到2010年，MMW雷达处于使其达到巅峰状态的升级之中，这使其带宽和跟踪距离提高一倍。
发射机升级
到2000年，VTA-5701行波管新品的可靠度显著降低，且输出功率不到十九世纪九十年代的最初版本的一半。MMW的备件数量也不多，而制造商在制造新管上困难重重。
通信与能源实业公司(CPI)发起了新型号(VTA-5701C)的重新设计和原型制造，这将可靠地维持雷达未来的任务能力。在新管子制造出来前，雷达被设置成工作在单管模式下，以节约行波管库存消耗。
为了使雷达的占空比从15%提高到20%，MMW于2008年替换了原来的高压矩形波产生器。新型VTA-5701C行波管，如图7所示。
于2011年4月具备了初始任务能力。表1所示为所示为MMW雷达使用的三个Ka波段管子的主要性能参数。新的VTA-5701C管子的使用，使平均灵敏度相比于原来的VTA-5701提高了4个多dB。
第二只VTA-5701C管子于2011年7月制造完成，同时还有另外两只管子在生产过程中。交流电源也于2012年升级为1MVA变压器，提高了雷达的功率容量。波束波导系统的法拉第旋光器也在同年八月升级完成。
由于MMW现在可以在全功率状态下将两个VTA-5701C管的功率进行合成，于是系统的灵敏度又提高了3dB。行波管库存的补充，提高了MMW雷达的空间目标识别任务能力。随着更多管子的到位，空间目标识别任务得以持续进行。
接收机和发射信号形成电路
为了充分利用新的发射管的4GHz带宽能力，MMW的大部分RF电路需要重新设计。需要设计新的33-37GHz线性调频信号来驱动发射机的放大器。接收机硬件也需要重新设计以达到4GHz的带宽。
线性调频倍频方案(通过使用两个连续的2GHz线性调频信号来产生需要的4GHz线性调频信号)充分利用的现有的波形产生器；这种重复使用的设计方案使费用和风险最小化。
图8新型4GHz带宽发射波形产生器的简化框图，显示了发射机如何产生4GHz带宽波形的。输出的4GHz线性调频信号(在图的右边)是通过将两个同源的2GHz线性调频信号进行混频而得到的。TX指发射信号，IF是中频信号，RF是射频信号，LO是本振信号，BPF指带通滤波器，LNA指低噪声放大器。
图8所示为发射波形产生电路的简化框图，图9所示为接收机的框图。接收机射频前端使用4GHz带宽组件重新设计，包括新的低噪声放大器(LNA)。这些重设计措施显著降低了接收机的噪声并使雷达的灵敏度提高了2dB。
图9 新的接收机链路简化框图，显示了4GHz接收信号两级相关混频以及在10MHz频率上进行数字采样前两个附加的下变频的情况
射频馈线
MMW的一些波束波导组件需要进行升级来处理更宽的带宽和更高的平均功率。特别是原来的百叶窗式圆极化器不能满足4GHz系统所需的11%的相对带宽。
圆极化器在雷达系统中有两个作用。在发射时，它将发射喇叭激励的线极化波转换成圆极化波；在接收时，它将混合有左旋和右旋圆极化波的回波信号转换成相应的水平极化和垂直极化混合回波，然后经过滤波分成主极化(PP)和正交极化(OP)信号。
主极化和正交极化回波提供了非常有价值的目标特征信息，而且PP/OP的隔离度是雷达是否能够有效测量这些信号的关键指标。MMW使用了如图10所示的新圆极化器，这种圆极化器继承于HAX的金属/介质“华夫饼式”设计。新的圆极化器的相对带宽可达12%。
图10 新的圆极化器(a)与2010年4月安装完成，显著提高的主极化/正交极化波的隔离度，将波束波导系统的带宽提高到4GHz。原来的的圆极化器(b)继承于HAX雷达
法拉第旋光器也需要重新设计以处理新管子的高平均功率。它是准光学馈线系统中的关键组件，它实现了接收机与发射机的隔离。虽然原来的法拉第旋光器可以承受高达10Kw的平均功率，但是在高于8Kw时会大量发热且效率不高。
