經(jīng)典雷達(dá)資料-第22章天基雷達(dá)(SBR)系統(tǒng)和技術(shù)

1、·867·第22章 天基雷達(dá)（SBR）系統(tǒng)和技術(shù)第22章 天基雷達(dá)（SBR）系統(tǒng)和技術(shù)Leopold J. Cantafio22.1 引言自從本雷達(dá)手冊第一版于1970年發(fā)行以來，天基雷達(dá)（SBR）的系統(tǒng)和技術(shù)取得了顯著地發(fā)展。一種為航天飛船設(shè)計的新型軌道交會雷達(dá)已投入應(yīng)用。無人軌道機(jī)動飛船（OMV）將使用一種新型的價格低廉的軌道交會雷達(dá)。這種雷達(dá)預(yù)計在20世紀(jì)90年代初投入工作。SAR類型的天基雷達(dá)已經(jīng)應(yīng)用于地球和行星探測。許多衛(wèi)星上都配備了測高儀。在天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、固態(tài)發(fā)射/接收（T/R）組件、信號處理以及主電源等方面的SBR子系統(tǒng)技術(shù)已經(jīng)被開發(fā)。本章將綜述SBR

2、系統(tǒng)和技術(shù)。為了使內(nèi)容實(shí)在，而不是膚淺地泛泛而談，本章將重點(diǎn)選擇幾個系統(tǒng)和技術(shù)進(jìn)行討論。我們將討論用于軌道交會任務(wù)、地球和行星探測任務(wù)的幾個SBR系統(tǒng)，主要討論太空環(huán)境、軌道選擇、雷達(dá)得失、利弊權(quán)衡、優(yōu)缺點(diǎn)等關(guān)鍵問題，有許多課題如電子對抗等問題不得不忽略掉。本章可視為雷達(dá)系統(tǒng)在新的發(fā)展前沿動態(tài)報告，要想更加詳細(xì)地了解SBR，請查閱Artech House公司出版的天基雷達(dá)手冊。22.2 SBR系統(tǒng)需要考慮的問題SBR的類型已經(jīng)建立的現(xiàn)有的SBR有3種類型。第一種典型的SBR是小型近程軌道交會雷達(dá)，如那些用在航天飛機(jī)、“雙子星座（Gemini）”和“阿波羅（Apollo）”宇宙飛船項(xiàng)目中的雷達(dá)1

3、4。第二類SBR包括用于繪圖、散射儀、測高及地下勘探的地球和行星資源探測的雷達(dá)59。側(cè)視SAR技術(shù)是繪圖雷達(dá)中的典型代表，如在1978年6月發(fā)射的海洋衛(wèi)星和1981年11月發(fā)射的航天飛機(jī)中所用的航天飛機(jī)成像雷達(dá)A（SIRA）。第三類SBR包括大型相控陣監(jiān)測雷達(dá)，可用于多功能防御、空中交通管制和非軍事任務(wù)1014。第一類SBR“雙子星座”和“阿波羅”項(xiàng)目首次向人們展示了軌道交會的過程操作。軌道交會雷達(dá)在這些項(xiàng)目中的成功應(yīng)用，為其他許多任務(wù)是否可能在太空中實(shí)施打開了大門。為航天飛機(jī)的軌道飛行設(shè)計的Ku波段整體雷達(dá)和通信子系統(tǒng)（IRACS），顯示了軌道交會、衛(wèi)星回收及定位的功能。這種雷達(dá)于1983年

4、6月22日首先使用在挑戰(zhàn)者號航天飛機(jī)STS7上15。在1984年2月的STS11飛行中，Ku波段雷達(dá)協(xié)助完成了載人機(jī)動單元（MMU）的檢驗(yàn)工作。雷達(dá)一直監(jiān)測和跟蹤在載人機(jī)動單元內(nèi)執(zhí)行任務(wù)的專家Robert Stewart，深入太空300ft。雷達(dá)測量了MMU的RCS，若發(fā)現(xiàn)距離為100 ft距離和最大跟蹤距離為308ft，雷達(dá)截面在2.57.5dBsm之間變動。測量時的平均運(yùn)動速度是0.7ft/s。軌道交會雷達(dá)為制導(dǎo)系統(tǒng)提供跟蹤功能。雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)以后，便開始交會階段的工作。隨后，跟蹤功能提供距離、距離變化率和這兩個分量視線慣性率的數(shù)據(jù)。數(shù)字引導(dǎo)計算機(jī)根據(jù)距離和角度變化率的數(shù)據(jù)，計算出垂直于視線

5、的相對速度。接近速度分量可以通過測量多普勒頻率或雷達(dá)距離的變化獲得。一個典型的軌道交會引導(dǎo)子系統(tǒng)的簡化框圖如圖22.1所示。雷達(dá)的搜索和捕獲工作模式由制導(dǎo)計算機(jī)啟動。雷達(dá)在一個較大的立體角內(nèi)周期性地搜索，直到目標(biāo)的距離和角度被捕獲為止。為了使探測概率和捕獲概率最大，要精心安排搜索動作，使得在目標(biāo)脫離搜索區(qū)域之前有足夠長的搜索時間。當(dāng)探測完成后，停止搜索模式，再把跟蹤門鎖定在目標(biāo)回波上，啟動跟蹤模式。此后，單脈沖角度跟蹤使天線軸始終指向目標(biāo)。當(dāng)相對位置和速度滿足所需的交會精度時，跟蹤階段也隨之結(jié)束。STS軌道交會雷達(dá)的典型要求列于表22.115。圖22.1 交會制導(dǎo)子系統(tǒng)簡化框圖16表22.1

6、STS交會雷達(dá)要求*搜索±30°螺旋掃描捕獲0dBsmSW-I時 12NM;+14dBW詢問-應(yīng)答機(jī)時300NM跟蹤距離距離變化率角度角度變化率±1%1ft/s或1%8mrad0.14mrad/s或5%注：* 摘自參考資料15。在捕獲和緊接著捕獲的那一瞬間之后，相對速度矢量一般處在瞬間視線方向，也有可能存在著一個相當(dāng)于一個垂直于視線的相對速度分量的較大誤差。發(fā)現(xiàn)距離和接近速度使得交會階段可能為幾分鐘。對于精確的交會來講，一個適當(dāng)長的時間間隔是很重要的，因?yàn)楸仨氂谐湓５臅r間來清除雷達(dá)跟蹤數(shù)據(jù)的內(nèi)部噪聲和糾正測量誤差。1020min的時間間隔相對于總的任務(wù)持續(xù)時間來講

