CC BY
377УДК 621.396.96
М. И. Нониашвили, И. В. Крючков, Г. А. Лесников, С. И. Нефедов, А. Н. Семенов
ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ РАДИОЛОКАТОРОВ С СИНТЕЗИРОВАННОЙ АПЕРТУРОЙ КОСМИЧЕСКОГО БАЗИРОВАНИЯ И АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ ИХ РАЗВИТИЯ
Рассмотрены находящиеся в эксплуатации радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА), выведенные на орбиту в течение последних 10 лет. Описаны также перспективные РСА, находящиеся на стадии проектирования или готовящиеся к выводу на орбиту. Приведены тактико-технические характеристики рассмотренных РСА и несущих их космических аппаратов. По результатам проведенного обзора выявлены и обозначены основные тенденции развития РСА и их компонентов.
E-mail: min-st-1986@mail.ru
Ключевые слова: радиолокатор с синтезированной апертурой; гибридная зеркальная антенна; активная фазированная антенная решетка.
Одним из способов зондирования Земли из космоса является зондирование с применением радиолокационных систем, размещаемых на космических аппаратах (КА), — радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА) космического базирования. По сравнению с другими видовыми средствами наблюдения радиолокационная съемка выгодно отличается [1]:
• независимостью от метеорологических условий;
• независимостью от условий освещенности;
• повышенной точностью измерения геометрических характеристик объектов;
• возможностью трехмерного портретирования объектов и построения карт рельефа местности;
• возможностью получения информации, связанной с особенностями взаимодействия радиоволн с объектами наблюдения (выявление диэлектрических свойств, внутренней структуры и др.);
• возможностью наблюдения объектов, скрытых снежным или растительным покровом, а также по поверхностным проявлениям глубинных процессов в водной среде.
Современные радиолокационные изображения земной поверхности с высоким пространственным разрешением используются при решении широкого круга научных и народно-хозяйственных задач: исследование природных ресурсов, геологоразведка и геологическое
картирование, мониторинг катастроф и экологических загрязнений, оценка биоресурсов, климатические исследования, создание топографических карт, контроль изменения земной поверхности [2].
В настоящее время космические РСА способны обеспечивать субметровое пространственное разрешение, что делает их пригодными в том числе для видовой разведки. Это объясняет возрастающий интерес к космическим РСА не только со стороны гражданских потребителей, но и со стороны вооруженных сил и спецслужб. Поэтому сейчас наблюдается динамичное развитие космических РСА, характеризующееся увеличением общей численности эксплуатируемых РСА.
Ниже рассмотрены космические РСА, выведенные на орбиту в течение последних 10 лет и находящиеся в эксплуатации, а также проектируемые или готовящиеся к запуску РСА.
С целью систематизации излагаемой информации рассматриваемые РСА разделены на группы в зависимости от используемого частотного диапазона.
РСА X-диапазона. В соответствии с ограничениями на ширину спектра сигнала, определяемыми Регламентом радиосвязи [3], в X-диапазоне возможно получение субметрового разрешения. Также данный диапазон характеризуется повышенным уровнем отраженных сигналов по сравнению с L- и S-диапазонами, что обеспечивает увеличение вероятности обнаружения малоразмерных целей на фоне местности и способствует ведению военной разведки.
TerraSAR-X — коммерческий РСА, разработанный EADS Astrium по заказу немецкого аэрокосмического центра DLR. В 2007 г. РСА выведен на солнечно-синхронную орбиту. Энергообеспечение осуществляется солнечными батареями площадью 5,25 м2. Срок активного существования составляет 5 лет.
Режимы съемки: прожекторный режим (ПР), маршрутный режим (МР), широкозахватный режим Скансар (СС). Помимо обычного ПР кадровой съемки реализован ПР двойного приема, в котором разрешение по азимуту увеличено в 2 раза. Двусторонний обзор обеспечивается разворотом РСА по крену.
Стоимость КА и наземного сегмента составила 185 млн евро.
Тактико-технические характеристики TerraSAR-X приведены в табл. 1, а внешний вид — на рис. 1.
