美国典型ISAR雷达系统和技术发展历程 留言
随着20世纪50年代逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术的首次提出，国内外学者在ISAR成像雷达研制方面开展了卓有成效的工作。
上世纪60年代初，美国密西根大学WillowRun实验室的Brown等人开展了对旋转目标成像研究，研制出对空间轨道目标成像的雷达，迈出了ISAR成像系统发展中关键的第一步。
70年代初，美国林肯实验室首先获得了高质量近地空间目标的ISAR图像，尽管其使用的ALCOR雷达不是成像雷达，但是通过相干数据记录和ISAR成像技术处理，获得了50cm的有效分辨率。
70年代末，林肯实验室建成的“干草堆”远距离成像雷达，分辨率可达0.24m，最远可对40000Km公里处的目标进行跟踪成像，是第一部具有实用价值的高分辨ISAR成像系统。
部署在美国战区导弹防御系统的GBR成像雷达距离像分辨率达到了0.12米，能对来袭的导弹、诱饵等目标进行成像。美国在高分辨ISAR成像系统已获得实际应用，并取得了很好的效果。
世界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的真实图像一直未解密，图1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。
1952年2月，美国陆军在夸贾林岛建立了夸贾林导弹靶场。位于该靶场的基尔南再入测量站(Kiernan Reentry Measurement, KREMS)于1959年建立，主要用于对太平洋靶场电磁信号的研究。
KREMS基地由林肯实验室代表美国陆军弹道导弹防御系统司令部进行维护和操作，拥有美国最先进的宽带雷达探测中心，部署了多部目标特性测量雷达系统，包括ALTAIR、TRADEX、MMW等。
ALTAIR是ARPA远程跟踪和测量雷达的缩写，其工作波段为VHF和UHF，该雷达具有口径打、灵敏度高、跟踪距离远等特点。
ALTAIR雷达自1970年投入运行后进行了多次的技术改造，除了执行常规的深空和近地空间目标的探测和跟踪任务外，主要用于为ALCOR、TRADEX、MMW等窄波束宽带成像雷达提供重要的跟踪数据，为其提供目标轨道预测等保障。
1972年，林肯实验室将位于KREMS基地的TRADEX雷达由UHF波段改造成为S波段。TRADEX是林肯实验室的第二部宽带成像雷达系统，它通过发射步进频信号来实现距离向的高分辨，信号综合带宽为250MHz，能达到的理论分辨率为0.6m。
在林肯实验室的建议下，美国分别于1983年和1985年在KREMS基地建成了两部远程毫米波雷达(MMW)。这两部雷达分别工作在Ka波段(35GHz)和W波段(95.48GHz)，初始带宽均为1GHz，径向分辨率为28cm。
MMW雷达大大扩展了ALCOR雷达的跟踪和成像能力，可对弹道导弹目标进行实时成像，并能精确估计出真假弹头因目标质量不平衡导致的运动差异。80年代末，林肯实验室将Ka波段MMW雷达的带宽提升至2GHz，距离分辨达0.12m，极大地提高了该雷达对空间弱小目标的成像能力，从而具备跟踪太空垃圾和空间碎片的能力。
除KREMS基地外，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)。
LSSC主要包括Millstone Hill雷达、HLRIR雷达、Haystack辅助雷达( HAX)和Firepond激光雷达等4部大型雷达，其中HLRIR雷达是第一部具有实用价值的高分辨成像雷达系统。
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4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。
除上述的几部具有代表性的空间监测雷达外，美国利用其技术和资金上的优势，在美国本土和以外的多个雷达基地部署了多套目标特性测量和成像雷达，如部署在挪威和美国本土的GLOBUSⅡ雷达、部署在英国的X波段雷达 (XBR)等、部署在美国本土的AN/FPS- 85相控阵雷达等。这些雷达构成了美国空间探测地基雷达网络，为其开展空间和弹道导弹目标探测与识别提供了有力的技术支撑。
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。
比较典型的舰载ISAR系统是1981年开始服役的Cobra Judy雷达，它装载于美国军舰“瞭望号”上，是美国战区导弹防御体系中最重要的雷达之一。经过1984年的改装，CobraJudy具备了宽带成像功能，主要用于对弹道导弹的监视与预警。
1996年，林肯实验室开始着手研制陆海两用可移动Cobra Gemin雷达，用于更方便地收集世界各国的弹道导弹数据。Cobra Gemin雷达于1999年3月完成在“无敌号”军舰上的安装并投入使用。
该雷达工作在S和X两个波段，其中S波段的带宽为300MHz，实际分辨率0.8m，X波段带宽1GHz，实际分辨率为0.25m。
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。
原文始发于微信公众号（雷达通信电子战）