7、還是短的。Hord研究表明17，地球引力場差異的影響對于不超過1020min的跟蹤階段持續(xù)時間間隔而言是可以忽略的。而且，Wolverton也已指出16，當(dāng)交會時間Tr小于衛(wèi)星軌道周期T0與（2p）-1的乘積時，交會控制的軌道運(yùn)動問題是可以忽略的。第二類SBR從太空進(jìn)行地面遙感始于1960年的第一顆電視紅外線觀察衛(wèi)星（Tiros氣象衛(wèi)星）的發(fā)射。通過雷達(dá)從太空對地面進(jìn)行遙感則起始于1975年由國家航空航天管理局（NASA）發(fā)射的大地測量軌道衛(wèi)星（GEOSC），繼而是1978的Seasat（海洋衛(wèi)星）的發(fā)射、1981年航天飛機(jī)上SIRA的發(fā)射及1984年航天飛機(jī)STS17上SIRB的發(fā)射。Sea

8、satA系統(tǒng)SeasatA項(xiàng)目是由加利福尼亞噴氣推動實(shí)驗(yàn)室（JPL）研究所為國家航空航天管理局設(shè)計的。SeasatA的任務(wù)是證明測量海洋動態(tài)的可行性。需要測量的數(shù)據(jù)包括地形地貌、海表面風(fēng)、引力波，海表面溫度、海冰范圍及年代、海洋特征和含鹽度。大地水準(zhǔn)面測量的精度規(guī)定在±10cm之間18。SeasatA衛(wèi)星發(fā)射于1978年6月26日的太平洋標(biāo)準(zhǔn)時間下午6時12分。軌道高度的遠(yuǎn)地點(diǎn)為783km，近地點(diǎn)為778km。其逆行的極地軌道具有108°的傾斜角度和100.5min的周期。宇宙飛船攜帶三部雷達(dá)和兩個射線探測器。相參SAR工作于1.275GHz，此方面將在22.3節(jié)中講到。雷

9、達(dá)測高儀工作在1214GHz波段，并且覆蓋了飛船正下方的一個寬為1.6km的長條區(qū)域。風(fēng)散射儀工作在14.599GHz，并且覆蓋了兩長條區(qū)域，每一個長條區(qū)域的寬度均為400km，且分布在飛船兩側(cè)。4個天線測量風(fēng)速的范圍為428m/s。微波輻射計有個頻道，分別為6.6GHz、10.6GHz、18GHz、21GHz和37.6GHz。它覆蓋了一個1000km寬的以天底為中心的長條區(qū)域。可見光和紅外線射線儀僅覆蓋了一個寬1800km的對稱于天底的長條區(qū)域。SeasatA一直在收集數(shù)據(jù)，直到1978年10月9日太陽能電池板與配電總線滑環(huán)發(fā)生短路為止。在SeasatA上進(jìn)行的SAR實(shí)驗(yàn)的主要目的包括：（1

10、）獲取深海區(qū)海洋波浪圖的雷達(dá)圖像；（2）獲取沿海岸線區(qū)域的海洋波浪圖和水陸相互作用的數(shù)據(jù)；（3）獲取海洋、淡水冰和雪覆蓋的雷達(dá)圖像。次要的目的是：（1）獲取陸地表面的雷達(dá)圖像；（2）獲取繪制地圖所需的地表數(shù)據(jù)；（3）獲取對陸地與海面粗糙度（起伏）、冰的種類、地面物質(zhì)差異、植物和地形估計所需的數(shù)據(jù)；（4）獲取監(jiān)視環(huán)境變化的數(shù)據(jù)；（5）證明具備全天候、晝夜測量能力；（6）獲取設(shè)計未來高分辨力太空雷達(dá)系統(tǒng)的有用數(shù)據(jù)。GEOS3地力實(shí)驗(yàn)海洋衛(wèi)星GEOS3是遙感衛(wèi)星。其實(shí)驗(yàn)包包含有臺儀器1921。它們分別是：（1）一部SBR測高儀；（2）兩個C波段轉(zhuǎn)發(fā)器；（3）一個波段轉(zhuǎn)發(fā)器；（4）若干激光后向反射器；

11、（5）一部無線電多普勒系統(tǒng)。GEOS3衛(wèi)星的目的是完成一些實(shí)驗(yàn)，以支持應(yīng)用衛(wèi)星大地測量技術(shù)進(jìn)行地球科學(xué)研究，如地球物理學(xué)和海洋地理學(xué)。GEOS3上的SBR測高儀的任務(wù)是完成軌道性實(shí)驗(yàn)，這個實(shí)驗(yàn)：（1）確定天基雷達(dá)測高儀繪制海洋表面形態(tài)圖的可行性和有效性，其制圖的絕對精度是±5m，相對精度是12m；（2）確定測量浪高的可行性；（3）確定測量海洋垂直面偏斜的可能性；（4）有助于未來可實(shí)用的測高衛(wèi)星（具有10cm的測量精度）的發(fā)展。GEOSC衛(wèi)星發(fā)射于1975年4月9日（在成功完成軌道運(yùn)行后，它的型號改為GEOS3）。其標(biāo)稱軌道如下：平均高度為843km；傾角為115°；偏心率為

12、0.000；周期為101.8min；GEOS3宇宙飛船的外殼為一個鋁制8面體，上面用一個截短的金字塔形封頂。衛(wèi)星的寬度為132cm（53in），高度為81cm（32in），重量為340kg（750 lb）。第三類SBR在能夠開始設(shè)計第三類SBR之前，必須明確其監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)的各項(xiàng)技術(shù)要求。這些要求應(yīng)該包括但又不必局限于22：（1）目標(biāo)雷達(dá)截面模型；（2）目標(biāo)的最大速度和加速度；（3）目標(biāo)數(shù)量；（4）檢測概率；（5）虛警概率和虛警時間；（6）跟蹤精度；（7）最小的目標(biāo)間隔；（8）指定誤差；（9）預(yù)警時間；（10）探測區(qū)域長度；（11）回訪時間；（12）雜波模型；（13）氣候模型。設(shè)計研究有了這些起

13、碼的技術(shù)要求，軌道選擇就可以開始了，同時可以對技術(shù)參數(shù)做一些權(quán)衡，且對太空環(huán)境、干擾及雜波的影響必須予以考慮。由于航天飛機(jī)是SBR的一個主要發(fā)射裝置，所以不僅要檢驗(yàn)其發(fā)射能力，還必須考慮大型監(jiān)測雷達(dá)在太空的優(yōu)缺點(diǎn)。目標(biāo)特性及對覆蓋范圍、跟蹤數(shù)據(jù)率和回訪率的要求都是重要的技術(shù)參數(shù)。雷達(dá)雜波中的可見度、天線的尺寸、掃瞄速率及擦地角度的限制也都決定了SBR軌道的選擇。若SBR電子設(shè)備接受的自然輻射壽命劑量過大，則太空環(huán)境本身將決定所選的軌道。最后一個要求是要用最少的衛(wèi)星以保持系統(tǒng)的總造價為最小。需要考慮的幾個問題軌道選擇對于每類SBR，特別是對大型監(jiān)視SBR而言，有許多因素可影響軌道的選擇。軌道參數(shù)