В настоящий момент РСА TerraSAR-X работает в бистатическом режиме в паре с РСА TanDEM-X, запущенным в 2010 г. Орбита КА TerraSAR-X стабильная, а КА TanDEM-X движется около КА Ter-raSAR-X на расстоянии 300...600 м. Основная задача тандема этих спутников — создание трехмерной модели поверхности Земли с использованием интерферометрической съемки. По заявлениям представителей EADS Astrium, создание модели планировалось завершить в 2012 г.
Таблица 1
Тактико-технические характеристики РСА Х-диапазона
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
ТеггаЗАЯ-Х (Раг БАЫ-Х) Совто БкуМсс! БАЯ Ьире ТесЗАЯ (Ш8АТ-2) «Северянин-М» (КА «Метеор-М № 1»)
Масса, кг 1230 (КА) 1700 (КА) 770 (КА) 295 (КА), 100 (РСА) 2630 (КА)
Высота орбиты, км 514 620 470...505 450...580 832
Наклонение орбиты, 97,44 97,86 -98,5 41 98,77
град
Центральная частота, 9 650 9 600 9 650 — 9 615
МГц
Тип и размер антен- АФАР 4,8x0,8 АФАР 5,7x1,4 ГЗА 3,3x2,7 ГЗА 0-3 Волноводно-щелевая
ны, м 13,4x0,25
Средняя потребляемая мощность, Вт 800 (РСА) 1 000 (КА) 250 (КА) — 1 000 (РСА), 1 430 (КА)
Режимы съемки ПР, МР, сс ПР, МР, сс ПР, МР ПР, МР, сс МР
Углы падения, град 20...55 (ПР) 20...45 (МР) 20—50 — — 20...48
Полоса обзора, км 570 (ПР), 350 (МР) -400 — — 600
Полоса съемки, км 15 (ПР), 30 (МР), 100 (СС) 10 (ПР), 30/40 (МР), 100/200 (СС) 5,5 (ПР), 60 (МР) — 600
Протяженность кадра, 5—10 10 5,5 (ПР), 8 (МР) — 10/500
км
Окончание табл. 1
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
Тегга8АЯ-Х (Раг БАЫ-Х) Совто БкуМсс! 8АЯ Ьире ТесЗАЯ (Ш8АТ-2) « Северянин-М» (КА «Метеор-М № 1»)
Разрешение, м 1 (ПР), 3 (МР), 15 (СС) 1 (ПР), 3—15 (МР), 30/100 (СС) До 0,5 (ПР) 1 (ПР), 3 (МР), 8 (СС), 1,8 («мозаичный» режим) 450—600/800—1300
Поляризация Полнополяриметрическая Полнополяриметри-ческая — вв, гг, вг, гв ВВ
Минимальная чувствительность С^г), дБ -20 (ПР), -19 (МР, СС) -22 -20
Канал передачи РЛИ, Мбит/с 300 310 — 600 —
Рис. 1. РСА Тегга8АЫ-Х
Представители EADS Astrium также заявили, что в 2014 г. технология TerraSAR-X будет усовершенствована. Это позволит реализовать следующие характеристики РСА:
• ширина спектра зондирующего сигнала 600 МГц;
• разрешение в ПР 0,5 м;
• полоса съемки в МР 10.. .40 км с разрешением 1.. .4 м;
• полоса съемки в СС 50.500 км с разрешением 5.50 м;
• канал передачи информации до 800 Мбит/с.
Испанское агентство CDTI в 2013 г. планирует в рамках миссии PAZ вывести на орбиту копию TerraSAR-X под обозначением Paz SAR-X.
SAR-2000 — РСА, установленные на КА œSMO-SkyMed. Это созвездие из четырех КА двойного назначения, разработанные итальянским космическим агентством ASI совместно с Министерством обороны Италии. КА запущены в период с 2007 по 2010 г. на солнечно-синхронные орбиты. Электропитание осуществляется от солнечных батарей площадью 18,3 м2. Срок активного существования каждого КА составляет 5 лет.
Предусмотрены шесть режимов съемки: два ПР, два МР, два СС. Оба ПР и МР высокого разрешения. СС среднего разрешения и широкозахватный СС предполагают использование режима одной поляризации. МР среднего разрешения работает в режиме двух поляризаций.
