天基預警雷達概念提出的出發點是將地基預警雷達搬到天上，以便實現站的高看得遠的目的。但是天基預警雷達的概念從提出到現在已經過去超過三十年，除了目前已經廣泛用于遙感的星載合成孔徑雷達（SAR），實際上并沒有真正用于預警功能的雷達出現在天上。近年了，隨著技術的進步以及電源、天線技術方面的突破，把雷達放到天上的想法又開始萌動。
天基雷達如果用于預警探測，其所面臨的系統設計、性能約束、信號處理等方面有哪些難題呢？曲老師準備用幾個專題，慢慢跟小伙伴們聊一聊。今天先跟大家簡單聊聊天基預警雷達的基本概念、關鍵技術以及歷史發展吧。
現階段能遠距離發現導彈、飛機的預警探測系統主要是地面的大型相控陣雷達 、天波和地波超視距雷達?、空中的機載預警雷達，但是這些雷達有著自身的局限。對于地面大型雷達而言，雖然其可以遠距離發現高空目標 , 但是它不能遠距離發現中低空目標 , 同時這些雷達站一般建立在遠離國境線的安全地帶 , 因此只能發現再人段的遠程彈道導彈；天波和地波超視距雷達有遠距離發現低空目標的能力 , 但其探測精度比較差 , 雷達性能受電離層影響比較大，也只能觀測到再人段的彈道導彈。空中的機載預警雷達系統雖然能較遠距離發現低空人侵的空中目標 , 但其威力的范圍有限，而且受到留空時間限，不適用于長期的預警監視任務?。天基預警雷達系統由于平臺高、威力遠 、滯空時間，有可能是不缺這些短板的選擇。
天基雷達如果按照功能，大致可以分成三類：
第一類為空間交會雷達，這類雷達主要用于空間飛行器進行交會對接，其主要是為兩個飛行器對接時提供對接目標的距離、速度、角度等信息，空間交會對接雷達一般作用距離很近（10公里），規模很小，實現功能單一。
第二類天基雷達是星載合成孔徑雷達（SAR），這類雷達屬于成像雷達，主要是提供地球表面高分辨圖像，該類雷達采用合成孔徑技術實現方位向的高分辨，能夠不受天氣影響，全天候、全天時的提供不同于光學的高分辨雷達圖像，所提供的圖像有類似于光學圖像的特征，但是雷達圖像反映的是目標區域被雷達波照射后的后向散射強度的差異，最常見的雷達圖像是用灰度圖的形式表示，亮的區域屬于反射強的區域，暗的區域屬于漫反射或者散射比較弱的區域。
第三類雷達就是我們要討論的天基預警雷達，這類雷達主要的觀測對象是陸海空天的運動目標，實現對目標的探測、跟蹤，獲取目標的位置、速度等信息，彌補地基預警雷達探測系統的盲區，實現全天時、全空域的預警探測。
天基預警雷達主要的功能是進行大范圍的預警監視任務，因此監視目標是位于陸海空天的各類運動目標。天基預警雷達采用主動探測模式，即雷達向掃描空域輻射電磁信號，接收機依靠有效檢測目標回波信號實現對目標信息的獲取。由于天基預警雷達在“天上”，因此其部署不受國界、天氣和時間的限制，通過合理的星座設計，能夠實現對全球目標的預警探測，并且預警時間長，能夠探測的目標種類多，從海面艦船、空氣動力學目標甚至是彈道導彈、衛星、臨近空間飛行器、軌道武器等都可能實現預警監視。天基預警雷達是非常具有挑戰性的雷達工程，其所涉及的技術難度非常之大。