14、，如周期、高度、速度是首先要求考慮的問題。環(huán)繞地球圓形軌道上的衛(wèi)星速度公式為16 （22.1）式中，r為衛(wèi)星到地心的距離；m為通用重力常數(shù)與地球質(zhì)量的乘積。地球衛(wèi)星的周期用下面公式計算16，即 （22.2）式中，Va為衛(wèi)星在遠(yuǎn)地點(diǎn)的速度；Vp為衛(wèi)星在近地點(diǎn)的速度。對圓形軌道，Va=Vp，因此圓形軌道衛(wèi)星的運(yùn)行周期為 （22.3）表22.2給出了當(dāng)?shù)厍虻陌霃綖? 090.3萬英尺、m為1.4069（10）16ft3/s2和1n mile為6 076.1ft時，某些環(huán)繞圓軌道的速度和周期的計算結(jié)果。表22.2 選擇的軌道參數(shù)高度（n mile）速度（ft/s）周期（min）9925 5878841

15、424 52010091223 0741202 26220 1571805 61215 99936019 36910 0791 440許多關(guān)于衛(wèi)星星座群最佳覆蓋范圍的研究已經(jīng)開展并有所報道2328。Luders和Ginsberg24描述了對多種地球緯度線限定區(qū)域完成連續(xù)覆蓋的解析答案。Emara和Leondes27通過至少4顆衛(wèi)星的最少數(shù)量的衛(wèi)星群解決了同時觀察問題。Ballard25擴(kuò)展了Walker23的早期工作，并且分析了各種玫瑰花形衛(wèi)星群。這些星群能為地球上任何地方的觀察者與最近的子衛(wèi)星站之間提供一個最大的大圓范圍。不同的星群能提供單、雙、三和四重可視性。Beste26設(shè)計了使用最少數(shù)

16、量的衛(wèi)星提供單一的和三層連續(xù)覆蓋的衛(wèi)星群。所有這些研究只確定了衛(wèi)星上傳感器的覆蓋范圍，而這些傳感器只能觀察天底周圍的角度區(qū)域。光電傳感器和測繪雷達(dá)便是典型的此類傳感器。然而，這些研究并沒有涉及需要在雜波環(huán)境中探測目標(biāo)的SBR監(jiān)視傳感器提供的結(jié)果。這類傳感器的典型特征是具有一個偏離天底20°30°的天底孔。這孔的信雜比（SCR）對于可靠探測而言過于大了。在如圖22.2所示中可以看到有一個50°的最大擦地角和一個最小3°的擦地角，這個最小的擦地角取決于SBR損失預(yù)算中大氣的衰減量和折射角誤差。要解釋清楚所能獲取的不同結(jié)果，讓我們考慮一個能夠從1 0371km

17、（5 600n mile）軌道高度提供連續(xù)覆蓋地球表面所需的條件。對于每顆衛(wèi)星上的沒有擦地角限制的單一傳感器，有6顆衛(wèi)星就可以從極地軌道提供所需求的連續(xù)覆蓋范圍。利用Harney提供的研究結(jié)果，衛(wèi)星可以被平均地分配在兩個軌道面上28。然而，如果SBR內(nèi)的傳感器的擦地角范圍被限制在3°60°之間，那么所需求的覆蓋范圍就要由10個衛(wèi)星組成的衛(wèi)星群提供。該衛(wèi)星群在10個等間隔的軌道平面上都有一顆衛(wèi)星，軌道平面的傾斜角是49.4°，類似于Walker 10/10/8星群23。如果擦地角擴(kuò)展到3°70°之間，那么一組采用Walker 14/14/12結(jié)構(gòu)

18、組合起來的14顆衛(wèi)星的衛(wèi)星群能提供一個連續(xù)的全球雙重覆蓋。每個軌道面的傾斜角是49.4°。圖22.2 SBR覆蓋圖和天底孔太空環(huán)境對工作在太空的大型相控陣?yán)走_(dá)而言，太空中的熱度和自然輻射對SBR的設(shè)計有顯著的影響。其影響取決于軌道的高度及在結(jié)構(gòu)中所采用的材料。熱環(huán)境效應(yīng)一般來講，相控陣天線的變形會引起天線增益的下降。圖22.3給出了誤差相關(guān)間隔相對波長很大的情況下由變形e 引起的隨機(jī)相位誤差所產(chǎn)生的結(jié)果。從如圖22.3所以可知，約1/10波長的變形就可產(chǎn)生2dB的增益損耗，因此，對于一個50m直徑的平面相控陣天線，在波長為10cm時，如果要保證天線增益損耗不超過2dB，那么陣列平面的

19、均方根變形必須小于1cm。圖22.3 隨機(jī)相位誤差產(chǎn)生的天線增益損耗有人研究在同步軌道上的70ft（21.34m）直徑的拋物面反射體中的熱變形29，并在鈦和石墨復(fù)合材料間進(jìn)行了反射體特性的比較。通常，相同性能的反射體天線的容差比相控陣天線要嚴(yán)格得多。圖22.4給出了分析結(jié)果。在給定均方根誤差為 0.076cm時，石墨復(fù)合材料的性能更優(yōu)越。如果這是波長的1/50，那么天線就可以在3.8cm的波長上滿意地工作?？紤]在5 600n mile高度上的一個70m直徑的透鏡相控陣列3031，如圖22.5所示。太陽角的巡行過程可以從圖中知道。通過模擬已經(jīng)可以估算出這種空間饋電透鏡天線上的某些部分的最大和最小

20、溫度。圖22.4 熱變形29圖22.5 5 600n mile軌道高度的SBR和太陽角的巡行過程通過選擇合適的材料，這種類型的天線設(shè)計所經(jīng)歷的變形比允許的變形要低。圖22.63233給出了直徑為71m的空間饋電天線的相對增益損耗與偏移或變形波長數(shù)的函數(shù)關(guān)系。可以看出，在20°掃瞄角度時，若變形為5個波長，則相對增益下降1dB。位 置溫度（°k）最大值最小值平面264224邊緣182160上部支撐231186下部支撐217201上部偶極子平面314201下部偶極子平面274220圖22.6 空間饋電陣列變形產(chǎn)生的增益損耗輻射環(huán)境的影響在空間，SBR系統(tǒng)會遇到太空粒子輻射，它們

21、可能是來自自然現(xiàn)象，也可能來自原子核裂變。衛(wèi)星必須被設(shè)計成具有合理的太空自然環(huán)境壽命。這種環(huán)境是軌道高度的函數(shù)。當(dāng)衛(wèi)星在中高軌道工作時，暴露于地球Van Allen輻射帶* Van Allen輻射帶指地球外的兩個輻射帶，一個在外圍2 000mile處，一個在外圍9 00012 000mile處。譯者注。的地區(qū)是可以預(yù)先估計出來的，并且其對雷達(dá)電子設(shè)備的作用效果是衛(wèi)星內(nèi)部組件固有的防核能力和所用防護(hù)罩的函數(shù)（參考資料34提供了截獲的質(zhì)子和電子流量的輻射數(shù)據(jù)，該流量是高度的函數(shù)）。圖22.732 以rads# rad（拉德）為吸收輻射劑量單位，每1g組織吸收100爾格能量。譯者注。（國際單位）給出