Стоимость всей программы оценивается в 900 млн евро.
Тактико-технические характеристики COSMO-SkyMed и SAR-2000 приведены в табл. 1, внешний вид КА — на рис. 2.
Рис. 2. РСА COSMO-SkyMed
В состав орбитальной группировки БАЯ-2000 также входят три КА с оптико-электронной аппаратурой.
XSAR — РСА, установленные на серии из пяти немецких РСА военного назначения SAR Lupe. Разработаны консорциумом европейских компаний, возглавляемым OHB Technology AG. КА запущены в период с 2006 по 2008 г. на три околополярные орбиты. Электропитание осуществляется от солнечных батарей. Срок активного существования каждого КА составляет 10 лет
ZZ Рис. 3. РСА SAR Lupe
Предусмотрены два режима съемки: ПР и МР. Съемка в ПР осуществляется путем поворота КА.
Тактико-технические характеристики SAR Lupe и XSAR приведены в табл. 1, внешний вид КА — на рис. 3.
TecSAR — израильский РСА, разработанный IAI MBT Space Division и выведенный в 2008 г. на эллиптическую орбиту. Электропитание осуществляется от солнечных батарей. Срок активного существования превышает 5 лет.
Основные режимы работы:
• СС с электронным управлением луча для обеспечения широкой полосы съемки;
• различные МР;
• различные ПР, использующие механический разворот КА по курсу;
• «мозаичные» режимы, сочетающие высокое разрешение с обзором в широком диапазоне углов падения; реализуются за счет электронного сканирования луча и механического разворота КА;
• поляриметрические режимы: вертикальный—вертикальный, вертикальный—горизонтальный, горизонтальный—горизонтальный, горизонтальный—вертикальный.
Отдельный интерес представляет собой построение антенны и передатчиков. Антенна с параболическим рефлектором, обеспечивающим большую эффективную площадь, имеет широкую полосу благодаря использованию элементов временной задержки при электронном сканировании. Отражатель антенны состоит из двух секций — центральной секции и периферического параболического сетчатого рефлектора. Каждый фидер, соединяющий передатчики с облучателями, смещен по отношению к оси рефлектора, что позволяет формировать многолучевую диаграмму направленности антенны (ДНА) в пространстве.
Тактико-технические характеристики TecSAR приведены в табл. 1, его внешний вид — на рис. 4.
Рис. 4. РСА TecSAR
Индийская компания ISRO приобрела у израильского концерна IAI комплект TecSAR и осуществила его запуск в 2009 г. под обозначением RISAT-2.
Северянин-М — российский РСА, установленный на КА «Ме-теор-М № 1». Разработан ОАО «НИИ точных приборов» и выведен на околокруговую солнечно-синхронную орбиту в 2009 г. Электропитание осуществляется от солнечных батарей. Срок активного существования составляет 5 лет.
Радиолокационная съемка возможна в двух режимах: МР со средним или низким разрешением, оба с поляризацией ВВ.
В отличие от большинства современных РСА, оснащенных или активной фазированной антенной решеткой (АФАР), или АФАР-ГЗА, в «Северянин-М» используется волноводно-щелевая антенна. Возможно, это объясняется использованием уже имевшегося научно-технического задела, созданного при проектировании РСА ЭКОР-1В, который предназначался для размещения на КА «Алмаз-1В».
Тактико-технические характеристики «Метеор-М № 1» и «Севе-рянин-М» приведены в табл. 1, внешний вид КА — на рис. 5.
Lacrosse/Onyx — серия из пяти РСА видовой разведки, разработанных корпорацией Lockheed Martin. Запуски производились с 1988 по 2005 г. В настоящее время группировка состоит из трех РСА с околокруговыми орбитами высотой около 700 км и наклонениями 57° и 68°. Источником питания являются солнечные батареи. Срок активного существования каждого КА составляет 9 лет. Общая масса КА с РСА составляет 14.16 т.
Все тактико-технические характеристики РСА Lacrosse засекречены. Однако, по некоторым данным [4], углы обзора составляют
30...600, время перенацеливания — около 15 с. Реализация сканирования луча в зеркальной антенне на углы, превышающие ширину луча в 150 раз, представляет собой сложную задачу, решение которой требует применения АФАР облучателя [5]. Поэтому, предположительно, используется антенна Кассегрена с параболическим зеркалом диаметром 15.17 м и облучателем АФАР — АФАР-ГЗА.
