长曲棍球”卫星已成为美国卫星侦察情报的主要来源,美国军方计划再订购6台“长曲棍球”卫星上的SAR,每台SAR价格约5亿美元。

(1)星体构造:主体呈八棱体,长8~12m,直径4m, (2)卫星重约14 500kg。天线展开直径约20m,太阳能 (3)典型轨道:近地点670km,远地点780km,倾角57°和68° (4)系统配置:双星组网

(5)由于采用大型抛物面天线,所以提高了SAR的分辨率和信噪比。它采用X、L两个频段和双极化方式。其地面分辨率达到1 m(标准模式)、3 m(宽扫模式)和0.3 m(精扫模式),在宽扫模式下,其地面覆盖面积可达几百平方千米。

(6)它采用大型太阳电池翼,展开长度为50 m,可以为庞大的卫星(12 t)提供足够的功率。 (7)星上装有GPS接收机和雷达高度计,故能进行精密测量。

(8)采用TDRSS实现大容量高速率数据的实时传送,可以在全球范围内执行侦察任务。

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美国的Lacrosse系统即为极化系统。“长曲棍球”卫星是当今世界上技术先进的雷达侦察卫星,它能够穿透云雨层向地面传输清晰的卫星图片美国在南斯拉夫战争,伊拉克战争以及阿富汗战争中用其进行了卫星电子战(The Satellite Wars),取得了很好的作战效果。

“长曲棍球”雷达成像卫星

共发射了5颗,4颗在轨服役。 卫星名称 Lacrosse-1 Lacrosse-2 Lacrosse-3 Lacrosse-4 Lacrosse-5

2、技术指标 (1)Lacrosse 1

名称 发射地 轨道:远地点×近地点 Platform 轨道运行周期 轨道高度 倾斜角 天线 NORAD Number 分辨率 目前状态 波长 频率 天线尺寸

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发射时间 1988年12月2日 1991年3月8日 1997年10月24日 2000年8月17日 2005年4月30日 发射器 阿特兰蒂斯号航天飞机 大力神-4A(Titan-4 03A) 大力神-4A(Titan-4 03A) 大力神-4B(Titan-4 03B) 大力神-4B(Titan-4 03B) 五颗“长曲棍球”卫星发射时间表

参数、说明 Kennedy Space Center(肯尼迪航天中心) 447 × 437 km Space Shuttle Atlantis(阿特兰斯航天飞机); 93.4 minutes 275 km 57.0° rectangular antenna, 48 feet long and 12 feet wide 19671(USA 31) 最好分辨率约1米(大多数图像为3米) 完成使命,1997年脱轨坠毁 3 cm 10 GHz 8m 3 2m (2)Lacrosse 2 名称 发射地 轨道:远地点×近地点 Platform 倾斜角 NORAD Number 分辨率 目前状态

(3)Lacrosse 3 名称 发射地 轨道:远地点×近地点 Platform 倾斜角 NORAD Number 分辨率 目前状态

(4)Lacrosse 4 名称 发射地 轨道:远地点×近地点 Platform 重量 倾斜角 NORAD Number 分辨率 目前状态 范登堡空军基地 695 × 689 km(675 × 572) Titan IV-B 14,500 kg 68.0°(68.1°) 26473 (USA 152) 最好分辨率约1米(大多数图像为3米) 服役(替代Lacrosse 2) 参数、说明 范登堡空军基地 679 × 666 km Titan IV-A 57.0° 25017 (USA 133) 最好分辨率约1米(大多数图像为3米) 服役(替代Lacrosse 1) 参数、说明 范登堡空军基地 662 × 420 km Titan IV-A 68.0° 21147 (USA 69) 最好分辨率约1米(大多数图像为3米) 服役 参数、说明 注:Lacrosse 4在初始轨道运行后做了自适应调整,括号内为调整后的相应参数

(5)Lacrosse 5 名称 发射地 轨道:远地点×近地点 Platform 重量 倾斜角 NORAD Number 分辨率 目前状态

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参数、说明 Cape Canaveral 718 × 712 km Titan IV-B 16,000 kg 57.0° 28646 (USA 182) 最好分辨率约0.3米(大多数图像为1米) 服役期 2.7 Discover II (发现者2)

1、开发单位:

U.S. Air Force(美国空军)

Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) National Reconnaissance Office (NRO) (国家情报局) 计划开始时间:1998年2月 预计完成时间:2010年

2、用途:Discoverer II希望能够提高对战场的监测和侦察能力,通过多星协作实现对全球地面目标的精确监控:

1)高距离分辨率地面动目标检测(HRR-GMTI) 2)合成孔径雷达成像

3)获得高分辨率数字地形高程数据(DTED)

最初,Discoverer II计划包含24颗近地轨道卫星,入射角约为54度,组成Walker星座,轨道高度为770km。现在的Discoverer II计划先会研制并发射两颗HRR-GMTI/SAR卫星用于实验,这两颗卫星集成TES(Tactical Exploitation System:战术拓展系统)系统,将对其进行一年的在轨观测论证。这些论证将未将来的多星星座系统在技术可行性,耗资,任务完成能力等方面提供可靠的参考。 3、特点:

1)跟踪并检测地面运动目标 2)高分辨率成像

3)收集高精度的数字地面高程信息 4)战场数据的实时传送

5)证明类似计划在资金消耗方面是可以接受的(单星制作费用:小于$100million;20年的生命周期内的费用:小于$10billion)

6)战争时期与和平时期都可以应用(在和平时期可以用于监测是否存在运送大规模杀伤性武器的船只等)

4、Discoverer II处理结构:

关键在于提高雷达出处理的实时性能。如果要实现GMTI功能,在线处理器的运算速度必须达到1 TOPS(Tera-operation per second )以上的吞吐量,而且整个处理器的设计不能超过卫星的重量和功率限制。因此,VLSI(超大规模集成电路)和并行处理技术成为整个处理器的技术关键。其中STAP技术是实现GMTI功能的关键。考虑天线尺寸为2.5m316m,卫星速度为7km/s,在这种参数下,运动目标与杂波主瓣往往是混叠的,也就是说运动目标淹没在杂波主瓣中。STAP(Sapce-Time Adaptive Processing)技术就用于抑止地杂波,从而将被杂波掩盖了的运动目标检测出来。

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