22、了介于3506 500n mile高度內(nèi)的軌道上的衛(wèi)星5年所經(jīng)受的總輻射劑量與其使用鋁防護(hù)罩厚度的函數(shù)關(guān)系?？梢钥闯?，對SBR收發(fā)模塊的器件而言，當(dāng)前集成電路防核技術(shù)條件需達(dá)到的防核總劑量大約為5×105rads（國際單位）才適用。對于部署在許多可選軌道上的、在自然環(huán)境中具有幾年任務(wù)的SBR系統(tǒng)而言，這樣的防核能力是足夠的。5×106rads的防核能力是5年任務(wù)期限的起碼要求，并且是可能實(shí)現(xiàn)的。在一個典型的高空核爆炸的飽和核環(huán)境中，依據(jù)特定的軌道將需要1×1075×107rads的硬度。目前無法確定能否研制具有如此高防核能力的器件。圖22.7 5年期任務(wù)

23、防護(hù)罩厚度與總劑量的關(guān)系32折中措施很顯然，每類SBR的設(shè)計過程可以根據(jù)不同的用途采取一些折中措施。如在22.6節(jié)中提到的用于空中交通管制（ATC）的雙頻監(jiān)視和跟蹤雷達(dá)系統(tǒng)中，作為跟蹤數(shù)據(jù)率和波束擦地角的函數(shù)，在跟蹤目標(biāo)數(shù)目與監(jiān)測范圍之間進(jìn)行折中是可能的。在一個高分辨力測繪雷達(dá)系統(tǒng)中，作為雷達(dá)波長和積累時間的函數(shù)，在軌道高度與分辨力之間進(jìn)行折中是可能的。這些折中方案在參考資料12和參考資料13中有詳細(xì)說明。雜波/干擾SBR的性能明顯取決于雜波和有意或無意的干擾。為說明雜波問題的量級，讓我們來考慮22.6節(jié)中講到的ATC雷達(dá)。當(dāng)擦地角為70°、地面反射率為-15dB時，主波束的雜波截面

24、積為+57dBsm。若所需要的雷達(dá)性能為：具有+13dBsmRCS的目標(biāo)具有25dB的信雜比（SCR），那么主波束雜波對消比必須不少于69dB。因此，SBR性能要求大的雜波對消比。參考資料35指出，采用脈沖多普勒和偏移相位中心天線（DPCA）技術(shù)，可以獲得高達(dá)90dB的雜波對消比。因?yàn)橹靼陮挾日?，所以干擾進(jìn)入SBR天線主要是通過副瓣。這種干擾可能是有意的噪聲干擾也可能是無意的其他雷達(dá)干擾。如果綜合使用自適應(yīng)副瓣對消技術(shù)和副瓣匿影技術(shù)，則干擾影響可以被削減到可接受的水平。運(yùn)載裝置性能最可能的SBR運(yùn)載裝置是航天飛機(jī)（STS）。因此，必須考慮STS運(yùn)載包括一顆或多顆SBR衛(wèi)星在內(nèi)的各種負(fù)荷的能力（

25、以及將它們送入軌道的推進(jìn)系統(tǒng)）。圖22.8給出了幾種不同圓形軌道高度和軌道機(jī)動系統(tǒng)（OMS）在軌速度增量情況下，STS貨物重量與軌道傾斜角的函數(shù)關(guān)系。從圖中可以看出，從佛羅里達(dá)的肯尼迪發(fā)射場可以將重為64 000 lb的SBR送入傾斜50°的100n mile的圓形軌道。如果每個SBR的重量為9 500 lb，那么3個SBR衛(wèi)星和用于軌道轉(zhuǎn)換的重達(dá)35 500 lb的推進(jìn)裝置可以一起被送入軌道。圖22.8 不同圓形軌道高度的STS載荷與傾斜角的關(guān)系（只運(yùn)貨不機(jī)動）SBR系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)當(dāng)傳感器要完成探測太空、海洋和空中目標(biāo)任務(wù)及完成導(dǎo)彈防御任務(wù)時，可考慮使用SBR。與陸基雷達(dá)相比，這些部

26、署在太空的雷達(dá)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）空間和時間覆蓋范圍僅受選定的軌道和衛(wèi)星的數(shù)目限制。如圖22.9和圖22.10所示。大范圍的連續(xù)觀測是可以實(shí)現(xiàn)的28。圖22.9標(biāo)明了從圓形極地軌道上提供連續(xù)覆蓋整個地球表面所需要的軌道平面數(shù)量和衛(wèi)星數(shù)量?？梢钥闯觯?dāng)衛(wèi)星的高度大于6 000n mile時，需要在兩個軌道平面上使用6顆衛(wèi)星，在衛(wèi)星探測范圍內(nèi)沒有天底孔。圖22.10說明了在赤道軌道的特殊情況下，實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋所需要求衛(wèi)星的數(shù)量。這種情形僅限于擴(kuò)展到圖中所指定緯度的寬條形區(qū)，可看出：當(dāng)衛(wèi)星的高度大于6 000n mile時，4顆衛(wèi)星能夠覆蓋一條60°寬的條形區(qū)。時間上的覆蓋范圍如圖22.11

27、所示。圖中給出了目標(biāo)被跟蹤以后從太空衛(wèi)星觀測地面目標(biāo)的最大時間28，可以看出，當(dāng)軌道高度為6 000n mile時，一個地面目標(biāo)能被觀測的時間超過7 000s。圖22.9 極地軌道的全球覆蓋28圖22.10 赤道軌道的帶狀覆蓋圖28（2）使用電子掃瞄天線的SBR是可以完成多種任務(wù)的。例如，一個雷達(dá)衛(wèi)星系統(tǒng)能：搜索一個扇區(qū)，完全覆蓋美國本土周圍的防御區(qū)域，探測距海岸一定距離的轟炸機(jī)；搜索一個覆蓋極地的扇區(qū)以便在彈道導(dǎo)彈早期預(yù)警系統(tǒng)（BMEWS）發(fā)現(xiàn)之前發(fā)現(xiàn)洲際彈道導(dǎo)彈（ICBM）；監(jiān)視任何國外潛在的太空發(fā)射場地；完成海洋地區(qū)的監(jiān)視；搜索一個?；鶑椀缹?dǎo)彈（SLBM）防御區(qū)域；探測可能對美國同步衛(wèi)星