Рис. 5. РСА КА «Метеор-М № 1»
Основные режимы работы:
• покадровый МР с разрешением до 2 м при размере кадра 6^6 км;
• непрерывный МР с разрешением до 3 м при полосе обзора 100 км;
• ПР с разрешением до 0,6 м при размере кадра 2*2 км;
• экспериментальный режим с большими углами падения.
Бортовая радиосистема передачи данных обеспечивает uplink-
канал со скоростью около 150 Мбит/с в двух диапазонах. Один из них предназначен для передачи данных непосредственно на земные станции, второй — для использования спутников-ретрансляторов. На данный момент США обладают группировкой из семи спутников-ретрансляторов SDS-3 (4 КА на ГСО, 3 КА на ВЭО). Это позволяет существенно снизить требования к бортовой радиосистеме передачи данных за счет увеличения времени передачи.
Стоимость каждого КА Lacrosse с учетом вывода на орбиту оценивается в 0,83.1,78 млрд долл. в ценах 2012 г.
FIA Radar — новейшая разработка США. Несмотря на то, что предполагаемые тактико-технические характеристики Lacrosse схожи с ТТХ лучших современных РСА, Национальное управление во-
енно-космической разведки США (NRO) в 2010 и 2012 гг. осуществило запуски двух новейших РСА, разработанных по программе FIA (Future Imagery Architecture).
Данные о FIA Radar засекречены, однако известно, что оба РСА выведены на ретроградную орбиту высотой 1 100 км. При сохранении углов обзора 30.60° такая орбита позволяет расширить полосу обзора на 1/3 при энергетическом проигрыше менее 2 дБ благодаря увеличению дальности до земной поверхности.
Анализ характеристик ракет-носителей, с помощью которых осуществлялся запуск FIA Radar, показывает, что масса КА с новым РСА не может превышать 8 т.
IGS-Radar — серия японских РСА двойного назначения, разрабатываемая агентством JAXA. С 2003 г. осуществлены запуски трех РСА на орбиты высотой 480.500 км. В 2012 г. готовится запуск четвертого КА.
Тактико-технические характеристики данных РСА засекречены, однако известно [6], что последний РСА (IGS-Radar 3) обеспечивает разрешение не хуже 1 м.
РСА С-диапазона. В С-диапазоне, так же, как и в X-диапазоне, возможно использование сигналов с шириной спектра, достаточной для реализации субметрового разрешения. С-диапазон также более пригоден для военной разведки, чем L- и S-диапазоны.
Radarsat-2 — коммерческий канадский РСА, выведенный на орбиту в 2007 г. Основным подрядчиком по заказу Канадского космического агентства CSA являлась компания MDA. Электропитание РСА обеспечивается солнечными батареями общей площадью 13,4 м2. Срок активного существования составляет 7 лет.
Radarsat-2 является гибким инструментом дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), так как способен работать в одном из 11 режимов съемки, отличающихся углами падения, полосой съемки, разрешением, числом наблюдений, поляризацией. Отличительная особенность Radarsat-2 от других современных РСА — отсутствие ПР, однако Radarsat-2 может вести съемку в полосе 20 км с ультравысоким разрешением (УВР) 3 м в режиме одной поляризации при углах падения 30.40°, при этом используется режим двойного приема.
Тактико-технические характеристики Radarsat-2 приведены в табл. 2, его внешний вид — на рис. 6.