即使在功率较低的情况下，原来的旋光器反射到OP接收通道的发射波也很大，这降低了其可靠性。新的旋光器允许配置了VTA-5701C管的雷达全功率发射。
图11 新的法拉第旋光器(a)于2012年8月安装使用，提高了雷达的可靠性并使雷达可以工作在VTA-5701C双管全功率状态。原来的旋光器如图(b)所示。
新的法拉第旋光器如图11所示，它使发射通道与接收通道的耦合最小，且热性能提高了7个因子。新的旋光器于2012年8月安装完成并使用。MMW的这种高功率旋光器可以在HAX和其他雷达未来升级中使用。
数字信号处理软硬件
2009年，MMW数字脉冲压缩子系统(DPCS)得以升级以代替老旧的KMAR组件并促进了雷达的未来升级能力。新的DPCS系统可以提高数据的吞吐量，但是如果没有1990年代的那次主雷达计算机升级，这个优势是无法实现的。这项升级于2012年9月完成，显著提升了雷达的性能。
里根试验场雷达上安装的SGI Origin 2000计算机作为KMAR的一部分已经走到的使命的尽头。供应商已经不再为其提供支持，且维修和维护越来越困难。
4GHz带宽波形下的性能也是一大问题，由于Origin2000计算机处理器的限制，4GHz波形的距离窗有37.5m宽，但是只有中间的18m距离范围内的回波可以显示和实时跟踪。
图12 实时开放系统架构II(ROSA II)软件允许开发者快速生成适用于特定雷达系统的数据分析和图像显示软件包。ROSA II的独立组件可以根据需要增加到基础软件包中。
作为替换主雷达计算机的一部分，雷达软件也将升级为ROSA II版本。图12所示为ROSA II软件架构的概念图，其使用了“积木式”的理念来开发全套应用。
ROSA II软件使用先进的面向对象编程语言编写而成并且不需要平台的支撑，使以后的软件和硬件更新工程的花费更低。除了ROSA II系统的弹性配置和低成本特性，新的主雷达计算机硬件还显著推动了处理能力的提升。
2011年7月，新的雷达主计算机演示了其在4GHz带宽，全PRF工作模式下实时跟踪一枚试验导弹和几个卫星的能力，跟踪的目标还包括当时正在执行任务的亚特兰蒂斯号航天飞机。亚特兰蒂斯号的这次飞行是航天飞机项目的最后一次飞行。
系统性能
最近一系列的升级活动使所有系统级的指标参数都有了提升。表2列出了MMW的历史上主要节点的系统指标参数(每一列上边的图是在其分辨率下卫星的成像仿真图)。
在2008到2012年间，最大带宽和跟踪距离都提升了一倍，而跟踪距离窗则提升了3倍多。PP/OP隔离度提高了16dB，副瓣电平改善了13dB。在MMW的历史上，它第一次成为了世界上带宽最宽的相参体制雷达。
图13 卫星成像雷达分辨率的发展历程(使用双带宽外推处理法)。图中所示为尺寸60cm的卫星的距离-多普勒仿真图，用来对比显示不同雷达分辨率下的成像，也是使用双带宽外推处理法
图13展示了卫星成像雷达的距离分辨率的发展历程，及不同带宽下尺寸为60cm的卫星使用双带宽外推处理法的仿真图像。可见，在成像质量上的提高是非常明显的，提供了卫星结构的细节。从图中还可以发现，长期来看宽带雷达的最大带宽大概每10年翻一倍。
反观开始时仅是“ALCOR的毫米波附属雷达”，MMW雷达现在的能力令人惊叹。另外，最大带宽从1GHz升级到4GHz，雷达的跟踪距离也提高了将近一个数量级，如图14所示。
本文作者：Justin J.Stambaugh，翻译：忆生若水。
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