28、構(gòu)成威脅的太空目標(biāo)。任務(wù)的數(shù)量僅受限于重量和可用的主電源，但當(dāng)采用航天飛機(jī)作為發(fā)射裝置時，這些限制都能克服。因此惟獨(dú)技術(shù)和成本才是真正的限制。（3）大氣傳播影響可以通過適當(dāng)選擇工作頻率和有利的幾何關(guān)系使之最小化。（4）如果數(shù)據(jù)經(jīng)中繼衛(wèi)星獲得，就不需要海外工作站。因此一個國家的SBR系統(tǒng)在政治上是獨(dú)立的，并且國外跟蹤站的喪失對系統(tǒng)性能沒有影響。影響太空大型雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)展步伐的因素有：（1）太空大型天線結(jié)構(gòu)技術(shù)、太空大型相控陣技術(shù)、太空大型重量技術(shù)和太空大型主能源系統(tǒng)技術(shù)在早期進(jìn)程中都要考慮到。圖22.11 目標(biāo)被跟蹤后從太空衛(wèi)星觀測目標(biāo)的最大時間28（2）天基多功能雷達(dá)系統(tǒng)的合理運(yùn)行費(fèi)用還需要論證

29、。即使使用航天飛機(jī)可以減少將負(fù)荷送入軌道的單位重量費(fèi)用，SBR系統(tǒng)仍需要投入巨資。22.3 SBR系統(tǒng)介紹美國和前蘇聯(lián)已布署了類型I和類型IISBR。本節(jié)將介紹某些此類的SBR系統(tǒng)。STS交會雷達(dá)11536休斯（Hughes）飛機(jī)公司為在空間運(yùn)輸系統(tǒng)（STS）中使用而研制了交會雷達(dá)和通信子系統(tǒng)（IRACS）組合。IRACS是一個相參的距離波門脈沖多普勒雷達(dá)，用于搜索、捕獲和跟蹤其他環(huán)繞軌道運(yùn)行的目標(biāo)，并且提供與那些目標(biāo)進(jìn)行快速和高效的交會所需要的太空測量數(shù)據(jù)。IRACS為STS提供雷達(dá)和通信兩種功能：在脈沖多普勒雷達(dá)模式中，它完成剛才所講的交會功能；在通信模式中，完成搜索、捕獲并追蹤跟蹤與數(shù)據(jù)

30、中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS）的中繼衛(wèi)星，以便在航天飛機(jī)和地面跟蹤站之間建立雙路通信。IRACS硬件被分成展開部件和艙載部件兩部分。展開部件平時位于航天飛機(jī)載重艙內(nèi)，工作時從打開的載重艙門延伸出去。這部分硬件包括了天線反射體、饋線、平衡環(huán)、驅(qū)動馬達(dá)、陀螺儀、數(shù)字式軸編碼器、轉(zhuǎn)動鉸鏈、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、上變頻器、第一下變頻器和頻率合成器。艙載硬件位于航天飛機(jī)內(nèi)，完成信號處理、跟蹤濾波和控制功能。這個Ku波段的IRACS工作于13.75GHz和15.15GHz頻段之間。其雷達(dá)工作于13.75GHz和14.0GHz之間，有兩種基本的雷達(dá)模式：一種是被動模式，在這種模式時，目標(biāo)是非合作式的，因此截面積不會增

31、大；另一種是主動模式，目標(biāo)上有一個應(yīng)答機(jī)。在被動模式時，雷達(dá)最大的作用距離為12n mile；而在帶有一個+14dBm應(yīng)答機(jī)的主動模式中，雷達(dá)最大作用距離為300n mile。子工作模式包括自動搜索、自動角度和距離跟蹤能力及外部角度控制操作。在外部角度控制下，天線要么通過外部旋轉(zhuǎn)命令，要么通過參考慣性空間或者太空船的軸線來定位。在自動工作過程中，角度、角度變化率、距離和距離變化率的測量由雷達(dá)在跟蹤開始后進(jìn)行。外部角度控制工作模式僅測量距離和距離變化率。該系統(tǒng)的天線是直徑為36in的中心饋電拋物面，增益為38.4dB，波束寬度為1.68°。五單元單脈沖饋源提供一個和輸出和兩個正交的差輸

32、出。角度跟蹤采用時分復(fù)用將兩個差輸出合并成一個單路的接收差通道。使用接收機(jī)差通道來監(jiān)測一個工作在搜索狀態(tài)的輔助喇叭，并輔助喇叭通道與主天線通道進(jìn)行比較，以防止捕獲主天線的副瓣中的大目標(biāo)，。輔助天線的峰值增益比主天線的峰值增益小20dB。和通道與差通道使用低噪聲射頻（RF）前置放大器，經(jīng)過放大，和差通道在中頻（IF）合并成一個單路接收通道通向艙內(nèi)電子設(shè)備，以進(jìn)行后續(xù)的處理。發(fā)射機(jī)采用行波管（TWT），增益為44dB，將相參合成器輸出放大到50W的峰值功率。在短距離工作狀態(tài)（小到100ft），行波管被旁路，以減少目標(biāo)上的功率。在雷達(dá)模式中，用5個射頻頻率點(diǎn)對Swerling型（慢起伏）目標(biāo)回波進(jìn)行

33、去相關(guān)，提高檢測效果。采用16點(diǎn)離散傅里葉變換（DFT）處理器去相參積累多脈沖回波，并提供目標(biāo)相對速度的精密測量。展開部件重達(dá)135 lb，主電源功率為 460W。SeasatA合成孔徑雷達(dá)1837SeasatA是由5個子系統(tǒng)構(gòu)成的聚焦型SAR，即：（1）航天器雷達(dá)天線；（2）航天器雷達(dá)傳感器；（3）航天器至地面的數(shù)據(jù)鏈路；（4）地面數(shù)據(jù)記錄器和格式化；（5）地面數(shù)據(jù)處理器。天線是8塊由合成饋電網(wǎng)絡(luò)饋電的微帶陣列，工作于 1275MHz。SeasatA天線的細(xì)節(jié)將在22.4節(jié)中討論。固態(tài)雷達(dá)發(fā)射機(jī)從穩(wěn)定本振獲取線性調(diào)頻（LFM）信號，產(chǎn)生800W的額定峰值功率。當(dāng)天線偏離天底20°角

34、、仰角波束寬為6°時，天線在地球表面的輻射范圍是一條100km寬的條形區(qū)域。一旦雷達(dá)傳感器中的接收機(jī)接收到反射信號，靈敏度時間控制RF放大器就將回波放大。該信號和部分穩(wěn)定本振信號混合通過模擬數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送到地面站。在地面站，數(shù)據(jù)線解調(diào)器將雷達(dá)傳感器的本振信號和回波還原，還原后的同步解調(diào)視頻雷達(dá)信號被雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄儀和格式化處理分機(jī)子系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成數(shù)字形式。通過轉(zhuǎn)換，信號被緩存且被一個高密度磁帶記錄儀記錄下來。然后，雷達(dá)信號處理機(jī)將記錄下來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成一個二維的天線觀測區(qū)域雷達(dá)截面圖。在仰角上（與航跡垂直）用時間波門選通壓縮后的回波信號得到的分辨力為25m，在方位上（沿航跡）通過地面信號處