Таблица 2
Тактико-технические характеристики РСА С- и S-диапазонов
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
Radarsat-2 ASAR (КА ENVISAT) RISAT-1 «Кондор-Э» HJ-1C
Масса, кг 2280 (КА), 750 (РСА) 8211 (КА), 832 (РСА) 1858 950 (КА), 250 (РСА) 890 (КА)
Высота орбиты, км 798 -790 536 -500 499
Наклонение орби- 98,6 98,55 -97 до 98 97,37
ты, град
Центральная часто- 5 405 5 331 5 350 3 191 3 200
та, МГц
Тип и размер ан- АФАР 15x1,4 АФАР 10x1,3 АФАР 6x2 ГЗА 0-6 ГЗА
тенны, м
Средняя потребля- — — — — —
емая мощность, Вт
Режимы съемки Различные MP, СС, РГС, РМВ ПР, MP, СС ПР, ДР, ОР, СС MP, СС
Углы падения, град 20—49, 30—40 (УВР), 10—23/10—23,20—41 (пол.) 20—45 (MP, РМВ), 17—42 (СС, РГС) 20—49 20—55 25—47
Полоса обзора, км 150—500 500 (MP), 485 (РМВ) 405 (СС, РГС) 400 До 500 —
Полоса съемки, км 100—500, 20 (УВР), 100—56 (MP), 10 (ПР), 30 (MP), 8—10 (ПР), 10—25 40 (MP), 100
170/70, 25 (пол.) 5 (РМВ), 405 (СС, РГС) 120/240 (СС) (ДР), 20-40 (ОР), 120 (СС) (СС)
Окончание табл. 2
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
11ас1аг5а1-2 АБАЫ (КА ЕЫУ18АТ) 1ЖАТ-1 «Кондор-Э» Ш-1С
Протяженность кадра, км — 5/10 (РМВ) 10 (ПР) 8—10 (ПР) —
Разрешение, м 25—100, 3 (УВР), 40/28, 11/28 (пол.) 28 (МР), 150(СС), 980 (РГС), 30 (РМВ) ~1 (ПР), 3/12 (МР), 25/50 (СС) 1 (ПР), 3 (МР), 8 (СС), 1,8 («мозаичный» режим) 5 (МР), 20 (СС)
Поляризация Полнополяриметрическая Полнополяриметрическая Полнополяриметрическая вв, гг вв
Минимальная чувствительность (№82), дБ — -22 (МР), -20 (РМВ), -21 (СС), -32 (РГС) — -20 (ПР, ОР, СС), -15 (ДР) -19
Канал передачи РЛИ, Мбит/с 2x105 100+32+9x10 160x4 350 —
Рис. 6. РСА Radarsat-2
ASAR — поляриметрический РСА, являющийся одним из инструментов КА ENVISAT, который предназнался для регулярного ДЗЗ. РСА был построен Европейским космическим агентством ESA и запущен в 2002 г. на солнечно-синхронную орбиту. Электропитание осуществлялось за счет солнечных батарей. Несмотря на то, что расчетный срок активного существования ENVISAT составлял 5 лет, КА продолжал функционировать до апреля 2012 г., когда связь со спутником была потеряна. В мае ESA официально объявило о завершении миссии.
В РСА предусмотрены следующие режимы съемки: МР с разными поляризациями, СС, режим глобальной съемки (РГС); режим съемки морских волн (РМВ).
Стоимость создания, запуска и пятилетней эксплуатации ENVISAT составляет 2,3 млрд евро.
Тактико-технические характеристики ENVISAT и ASAR приведены в табл. 2, внешний вид КА — на рис. 7.
RISAT-1 — РСА, разработанный индийской ISRO и запущенный в 2012 г. Энергообеспечение осуществляется за счет солнечных батарей. Срок активного существования составляет не менее 5 лет.
РСА может работать в одном из пяти режимов. В ПР предусмотрена возможность разворота КА по тангажу на углы ±13°. Один МР полнополяриметрический, а второй МР — с одной или двумя поляризациями. Два широкозахватных режима (СС) с разной полосой съемки и разрешением.
Общая стоимость миссии составила 89 млн долл. На ее подготовку было затрачено около пяти лет.
Тактико-технические характеристики RIS AT-1 приведены в табл. 2, его внешний вид — на рис. 8.
Рис. 8. РСА М8АТ-1
РСА 8-диапазона. В Б-диапазоне реализуемо метровое разрешение. Изобразительные свойства радиолокационных снимков при наблюдении растительного покрова, а также при изучении геологической структуры земной поверхности выше в Б-диапазоне, чем в Х-и С-диапазонах волн. Для измерения удельных объемов лесной биомассы Б-диапазон подходит лучше, чем более коротковолновые диапазоны.
