无人机载合成孔径雷达发展现状

无人机载合成孔径雷达发展现状

作者：叶少华吴良斌蔡永俊

来源：《无人机》2017年第10期

无人机是充分利用信息技术革命成果而发展起来的高性能信息化武器装备，在未来空中战场上将成为主要兵器，成为一种新型空中力量，引发战场形态的变化，对军事革命产生深远影响。

合成孔径雷达（SAR）是在冷战时期开发的。相比电视、红外和电荷耦合器件（CCD）等光学载荷在云、雨、雾等各种恶劣气候条件下无法有效获取实时情报的缺点，高分辨率SAR 具有全天候/全天时获取地面情报、侦察监视和地面动目标指示（GMTI）能力的优点，因而近几十年来其发展势头非常迅猛，受到了各国高度重视。

无人机按其肩负的作战使命，主要可分为侦察监视型、作战型和其他用于电子战或通信中继等类型的无人机。其中，侦察型无人机的发展已十分成熟，目前现役或在研的无人机大多是这一类，特别是装备了SAR载荷的多型无人侦察机已在多次局部战争中经过实战检验，证明了其在战场复杂环境中实时获取情报信息的突出能力。

无人机载SAR发展现状

20世纪90年代初至今，随着雷达技术的不断进步，SAR雷达逐渐装备在多种无人机平台上，如美国“全球鹰”、“捕食者”和以色列的“赫尔姆斯”、“搜索者”等主要无人机都配装了SAR 雷达，使无人机平台具备了全天候执行长航时战场侦察、战场监视和毁伤效果评估等任务的能力。下面按不同的无人机平台来介绍 SAR雷达的发展及现状。

高空长航时无人机SAR

高空长航时R Q -4“全球鹰”无人机是世界上最先进的无人侦察机，装备了高性能的光电/红外/SAR传感器组合。

其中，早期的RQ-4A和RQ-4B Block 40前“全球鹰”的SAR传感器为HISAR雷达，采用机扫三通道体制，具有条带成像、聚束式成像和地面动目标指标等工作模式，成像分辨率最高为0.3m，最远探测距离达200km，其最显著特点就是利用三通道杂波抑制干涉仪技术，对落入主瓣杂波区内的慢速运动目标进行检测和精确定位。

随着有源相控阵雷达技术的进步，2009年，从RQ-4B“全球鹰”Block 40开始，采用了美国空军的AN/ZPY-2 MP-RTIP有源相控阵（AESA）雷达，以进一步提高“全球鹰”执行情报、监视与侦察（ISR）任务的能力。MPRTIP雷达的主要特点是采用X波段有源相控阵技术，可同时以合成孔径（SAR）和动目标指示（MTI）两种模式工作，而无须切换。前一种模式用于对地探测，后一种用于捕捉移动目标。合成孔径模式的分辨率达到0.30m或更高，足以探测隐身的巡航导弹。AESA技术的采用为MP-RTIP雷达远距离、高精度和高分辨率目标探测监视提供了可靠的保证。

2006年，美国海军提出“广域海上监视系统”（BAMS）无人机计划，主要为海上及沿海地区提供ISR支持，同时可拥有搜救等任务。2007年，美国海军确定选用“全球鹰”无人机作为广域海上监视（BAMS）平台，并命名为MQ-4C“海神信使”（Triton）。其中，雷达为诺斯罗普·格鲁门公司研制的AN/ZPY-3多功能有源传感器（MFAS）相控阵雷达，采用二维电扫

+360·方位机扫的组合扫描方式，具有海面监视、空对地工作模式，可对近海和远海海域进行持久远程探测和目标分类。

中高空长航时无人机SAR

美国的“捕食者”无人机是中高空长航时无人机的代表，早期型“捕食者”无人机配装的

AN/ZPQ-1 TeSAR战术长航时合成孔径雷达是一部高性能、轻型监视雷达。它是世界上第一部服役且在多次局部战争中经过实践考验的无人机载SAR侦察雷达，具有条带成像、聚束式成像和地面动目标指示三种工作模式，其成像分辨率为0.3m、0.6m和1m，對应的测绘带宽度为800m、1.6km和2.6km，作用距离为10～28km，动目标最小可检测速度为1.5～3m/s。