關于星載合成孔徑雷達是否屬于預警雷達，在業界存在一定的爭議。從功能上上看，星載合成孔徑雷達主要的任務是“遙感”成像，從這個角度看，其不能化為預警雷達的行列，一方面預警探測任務講究的是“實時性”，目前大多星載合成孔徑雷達星上的處理能力不強，所獲得原始數據在地面做成像處理；另外一方面，由于星載合成孔徑雷達所擔負的戰略偵察的使命使其不能稱為“預警”雷達。然而由于星載合成孔徑雷達具有地面動目標檢測GMTI以及空中動目標檢測AMTI的功能，如果能夠實現星上的實時動目標檢測能力，將其稱為“預警”雷達也并不過分，但是由于星載合成孔徑雷達由于其“遙感”雷達定位，限于其成像方式，其所采用的比較固定掃描式的工作方式，包括條帶式、聚束式等比較固定的波束掃描，其不可能像真正的預警監測雷達實現大空域的掃描和跟蹤，因此曲老師認為，把星載合成孔徑雷達稱為預警雷達是不合適的。但可是，如果天基預警雷達能夠實現合成孔徑成像和預警探測體制于一身的天基預警雷達，還是很“香”的一件事情！不過這也可能是聞起來香，但可能吃不到啊！
美國自 1960 年以來，持續開展天基雷達的研究，在合成孔徑雷達( 星載 SAＲ) 領域取得巨大成功，并且突破了諸如大面積天線、在軌實時信號處理等共性關鍵技術。
從20 世紀90 年 代開始，美國空軍開始討論把機載預警控制系統?和聯合監視目標攻擊雷達系統?向天基系統轉移的技術需求和實現的可行性，并且評估天基系統實現功能所需要的衛星數目、天線的孔徑、功率和重量等參數。
此外，在20世紀90年代，美國展了天基-空基雙基地傳感器研究，主要是利用天基發射機與天基和空基無人機接收的體制，研究實現更輕、低功率、可行的天基預警雷達星座設計，以及收發分置的發射和接收裝置。主要的思路建議采用的設計方案是在中軌上布置一個大的雷達發射機，在低軌上布置接收機; 在 LEO 上布置發射機，在飛機或 無人機上布置接收機; 通過引入雷達雙基地的思想，從而降低對探測系統功率孔徑積的需求。這種雙多基地配置的天基預警雷達體制在我國也有不少研究。
從2001年開始，美國開始天基雷達計劃的研究（SBR），該計劃源于Discoverer II 計劃，但是SBR的目標是研發合成孔徑雷達?，提供地面動目標指示( GMTI) 和高分辨地形信息?。在這個計劃中，星載雷達采用 X 頻段大口徑天線，采用 STAP 空時聯合自適應信號處理方法抑制地雜波，用于檢測機動彈道發射車等慢速移動目標。由于所涉及的天線孔徑比較大，因此雷達波束非常窄，由于窄波束應用于大空域搜索的能力不足，只能在指定的小范圍區域內搜索，要實現對運動目標的探測跟蹤需要其他設備給于引導信息，因而其自主預警探測的能力非常有限。因此從功能上而言，天基雷達計劃要實現的并不是天基預警雷達的功能，其本質還是一個覆蓋全球的星載合成孔徑雷達系統。
由于美國天基雷達計劃總項目預算達340億美元，根據美國審計署發布的報告，如果該計劃實施，到2027年，SBR計劃的研發、制造以及運行成本在200億美元到250億美元之間，這將是美國國防部有史以來最為昂貴的系統。后期由于技術的問題，項目一再拖延，其昂貴的預算使美軍方難以承受，2000 財年，美國國會認為該計劃 的 需 求 不 清， 與 國 家 偵 察 局 的 未 來 成 像 體 系（FIA）任務分工不明，且缺乏從演示驗證到實際應用的方案或設想，?最終天基雷達技術胎死腹中。
在天基雷達的研究上， 美國主要選擇了兩種波段的雷達進行研究，分別是 L 波段和 X 波段。X波段的雷達主要用于合成孔徑成像與地面動目標檢測，其本質不能稱為天基預警雷達，采用 L 波段的大型 L 波段天基預警雷達系統聯合技術演示概念研究計劃 ( LLSBR)計劃則主要是實現 AMTI，后者對于美國空軍而言更具吸引力。