35、理器在數(shù)據(jù)處理間隔期間對相參回波信號進(jìn)行聚焦（亦可得到分辨力為25m的雷達(dá)圖）。SAR在軌總重量達(dá)223kg，所需要的雷達(dá)電源功率為624W。表22.3列出了Seasat SAR的技術(shù)特性。表22.3 合成孔徑雷達(dá)天線類型平面相控陣（10.74m×2.16m）波束寬度方位 1.1° ,仰角 6° （1dB點(diǎn)處）視角20°俯仰角, 與速度矢量成90°增益34.7dB極化水平重量113kg發(fā)射機(jī)類型固態(tài)發(fā)射機(jī)效率38%RF載波1275MHz峰值功率800W（標(biāo)稱值），1125W（最大值）脈沖寬度33.8msPRF1463,1540,1645 pps

36、占空比0.05（最大值）平均功率44.5W（標(biāo)稱值）,62.6W（最大值）波形脈沖,LFM,19MHz帶寬接收機(jī)噪聲溫度550K帶寬22MHz系統(tǒng)輸入噪聲-127.42dBWAGC時間常數(shù)5sSTC增益變化9dB穩(wěn)定本振穩(wěn)定度3×1010/5ms記錄儀25kb/s 數(shù)字式系統(tǒng)重量110kg （不含天線）總主電源功率624W（最大值）分辨力25m條形區(qū)寬度100km條形區(qū)長度每次掃描2000km條形區(qū)方向軌道路徑的右側(cè)信噪比9dB（標(biāo)稱值）航天飛機(jī)成像雷達(dá)36 SeasatA SAR的技術(shù)發(fā)展為航天飛機(jī)成像雷達(dá)（SIR）系列奠定了基礎(chǔ)。SIR系列包括SIRA和SIRB。其天線上的小差別

37、將在第22.4節(jié)中討論。使用波段發(fā)射機(jī)，帶寬將有微小的變化，因而SIRA的分辨力為40m，SIRB的分辨力為20m。兩種雷達(dá)的條形探測區(qū)寬度都是50km；軌道高度分別為240km和220km，因此雷達(dá)的距離和入射角不同。GEOSC SBR系統(tǒng)特性81921GEOSC雷達(dá)測高儀為高精度、Ku波段的（13.9GHz）SBR測高儀。這種測高儀主要用于測量海洋表面的形態(tài)和海情。它是一種復(fù)雜多模式的雷達(dá)系統(tǒng)，具有兩種不同的雷達(dá)收集模式（全球模式和增強(qiáng)模式），還具有兩種相應(yīng)的用于在軌道功能測試和儀器校準(zhǔn)的自測校準(zhǔn)模式。它主要性能特征是其具有以下能力：（1）進(jìn)行精確的衛(wèi)星至海洋表面高度測量（當(dāng)輸出速率為每秒

38、鐘一次時，全球模式（GM）的精度為50cm；增強(qiáng)模式（IM）的精度為20cm），用以繪制海洋表面形狀圖；（2）提供數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)處理后可以估計海洋波浪峰至波谷高度（浪高在210m的范圍內(nèi)，估計精度為25%）。設(shè)計中包含幾個重要的技術(shù)領(lǐng)域：（1）160MHz時鐘和4相位分割、分辨力達(dá)1.56ns的高頻邏輯電路；（2）寬帶（100MHz）、壓縮比為100：1、壓縮后脈寬為12.5ns的線性調(diào)頻脈壓系統(tǒng)；（3）用以對寬帶（50MHz）有噪音視頻回波信號的進(jìn)行準(zhǔn)確采樣的高速采樣保持電路；（4）在太空中應(yīng)用的高壓（12kV）電源的設(shè)計和包裝。設(shè)備重達(dá)68kg（150 lb）、體積為0.119m3（4.

39、2ft3），包括直徑為0.6m（24in）、波束寬度為2.6°和增益為36dB的拋物面天線。設(shè)備包裝成兩個基本部分，即一個RF部分和一個附屬電子設(shè)備部分。兩部分都固定在一個直徑為0.65m（26in）的中央圓筒式碟狀基板上。RF部分的主要子系統(tǒng)有：（1）IM發(fā)射機(jī)（線性調(diào)頻信號產(chǎn)生器、上變頻器、1W的驅(qū)動行波管和高壓電源、2kW輸出行波管和高壓電源）；（2）GM發(fā)射機(jī)（一個峰值功率為2kW的磁控管和高壓電源）；（3）RF開關(guān)組件（RF開關(guān)、波導(dǎo)管、標(biāo)準(zhǔn)衰減通道和收發(fā)開關(guān)）；（4）接收機(jī)前端（下變頻器-前置放大器）。附屬電子設(shè)備部分的主要子系統(tǒng)有：（1）IF接收機(jī)（IF放大器、濾波器、

40、脈沖壓縮器和檢波器）；（2）信號處理器（用多層板組件上的模擬和數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)AGC、捕獲和跟蹤功能）；（3）頻率合成器；（4）模式控制電路；（5）校準(zhǔn)-測試電路；（6）低壓電源。工作時需要的額定功率是全球模式71W；增強(qiáng)模式126W（16波形采樣器）前蘇聯(lián)“宇宙”1500側(cè)視雷達(dá)3839前蘇聯(lián)于1983年9月28日將“宇宙（Cosmos）”1500海洋衛(wèi)星發(fā)射到650km的額定極地軌道。它是可連續(xù)提供世界海洋觀察的軍民兩用系列衛(wèi)星中的第一顆。傳感器通過一個分配網(wǎng)絡(luò)為陸海使用者提供側(cè)視雷達(dá)（SLR）、海洋與冰區(qū)的射電和可視覆蓋38。表22.4概括了實(shí)波束SLR的參數(shù)和特性。雷達(dá)工作頻率為9500

41、MHz，其磁控管發(fā)射機(jī)有100kW的峰值功率輸出。天線是11m長和4cm高的開槽波導(dǎo)?！坝钪妗?500已經(jīng)顯示出了許多非凡的性能，包括：（1）定時自動發(fā)送SLR的地球成像圖片；（2）繪制以前從未探測過的南極和格林蘭冰蓋的不均勻性圖；（3）極地區(qū)域多年和第一年冰區(qū)的雷達(dá)成像；（4）繪制冰蓋連續(xù)性斷裂的延伸區(qū)域圖；（5）通過使用相同水域的系列雷達(dá)成像跟蹤海冰漂流；（6）油膜、風(fēng)區(qū)或海流的探測；（7）在1983年1011月間為陷在北極區(qū)冰層中的船只提供導(dǎo)航。表22.4 “宇宙”1500SBR的參數(shù)和性能類型實(shí)波束側(cè)視雷達(dá)（460km掃描帶）頻率/波長9500MHz/3.15cm天線類型開槽波導(dǎo)尺寸1