«Кондор-Э» — российский РСА, разрабатываемый ОАО «Концерн «Вега». При проектировании этого РСА ставилась цель создать
универсальную многорежимную аппаратуру, позволяющую решать широкий круг задач.
В работе [1] сделан вывод, что для совмещения задач детального наблюдения заданных районов и ДЗЗ оптимален Б-диапазон волн с реализацией широкого набора режимов работы:
• ПР максимального разрешения с разрешением порядка 1 м;
• маршрутный детальный режим (ДР);
• обзорный режим (ОР);
• широкозахватный СС низкого разрешения.
Срок активного существования «Кондора-Э» составляет 5 лет.
Тактико-технические характеристики «Кондора-Э» приведены в табл. 2, его внешний вид — на рис. 9.
Рис. 9. РСА «Кондор-Э»
Ш-1С — проектируемый китайский РСА на малом КА. Запуск планируется осуществить в 2012 г. Предназначен для мониторинга окружающий среды и чрезвычайных ситуаций. На орбиту планируется вывести четыре КА. Срок активного существования каждого КА составит 3 года.
В РСА будут реализованы два режима: МР и СС.
Некоторые тактико-технические характеристики Ш-1С приведены в табл. 2.
РСА Ь-диапазона. По сравнению с рассмотренными частотными диапазонами в Ь-диапазоне лучше всего различаются контрасты растительного покрова. В этом диапазоне наблюдается наиболее высокая проникающая способность под крону леса. Однако по сравнению с более высокочастотными диапазонами, в Ь-диапазоне необходим больший энергетический потенциал, компенсирующий снижение отражательной способности местности.
РЛЬ8ЛЯ — космический РСА, разработанный японским агентством 1ЛХЛ и выведенный в 2006 г. На солнечно-синхронную орбиту в составе КА ЛЬОБ. Энергообеспечение осуществляется за
счет солнечных батарей. Расчетный срок активного существования РСА составляет 5 лет.
Режимы работы РСА: два МР с одной и двумя поляризациями, низкоскоростной режим прямой передачи данных (РПП), широкозахватный СС, полнополяриметрический режим.
Тактико-технические характеристики ЛЬОБ и РЛЬБЛЯ приведены в табл. 3, внешний вид КА — на рис. 10.
Рис. 10. РСА КА ALOS
В 2013 г. JAXA намерено запустить КА ALOS-2 с усовершенствованным радаром PALSAR-2. Высота орбиты КА составит 628 км, масса КА — около 2 т. Срок активного существования составит 5— 7 лет. В ПР разрешение в кадре размером 25*25 км будет составлять 1.3 м, в МР в полосе шириной 50.70 км — 3.10 м, в режиме СС в полосе 350 км — 100 м.
TerraSAR-L — перспективный РСА, разработанный EADS Astri-um по заказу немецкого DLR. В 2007 г. РСА выведен на солнечно-синхронную орбиту. Электропитание осуществляется за счет солнечных батарей. Срок активного существования TerraSAR-L составляет 5 лет.
Режимы съемки: МР, СС. В МР возможно использование режима одной, двух или четырех поляризаций; в СС — режима одной или двух поляризаций. Также предусмотрен специальный режим, в котором КА съемка ведется на протяжении всего витка кадрами 20*20 км2 на каждые 100 км.
Тактико-технические характеристики TerraSAR-L приведены в табл. 3, его внешний вид — на рис. 11.
SAOCOM — РСА, разрабатываемый аргентинским агентством CONAE. Опубликованные им тактико-технические характеристики этого РСА типичные: высота орбиты ~620 км, разрешение 10.100 м в полосе съемки 30.350 км при углах падения 20.50°. РСА может работать в полнополяриметрическом режиме. Внешний вид SAOCOM приведен на рис. 12.
