星载SAR/ELINT一体化设计技术

马志娟

（中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230088）

1 引言

SAR 是一种主动式成像传感器，具有全天候、全天时成像能力和高分辨率、全球覆盖的特点，在信息获取方面扮演着重要角色。由于SAR 主动成像的特点，还具有对电磁静默目标的探测能力。但受限于工作方式，SAR 也存在着单个波束工作视场较窄的缺点[1]。此外，随着战场环境的日趋复杂，主动辐射电磁波的SAR 系统也更易受到电子干扰攻击，战场信息获取的难度越来越大。

与SAR 不同，ELINT 是一种被动式测量手段，不受国界和天气条件的限制，可以大范围、长时间获取雷达、通信和遥测等系统的辐射信号，掌握电磁态势[2]。但是ELINT 系统也存在着对目标的定位精度低、难以识别确认目标、以及对电子静默目标无法检测等缺点。

SAR/ELINT 协同探测，可以实现发现即引导，利用两者功能互补，解决空域覆盖范围与分辨率的矛盾，解决高发现概率与高定位精度的矛盾。此外，ELINT 获取目标的电磁辐射特征和SAR 获取的几何特征数据可从不同角度共同刻画目标在全电磁谱段的不同属性，将两者进行有效匹配、融合处理，可以有效提高目标识别的置信度[3-4]。星载SAR/ELINT 协同探测有多种实现方式：

（1）分立式，多星体制，通过轨道设计实现主被动协同，但该方式发现目标与识别确认时间较长，时效性较差；

（2）同一卫星上装载两种独立的功能载荷，技术成熟，但其重量、体积、功耗对平台压力较大，系统效费比低；

（3）单星多功能一体化，利用一套硬件系统，通过不同软件实现两种功能，其可重构能力强，低成本，具备更强的时效性和快速响应潜力，也是目前综合多功能系统的发展趋势。

表1：功能特点及对系统要求

图1：常用射频传感器所占工作频段

图2：最小不模糊面积

本文在分析SAR 和ELINT 技术特点的基础上，开展SAR/ELINT一体化设计，在满足不同需求的前提下，实现系统可重构设计。

2 不同功能特点分析

表1 给出了SAR、ELINT 两种功能特点及对系统要求。

实现SAR/ELINT一体化设计，要综合考虑两种功能特点、系统需求及搭配使用方式，在与平台承载能力达成统一的基础上，实现系统指标和载荷设计方案的平衡。

3 SAR/ELINT一体化系统设计

3.1 体制选择

从SAR 与ELINT 两种功能特点及对系统要求可以看出，灵活的波束指向及阵面划分、快速波束调度是SAR/ELINT 一体化系统的基本要求，因此，相控阵天线是必然选择。数字阵列是相控阵雷达的最新发展[5]，具有体系构架简单、数字化程度高、处理方式灵活的特点，带来了雷达性能的大幅提升和重大变革。实现SAR/ELINT 一体化系统的高度综合以及功能重构，本文选择数字阵列体制，同时具备以下技术优势：

（1）易实现高灵敏度高分辨率宽观测带成像[6]；

（2）解决传统ELINT 系统高灵敏度与宽空域覆盖无法兼顾的矛盾[7]；

（3）提升SAR 抗干扰能力；

（4）架构简单，便于硬件资源扩展重构。

3.2 工作频段

SAR/ELINT 一体化系统工作频段的选择需考虑SAR 和ELINT常用工作频段特点、系统应用需求及工程可实现性。

图1 给出了常用射频传感器所占工作频段[8]。可以看出，0.5~18GHz 覆盖了常见的射频传感器。理论上，工作频率越宽，可集成的功能越多，但技术难度加大，系统成本急剧增加，且部分射频功能受到限制，应根据应用需求选取重点频段实现。

SAR 是一种工作于微波频段的遥感传感器，通过测量观测区域后向散射系数，获取观测场景图像，其后向散射系数与频率选择密切相关。与低频段雷达相比，高频段雷达更易实现高精度探测与跟踪，但频段越高，传输损耗越大。

综合考虑，本文选择6~18GHz 作为ELINT 工作频段，X 为SAR 工作频段开展多功能一体化设计。

3.3 天线尺寸及阵面布局

SAR/ELINT 可重构一体化设计，则要求ELINT 与SAR 共用天线口径。SAR 作为主动式微波成像雷达，对系统功率孔径积的需求更大，且成像指标受天线尺寸的限制较大，所以以SAR 为主进行天线口径设计，ELINT 根据不同需求启用不同部分和数量的阵元。

对SAR 系统来说，天线口径与SAR 的功率孔径积设计直接相关，决定了SAR 系统灵敏度和图像质量指标，在设计时，需要考虑多个方面的限制因素。为满足SAR 系统距离向和方位向模糊度要求，天线最小不模糊面积限制为：

式中，k=4 ～8（根据误差情况取值），Vst为卫星速度，R为作用距离，λ 为雷达波长，θ 为入射角。图2 给出了轨道高度600km 条件下，X 波段的最小不模糊面积曲线。

对ELINT 系统，不同定位体制对天线要求不同。干涉仪测向是利用多个天线阵接收到电磁信号之间存在相位差来解算出入射波的空间角度，其测向精度取决于天线基线长度及相位测量精度，基线长度越大，测向精度越高；多波束比幅测向通过对空域同时存在的窄波束中相邻波束接收到的信号幅度比较来确定信号到达方向，其定位精度主要取决于波束宽度，测向精度通常为波束宽度的十分之一。

因采用数字阵列体制，可通过天线重构实现多种定位方式，图3 是天线阵面布局及重构示意图，干涉仪测向时启用红色方块代表七元阵子；比幅测向时启用部分阵元合成交叠多波束；启用全阵面形成高增益波束实现SAR 成像。

3.4 系统架构设计

基于以上分析，本文给出了基于数字阵列体制的SAR/ELINT一体化系统架构，如图4所示，主要由综合孔径、综合射频和综合处理三部分组成。

综合孔径是将SAR、ELINT多功能天线综合到一个射频孔径中，能够通过天线重构，灵活实现不同模式需要的波束数目、波束宽带、天线增益、副瓣电平等要求。采用超宽带宽角扫描阵列天线同时满足ELINT 及SAR 带宽需求。

综合射频主要完成射频信号的发射和接收，独立ELINT 一般采用宽带接收通道，SAR 采用大动态的窄带（相对ELINT）收发通道[9]。为实现SAR/ELINT一体化设计，选择窄发宽收的综合射频通道，兼顾SAR/ELINT 射频通道要求，减少系统的模块种类，有效降低重量和成本。

综合处理采用“软件定义功能”设计思想，支持多任务、多功能线程并发同时工作，并支持任务重构。采用通用信号处理模块构成的通用信号处理池，完成各任务功能的数字信号处理。

图3：天线阵面重构示意图

图4：系统架构

4 结束语

（1）主被动协同探测的应用需求推动着SAR/ELINT 一体化系统的技术发展。

（2）本文提出了一种基于数字阵列体制，采用超宽带一体化天线、窄发宽收综合射频及通用信号处理模块的可重构一体化载荷，具有一定的工程可实现性。

（3）分析论述了技术体制、工作频段、天线尺寸设计、SAR观测带宽设计等SAR/ELINT 系统设计的关键问题，为多功能一体化系统设计的工程实现提供参考。