美國空軍列出了LLSBR計劃的六項基本技術領域，主要包括: 大面積相控陣天線技術、星上實時處理技術、動目標指示技術、雷達信號處理算法、信息管理技術、飛行器控制技術等。其中大面積天線及展開機構、在軌高數據率信號處理兩個技術是最為關鍵的技術。美國空軍為了避免電離層擾動對雷達探測的影響，同時更好地實現空中動目標指示( AMTI) 能力，擇優選擇L波段作為最終的系統頻段。該計劃的研究對象為運行在低軌的 L 波段天基雷達系統， 不僅可以探測慢速的地面動目標、高速空中動目標的能力，還具備合成孔徑雷達成像能力，該計劃的首要任務是演示天基雷達的 SAR 模式和 AMTI 模式。
LLSBR系統設計為 L 波段天基預警雷達系統，采用大面積相控陣天線并具有在軌實時處理能力，可進行合成孔徑雷達成像( SAＲ模式) ，也可以對進行動目標指示( AMTI模式) 。SAＲ功能需求由 NASA 提出，主要用于森林資源普查和土壤濕度探測; AMTI 功能需求由美國空軍提出，主要用于對 2 平方米的飛機動目標探測，在 10s 數據率下，監視區域面積為 250公里?× 250 公里。綜合考慮電離層擾動對雷達探測影響，結合天基預警雷達的系統指標，在 P 波段至 S 波段之間優選了 L 波段，天線面積為 50 米× 2 米 = 100平方米，同時在軌實時信號處理完成飛機目標的檢測后，以低數據率向戰場指揮系統分發目標航跡信息。
天基預警雷達為了能夠遠距離發現空中和太空中的目標，需要上百平方米的天線和幾十千瓦的輻射功率，同時系統組成復雜、作戰要求高、技術難度大， 國外目前也只在進行關鍵技術攻關，所涉及到的關鍵技術主要包括天基預警雷達總體技術、天基預警雷達星座設計技術、大型輕質有源相控陣天線技術、大孔徑天線展開技術、先進信號處理技術、低能耗初級電源技術等等。
在這些技術中最為核心關鍵技術技術是大型輕質有源相控陣天線以及在軌展開技術以及先進的信號處理技術，因為天基預警雷達要求的天線面積非常大，如果不采用特殊結構的輕型天線， 將會使整個衛星平臺和運載火箭無法承受。同時，為了能夠在地球雜波中檢測到如導彈這樣的小目標，要求天線的副瓣極低。大型、輕型、和低副瓣有源相控陣天線技術是天基預警雷達首先必須解決的關鍵問題，另外天基預警雷達的天線陣面孔徑達到幾百平方米量級， 大大超過星載合成孔徑成像雷達的需求。因此，為了滿足運載火箭的裝載要求及展開后的作戰要求， 整個天線面具有很高的平面度，?以保證天線的副瓣和指向精度。這對天線展開機構提出了很高的要求。?其次由于天基預警雷達在地球背景下觀測空間、空中、地面各種運動或靜止的復雜目標， 需首先對目標及其背景的特性進行深入研究，積累必要的數據，包括強地物雜波特性、強地物雜波背景下目標特性的提取等。此外與機載檢測平臺相比， 天基雷達的雜波受到很高的衛星速度和地球自轉的影響。因此，天基預警雷達必須要考慮地球的科學特征，才能夠完成對空中和地面慢動目標的檢測。?
雖然當前并沒有明確證據表明美國正在研制或部署天基預警雷達衛星，但美國在天基預警雷達所需的大口徑輕量化相控陣天線和在軌信息處理等關鍵技術方面已經有所突破，完成了地面演示驗證和關鍵技術攻關，完全具備在軌飛行能力。雖然美國尚未形成天基預警雷達系統軍事裝備，但 MTI Ｒoadmap 研究計劃已對其發展進行了規劃，長遠規劃是在 2025 年前實現一個功能完整的天基雷達系統，即便其全球覆蓋策略所帶來的經費成本偏大，難以一步實現，但目前很有可能正在發展針對重點區域預警監視的天基預警雷達。