Таблица 3
ТТХ РСА Ь-диапазона и двухчастотного РСА
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
РАЬЗАЯ ТеггаЗАЯ-Ь «Смотр-8Р»
Масса, кг 3850 (КА), 440 (РСА) 2800 (КА) 340 (РСА)
Высота орбиты, км 692 -635 -500
Наклонение орбиты, град 98,16 97,9 —
Центральная частота, МГц 1270 1268 3191 435
Тип и размер антенны, м АФАР 8,9x3,1 АФАР 11x2,9 АФАР-ГЗА 6x2
Средняя потребляемая мощность, Вт 1 100 — —
Режимы съемки МР, РПП, сс МР, СС ПР, МР, ММЛР МР
Углы падения, град 8—60 (МР, РПП), 18—43 (СС), 8—30 (пол.) 15—38 —
Полоса обзора, км 870 (МР), 40—70 (РПП), 250—350 (СС), 20—65 (пол.) 180/260 500 250
Полоса съемки, км 40—70 (МР, РПП), 250—350 (СС), 20—65 (пол.) 40/60 (МР), 180/260 (СС) 5 (ПР), 1—40 (МР), 10—60 (пол.), 500 (ММЛР) 60—120
Окончание табл. 3
Параметр Радиолокатор с синтезированной апертурой
РАЬЗАЯ Тегга8АЕ1-Ь «Смотр-8Р» РАЬЗАЯ
Протяженность кадра, км — — 10 (ПР) —
Разрешение, м 7—44/14—88 (МР), 14—88 (РПП), 100 (СС), 24—89 (пол.) 5/9 (МР), 50 (СС) 1,5 (ПР), 5 (МР), 5—10 (пол.), 10 (ММЛР) 15...30
Поляризация Полнополяриметрическая Полнополяриметрическая Полнополяриметрическая Полнополяриметрическая
Минимальная чувствительность (КЕ82), ДБ -23 (МР), -25 (РПП, пол ), -29 (СС) -30 -22 (ПР, ММЛР), -17 (МР) -24
Канал передачи РЛИ, Мбит/с 240 300 —
Рис. 11. РСА TerraSAR-L
Рис. 12. РСА SAOCOM
Yaogan 1, 3 ,6, 9, 10 — разведывательные РСА КНР. Были выведены на орбиты высотой 500.650 км с 2006 по 2010 г. Данные об этих РСА засекречены, однако известно, что Уао§ап 1, внешний вид которого приведен на рис. 13, работает в Ь-диапазоне. Поэтому можно предположить, что все созвездие РСА также работает в Ь-диапазоне. Последний запущенный в 2011 г. Yaogan 13 принято относить ко второму поколению китайских РСА — возможно, они работают в другом частотном диапазоне. Предполагается, что на данный момент новые китайские РСА могут обеспечивать разрешение вплоть до 1,5 м.
Рис. 13. РСА Yaogan-1
Двухчастотные РСА. В космических РСА возможна реализация многочастотного зондирования. Причем многочастотное зондирование может быть как синхронным (с использованием многочастотных РСА) [7], так и несинхронным (с комбинацией изображений, полученных одночастотными РСА в разное время наблюдений). Многочастотное зондирование дает больше информации о наблюдаемом объекте вследствие того, что изобразительные свойства различных диапазонов отличаются.
Смотр-$>Р — проект двухчастотного космического РСА, работающего в Б- и Р-диапазонах. РСА предназначен для регионального зем-леобзора и мониторинга объектов и территорий [1]. Сигналы Р-ди-апазона хорошо применимы для подповерхностного зондирования.
В проекте предусматривается использование АФАР-ГЗА с рефлектором с расчетными размерами 10*5 м и совмещенным двухча-стотным АФАР-облучателем. Благодаря использованию АФАР-ГЗА упрощается реализация поляриметрических режимов в РСА, возможно гибкое управление лучами. Это позволяет вместо широкозахватного режима Скансар, в котором ухудшается разрешение по азимуту, использовать маршрутный многолучевой режим (ММЛР) с азимутальным разрешением 5.10 м в широкой полосе съемки.
Таким образом, в «Смотр-БР» реализованы следующие режимы работы: ПР, МР, обзорный широкозахватный режим ММЛР, поляриметрические режимы.
Тактико-технические характеристики «Смотр-БР» приведены в табл.3.
Основные тенденции развития РСА. Совершенствование космических РСА направлено на:
• повышение информативности радиолокационных изображений (РЛИ );
• увеличение полосы обзора;
• создание трехмерных радиолокационных портретов;
• повышение оперативности наблюдения.