42、1.085m×40mm開槽數(shù)480照射余弦（有底座的）波束寬度0.20°×42°增益35dB 續(xù)表類型實(shí)波束側(cè)視雷達(dá)（460km掃描帶）頻率/波長9500MHz/3.15cm副瓣-22-25dB波導(dǎo)銅，截面積為23mm×10mm極化垂直回轉(zhuǎn)角離天底35°噪聲溫度300K發(fā)射機(jī)類型磁控管功率100kW（峰值），30W（平均）脈沖寬度3msPRF100 pps損耗1.7dB接收機(jī)類型超外差噪聲功率-140dBW損耗1.7dB脈沖積累8（非相參）低噪聲放大器噪聲溫度150200K低噪聲放大器增益15dB動態(tài)范圍30dBIF30±0

43、.1MHz輸入電源功率400W距離700km（最小值），986km（最大值）SCRs0=-20dB時為0dB“宇宙”1500軌道用光學(xué)傳感器探測全球一次需要1.41天；但若用雷達(dá)傳感器，則需要5.9天?！坝钪妗?500型衛(wèi)星的后續(xù)發(fā)射已經(jīng)開始。22.4 技術(shù)開發(fā)大型空間雷達(dá)的需要促進(jìn)了如下幾種新技術(shù)的進(jìn)步：（1）大型可展開式拋物面天線和相控陣天線；（2）重量輕、價格低的單片微波集成電路（MMIC）發(fā)射/接收組件；（3）高水平的一次電源系統(tǒng)；（4）高效率的艙載信號處理機(jī)；（5）重量輕的大型空間結(jié)構(gòu)；（6）重量輕、成本低的移相器；（7）抗輻射電子器件；（8）熱膨脹系數(shù)低的材料；（9）先進(jìn)的校準(zhǔn)和自

44、測技術(shù)。這里對一些技術(shù)進(jìn)行簡要的討論。天線SBR的發(fā)展在很大程度上取決于大型空間可展開式天線技術(shù)。由于雷達(dá)作用距離比普通的明顯增大，且雷達(dá)功率有限，所以必須使用大型天線?？臻g中的真空和零重力環(huán)境允許研制單位面積質(zhì)量低的天線。美國的研制者已經(jīng)研討過直徑長達(dá)1km的大型天線4048。在前蘇聯(lián)，直徑在110km的范圍內(nèi)的天線已被探討過49。除了尺寸大和可展開這兩個特性之外，SBR天線還必須保持其形狀不變，不管是拋物面還是平面的。如先前在如圖22.3所示中標(biāo)明的那樣，很小的偏差能引起天線增益的顯著損失。通過使用低熱膨脹系數(shù)（CTE）材料能夠獲取穩(wěn)定的形狀。表22.5給出了熱穩(wěn)定RF系統(tǒng)一些材料的特性。

45、所列數(shù)據(jù)包括CTE、密度、楊氏模量、熱導(dǎo)率和用每種材料制作的WR75波導(dǎo)的衰減系數(shù)。下面選擇的一些天線設(shè)計的討論是為了說明空間大型天線的現(xiàn)狀。表22.5 可用于熱穩(wěn)定RF系統(tǒng)的潛在的材料選擇材料熱膨脹系數(shù)in/（in/°F）×10-6密度lb/in3揚(yáng)氏模量×106lb/in2熱導(dǎo)率WR75波導(dǎo)衰減系數(shù)dB/ft （11.95GHz）鋁13.10.101015130.049鈦5.10.16164440.274鎳鐵合金1.10.2920930.370鈹6.80.07404411380.082石墨/環(huán)氧樹脂0.030.06172575（軸向）7.3（橫向）1.560（

46、裸露）0.040（涂層）金6.80.7020640.048銅7.80.3229440.040銀11.00.3831010.039銠4.70.456110.087Kevlar *49-1.1縱向,+33徑向0.052190.334（軸向）0.285（橫向）注：*Du Pont 公司商標(biāo)。美國空間可展開式天線美國部署在空間的大型可展開式天線是1974年發(fā)射的洛克希德（Lockheed）NASA ATS6拋物反射面天線。其直徑為9.1m、均方根容差為1.52mm、單位面積重量為1.4kg/m224150。ATS6天線采用柔性肋條技術(shù)。在發(fā)射后的幾年中，洛克希德公司又將柔性肋條展開技術(shù)推廣到其他反射體

47、的設(shè)計中，即“多圓錐”形與“五朔節(jié)花柱”形設(shè)計41。Harris公司開發(fā)了輻條肋雙網(wǎng)格設(shè)計，并在1970年建造了一個直徑為12.5ft的天線40，之后又進(jìn)行了跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)（TDRSS）的直徑為4.88m的天線和三類天線的設(shè)計，其中包括輻條肋、TRAC和環(huán)-柱概念。這三類設(shè)計的重量直徑性能比如圖22.12所示47。作為美國國家航空及航天管理局（NASA）可展開式天線飛行實(shí)驗(yàn)（DAFE）設(shè)計研究的一部分，Harris公司估計，直徑為50m的反射體部件的總重量可望達(dá)到819kg（1805lb）。這種設(shè)計的單位面積質(zhì)量為0.417kg/m2，估計的表面誤差均方根值為4mm。在可展開式天線飛行

48、實(shí)驗(yàn)（DAFE）競爭中，Grumman宇航公司設(shè)計了一個直徑為50m的相控陣透鏡天線，其單位面積質(zhì)量為0.522kg/m2。DAFE研究是由Harris和Grumman兩公司在1980年8月1981年9月間的一次競爭中為NASA Marshall航天飛行中心（MSFC）開展的。研究的主要目的：（1）通過飛行實(shí)驗(yàn)，展示發(fā)射、展開、拆回及返還地面的大型（直徑為50m）空間結(jié)構(gòu)的能力；（2）通過飛行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證在空間中獲得并保持天基天線所需尺寸精度的能力。兩家公司都設(shè)計了一些附加的軌道實(shí)驗(yàn)，以便獲得最大的實(shí)驗(yàn)效果，同時將飛行器與實(shí)驗(yàn)風(fēng)險降低到最小程度。雖然設(shè)計了許多飛行方案，但是對于相控陣和拋物面天線

49、而言，總的結(jié)果都是相似的。兩家公司也設(shè)計了測量方法，以提供測量天線變形所必需的均方根為50mil的準(zhǔn)確度。圖22.12 三類天線設(shè)計中的重量與直徑的關(guān)系47通用動力公司也為空間應(yīng)用設(shè)計了可在空間架設(shè)的環(huán)氧石墨拋物面反射體天線4346。該公司制造并測試了一個直徑為2.44m的反射體。它具有均方根值為0.0635 mm的表面容差，4.4kg/m2的單位面積質(zhì)量?？臻g可架設(shè)天線設(shè)計的單位面積質(zhì)量為0.49kg/m2，而容差的均方根值則為10mm左右。因此，實(shí)現(xiàn)空間架設(shè)天線設(shè)計主要考慮的是較低頻率的應(yīng)用場合。在噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的資助下，作為NASA大型空間系統(tǒng)技術(shù)（LSST）項(xiàng)目的部分工作，T