后期，美国通用原子公司用AN/ APY-8 Lynx“山猫”合成孔径雷达取代TeSAR配装于“捕食者”系列无人机上，雷达具备0.1m超高分辨率的聚束成像、0.3～3m分辨率的条带成像和

±135°覆盖范围的广域GMTI功能，并具备准实时相参变换检测（CCD）或幅度变化检测（ACD）功能，可实现对感兴趣区域的细微变化检测。

中低空战术无人机SAR

重量为28kg的TUAVR系统，用于装备美国陆军的中低空“狩猎者”或“影子”200战术无人机，可用于旅团级的监视、侦察、捕捉目标和作战效果评价等。该系统具有条带成像、聚束式成像和地面动目标指示三种工作模式，其成像分辨率为0.3～1m，作用距离为4～14km，动目标最小可检测速度大于2m/s。

低空微/小型无人机SAR

针对低成本的小型近程、超近程无人机，美国ImSAR公司开发了世界上最小的合成孔径雷达NanoSAR，其重量仅为1kg，功耗不超过30W，分辨率可达0.3m，具备条带、聚束、圆迹与动目标指示等模式，配装“扫描鹰”无人机。

德国EADS公司针对小型战术无人机“月神”，研制了MISAR，机上部分重量为4kg，分辨率可达0.5m，功耗小于100W。

低波段SAR/GMTI雷达

在X及Ku等高波段无人机载SAR雷达迅猛发展的同时，VHF或UHF波段的SAR载荷因其具备良好的穿透能力也得到了广泛重视。美国国防部先进研究项目局（DARPA）联合美国陆军开展的可穿透叶簇侦察、监视、跟踪和交战雷达（FORESTER）研究计划，目的是研制可穿透植被探测地面运动目标的雷达，用于探测、跟踪在树林中徒步行进的部队和机动车辆，从而提高美国在丛林地带的作战能力和效率。FORESTER工作在UHF波段，于2007和2008年分别装载在“黑鹰”直升机和A160“蜂鸟”无人直升机上进行了飞行试验，验证了系统检测和跟踪慢速、低RCS隐蔽运动目标的能力。

另外，美国洛克希德·马丁公司研制的战术侦察与反隐蔽雷达（TRACER）已经装备MQ-9无人机系统进行了试飞，TRACER是VHF、UHF双波段的合成孔径雷达（SAR），能够实时探测车辆、建筑以及其他经过掩埋、伪装或隐蔽在植物下的目标。试验表明，TRACER雷达的双波段特性增强了其在多种地形和隐蔽环境下探测目标的能力，通过其穿透能力可以为地面指挥官提供传统光学传感器所无法提供的情报。

无人机载SAR发展趋势

经过50多年的发展，无人机载SAR雷达得到了突飞猛进的发展，已成为不可或缺的ISR 传感器。随着需求的推动、技术的发展，无人机SAR下一步发展趋势将主要体现在以下几个方面：

进一步提高SAR 成像分辨率

高分辨率是SAR发展一直追求的目标，也是航空侦察雷达技术发展水平的重要标志。成像分辨率的进一步提高，有助于获取更多、更详细的目标细节信息更利于对目标的精确识别。

应用新体制、新技术

深入研究多基地、多输入多输出（MIMO）、数字波束形成（DBF）、视频SAR等新体制和共形天线等新技术，提升无人机SAR系统性能，扩展系统功能和应用范围。

侦察监视与预警探测技术一体化发展

基于SAR/GMTI/MMTI技术，实现对空面目标侦察监视的基础上，进一步突破

SAR/AMTI技术以及运动目标成像等关键技术，构建侦察监视与预警一体化的无人机多功能SAR雷达，使其具备空空、空地和空海的高分辨成像以及运动目标探测能力。