Повышение информативности радиолокационного изображения (РЛИ) в космических РСА можно достичь за счет реализации следующих мер:
1) расширение полосы зондирующего сигнала, что ведет к увеличению разрешения по углу места. Так, в проектируемом Тегга8ЛР.-Х2 планируется использовать сигналы с полосой 600 МГц. Перспективным является цифровое формирование ДНА широко- и сверхширокополосных радаров;
2) использование многочастотных РСА. Одновременная съемка в различных частотных диапазонах значительно увеличивает информативность РЛИ. Так, Х-диапазон наиболее пригоден для видовой разведки и выявления малоразмерных объектов, в то время как более низкочастотные диапазоны лучше подходят для обнаружения техники в лесу, оценки биомассы и растительного покрова. Альтернативой использованию многочастотных РСА является комплексирование методов тематической обработки с использованием РЛИ, полученных в различных частотных диапазонах разными РСА;
3) реализация полнополяриметрических режимов работы РСА. РЛИ, полученные при съемке в таком режиме, позволяют выявить поляризационные характеристики наблюдаемых объектов;
4) применение режима двойного приема. Это позволяет двукратно увеличить разрешение РСА, однако снижает энергетический потенциал радиолокатора на 3 дБ.
Увеличение полосы обзора РСА, или расширение углов сканирования, связано с применением сложных антенных систем. В настоящее время наибольшие возможности по управлению лучом предоставляют АФАР и АФАР-ГЗА. Последние чаще используются на малых КА.
Интерферометрия позволяет создавать трехмерные радиолокационные портреты и выявлять форму объектов. Это, в свою очередь, дает возможность применять автоматические методы классификации объектов по их радиолокационным портретам. Интерферометрию также используют для построения карт рельефа и измерения скоростей движущихся объектов. Так, тандем РСА ТеггаБЛЯ-Х и ТапББМ-Х используется для построения трехмерной карты земной поверхности.
Повышение оперативности радиолокационного наблюдения особенно актуально для решения задач разведки и достигается за счет:
• увеличения численности орбитальной группировки РСА;
• расширения полосы съемки до 600 км и более;
• увеличения времени съемки на одном витке до 20% и более.
Важно отметить, что максимальный объем радиолокационной
информации, накапливаемый космическим РСА за виток, может
ограничиваться пропускной способностью каналов связи и доступным временным интервалом для передачи информации. Поэтому совершенствование каналов связи имеет большое значение для дальнейшего развития РСА. Так, США для работы своих военных КА использует созвездие спутников-ретрансляторов, находящихся на высоко-эллиптической и гелио-стационарных орбитах. Это позволяет существенно увеличить доступное время передачи информации.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Верба В. С., Неронский Л. Б., Осипов И. Г., Турук В. Э. Радиолокационные системы землеобзора космического базирования / Под ред. В.С. Вербы. - М.: Радиотехника, 2010. - 680 с.
2. Радиолокационные методы исследования Земли / Ю.А. Мельник, С.Г. Зубко-вич, В. Д. Степаненко и др. / Под ред. Ю.А. Мельника. - М.: Сов. радио, 1980. -264 с.
3. Сборник рабочих материалов по Международному регулированию планирования и использования радиочастотного спектра (с учетом изменений, принятых ВКР-2007: Т. 1-4. - М.: НПФ «Гейзер», 2009. http://www.geyser.ru/rus/products
4. Космическая съемка Земли. Космическая радиолокационная съемка поверхности Земли. Справочно-аналитическое издание/ Под ред. Ю.А. Подъездкова. -М.: Радиотехника, 2004. - 66 с.
5. Крупногабаритные гибридно-зеркальные антенны с облучателями в виде АФАР / Г.В. Савосин, А.В. Серяпин, В.К. Шило и др. // Решетневские чтения: Материалы X Международной научной конференции, посвященной памяти генерального конструктора ракетно-космических систем академика М. Ф. Ре-шетнева. - Красноярск: Сибирский государственный аэрокосмический университет, 2007. - С. 166-167.
6. https://directory.eoportal.org
7. Спутники радиолокационного зондирования Земли // Спутниковые системы связи и вещания. Приложение № 1. - 2000. - 86 с.
Статья поступила в редакцию 17.09.2012