50、RW公司發(fā)展了一種先進(jìn)的天線概念51。在航天飛機(jī)中裝入大型立體天線反射體的可行性已被驗(yàn)證。天線將被設(shè)計成工作在10100GHz的頻段，均方根偏差保持在10-5直徑制造誤差的水平。對于100ft直徑的天線，熱偏移估計達(dá)0.0034in（均方根值）。對于直徑在16100ft間的天線反射體，其重量都已被進(jìn)行了估計。圖22.13給出了反射體的重量曲線。重量不包括饋線和副反射體的重量?；緲?gòu)造設(shè)定為石墨環(huán)氧鋁質(zhì)的蜂窩狀-夾芯結(jié)構(gòu)。天線系統(tǒng)已在LSST項(xiàng)目中研制。洛克希德導(dǎo)彈和空間公司（LMSC）已在一個模擬的零重力環(huán)境中展示了大型太空可展開式天線技術(shù)52。LMSC生產(chǎn)出直徑為55m的環(huán)繞肋條拋物面天線的

51、22.5°扇形部分并將之裝在一個地面零重力裝置內(nèi)。天線表面是由1.2mil鍍金鉬線編成的網(wǎng)，邊緣用環(huán)氧石墨肋條包圍起來。每條肋重達(dá)9.1kg，長為27.5m，形狀為雙凸透鏡形。在部署展開前包裝天線時，這種造型能使肋條收攏，捆綁在中心軸周圍。一旦解除外力，這些肋條便恢復(fù)它們原有的結(jié)構(gòu)形狀，將反射網(wǎng)展開成合適的拋物面形狀。啟動洛克希德研制項(xiàng)目是為了通過地面可測試的、具有飛行代表性的全尺寸硬件來驗(yàn)證大直徑偏置反射體技術(shù)的備用狀況。圖22.13 TRW天線反射體重量估計51SeasatA天線（Ball公司設(shè)計）是一個長為10.74m、寬為2.16m的微帶陣列。該天線在進(jìn)入軌道后展開，工作波長

52、為23.5cm，雖然與SIRA天線非常相似，但不能機(jī)械操縱，代表了大型可展開式天線的重要發(fā)展637。SIRB天線也很相似。SIRC天線為電子操縱的且為雙頻的。表22.6歸納了Ball公司Seasat型天線的RF和機(jī)械特性。表22.6 Seasat、SIRA、SIRB和SIRC天線的特性SeasatSIRASIRBSIRC頻率1275MHz1278MHz1282MHz1275和5300MHz極化水平線性水平線性水平線性水平線性和垂直線性帶寬（1.5:1 VSWR）增益22MHz34.9dB8MHz33.6dB16 MHz33.0dB>20 MHz37.0dB（L波段）43.0dB（C波段）

53、波束寬度H平面E平面6.2°1.1°6.2°1.4°6.2°1.1°通過幅度和相位可調(diào)，0.99°（L波段），0.24°（C波段） 續(xù)表SeasatSIRASIRBSIRC波束指向角20.5°47°15°60°（可機(jī)械操縱）傾斜35°，±25°電子調(diào)控尺寸（展開）10.74m×2.16m9.4m×2.16m10.74m×2.16m12.06m×4.2m尺寸（折疊）1.34m×2.16m4.1m&#

54、215;2.16m4.1m×4.2m重量103kg181kg306kg900kg支撐結(jié)構(gòu)石墨-環(huán)氧樹脂3維支架剛性鋁制3維支架剛性鋁制2維和3維支架石墨環(huán)氧樹脂2維支架折疊機(jī)械多重折疊（彈簧）固定兩重折疊（馬達(dá)驅(qū)動）兩重折疊（馬達(dá)驅(qū)動）輻射單元數(shù)10248961024864（L波段），5184（C波段）控制板數(shù)8789饋源系統(tǒng)微帶線，同軸線和懸吊襯底微帶線，同軸線微帶線，同軸線微帶線，同軸線，波導(dǎo)W/A（kg/m2）4.448.914513.190617.7683Ball公司的航天系統(tǒng)部為低高度天基雷達(dá)（LASBR）系統(tǒng)設(shè)計了一種天線53。這種長為63.6m、寬為13.8m的陣列具有

55、嚴(yán)格限制陣列的雙路副瓣和波束邊界性能，是經(jīng)空間檢驗(yàn)的Seasat和SIRA技術(shù)結(jié)果的直接延伸。該設(shè)計的特征是用石墨環(huán)氧微帶蜂窩板制造的單軸可展開式桁架，并且49152單元各有一個無源3bit混合移相器。共同饋電網(wǎng)絡(luò)引起的損耗和重量的增加（W/A = 4.02kg/m2），通過在每384子板中調(diào)整發(fā)射和接收增益來補(bǔ)償。前蘇聯(lián)“宇宙”1500天線1983年9月28日，前蘇聯(lián)發(fā)射了“宇宙”1500衛(wèi)星，衛(wèi)星上有一部全天候探測地球海水、海洋表面和冰帽的側(cè)視雷達(dá)38（已在22.3節(jié)中提到過）。天線是具有480個槽孔的開槽波導(dǎo)陣列，長為11.085m、高為4cm，工作波長為3.15cm，天線波束寬度為0.

56、2°×42°，可提供35dB的增益。天線由截面為23×10mm2的銅波導(dǎo)制成。槽孔開在寬邊壁上，槽與槽之間的間隔是變化的，形成有底座的余弦幅度分布。圖22.14描繪了天線展開時的情形。在天線展開的最后一刻，在釋放機(jī)械裝置的控制下，末端上的彈簧扣鎖將天線的5個節(jié)段交合固定成形，沿波導(dǎo)寬邊凸緣面的螺線彈簧形成電氣緊固點(diǎn)，節(jié)與節(jié)之間的相對漏功率下降了50dB。展開后，天線可以通過離天底35°的范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)。圖22.14 “宇宙”1500天線組件示意圖發(fā)射/接收模塊在大型相控陣天基雷達(dá)的高級研發(fā)階段中，人們在有源陣列組件中采用體積小、造價低、重量輕、功率低的T/R模塊54。這些T/R模塊31的研制目標(biāo)是在大規(guī)模生產(chǎn)時，每個造價低于100美元；面積為1in2；耗電為0.51W。每個模塊包含一個相移器、驅(qū)動器、邏輯開關(guān)、功率放大器、低噪聲接收機(jī)和其他元件。它們還含有感知和補(bǔ)償單元的偏離誤差。欲進(jìn)一步了解固態(tài)發(fā)射機(jī)和發(fā)收模塊的性能可參見第5章。艙內(nèi)處理機(jī)使用艙內(nèi)處理機(jī)可以減