遥感与测绘卫星基础

创建日期：2018年3月16日15:29:14
更新日期：2018年3月16日15:29:28

SAR

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中文名
合成孔径雷达
外文名
Synthetic Aperture Radar,SAR
别称
综合孔径雷达
分类
聚焦型和非聚焦型
特点
分辨率高，全天时，全天候工作

合成孔径雷达(Sy nthetic Aperture Radar :SAR)是利用一个小天线沿着长线阵的轨迹等速移动并辐射相参信号, 把在不同位置接收的回波进行相干处理, 从而获得较高分辨率的成像雷达，可分为聚焦型和非聚焦型两类。
作为一种主动式微波传感器, 合成孔径雷达具有不受光照和气候条件等限制实现全天时、全天候对地观测的特点, 甚至可以透过地表或植被获取其掩盖的信息。这些特点使其在农、林、水或地质、自然灾害等民用领域具有广泛的应用前景, 在军事领域更具有独特的优势。尤其是未来的战场空间将由传统的陆、海、空向太空延伸, 作为一种具有独特优势的侦察手段, 合成孔径雷达卫星为夺取未来战场的制信息权, 甚至对战争的胜负具有举足轻重的影响。
1978 年6 月27日, 美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)发射了世界上第1颗载有SAR的海洋卫星Seasat-A。该卫星工作在L波段、HH极化, 天线波束指向固定, Seasat-A的发射标志着合成孔径雷达已成功进入从太空对地观测的新时代。

美国NASA：

“长曲棍球” (Lacrosse)系列SAR卫星, 是当今世界上最先进的军用雷达侦察卫星, 已成为美国卫星侦察情报的主要来源。Lacrosse-2 ～ Lacrosse-5，4颗卫星以双星组网, 采用X、L2个频段和双极化的工作方式, 其地面分辨率达到1 m(标准模式)、3 m(宽扫模式)和0.3 m(精扫模式), 在宽扫模式下, 其地面覆盖面积可达几百km2 。

欧空局(ESA):

卫星采用MK-1平台, 装载了C波段SAR, 天线波束指向固定, 并采用VV极化方式, 可以获得30 m空间分辨率和100 km观测带宽的高质量图像。Envisat是ERS计划的后续,为近极地太阳同步轨道雷达成像卫星。Envisat上所搭载的ASAR是基于ERS-1/2主动微波仪(AMI)建造的, 具有多种极化、可变入射角、大幅宽等新的特性。

意大利:

Cosmo-Skymed卫星工作在X波段(9.6 GHz), 具有多极化、多入射角的特性, 具备3种工作方式和5种分辨率的成像模式:ScanSAR(100 m和30 m)、Strip-Map(3 m和1.5 m)、SpotLight(1 m)。Cosmo-Skymed星座是意大利的SAR成像侦察卫星星座, 共包括4颗SAR卫星。该星座采用太阳同步轨道, 为全球第1个分辨率高达1 m的雷达成像卫星星座。

德国

TerraSAR-X是首颗由德国宇航中心(DLR)和民营企业EADSAstrium及Infoterra公司共同开发的的军民两用雷达侦察卫星。该卫星于2007年6月15日从拜科努尔航天中心发射升空, 运行在515 km的近极地太阳同步轨道上, 工作在X波段(9.65 GHz), 具有多极化、多入射角的特性,具备4种工作方式和4 种不同分辨率的成像模式:StripMap(单视情况下:距离上3m, 方位上3m)、Scan-SAR(4视情况下:距离上15 m, 方位上16 m)、Spot-Light(单视情况下:距离上2 m, 方位上1.2 m)和高分辨SpotLight(单视情况下:距离上1 m, 方位上1.2 m)。
SAR-LUPE是德国第1 个军用天基雷达侦察系统, 服务于德国联邦部队。该卫星系统主要由5 颗X波段雷达成像卫星组成星座, 分布在3个高度500 km的近极地太阳同步轨道面上, 其中2 个轨道面上将有2颗卫星运行, 另一个轨道面上有1颗卫星。每颗卫星都可以穿透黑暗和云层, 提供分辨率1 m以内的图像。整个卫星系统, 每天可以提供全球从北纬80°到南纬80°地区的30 多幅图像, 具有SpotLight和Strip-Map2种工作模式, 并且具有星际链路能力, 缩短了系统相应时间, 具备对“热点”地区每天30 次以上的成像能力。

俄罗斯

俄罗斯分别于1991年3月31日和1998年将“钻石”(Almaz)系列雷达成像卫星——— Almaz-1和Almaz-1B送入倾角73°的非太阳同步圆形近地轨道。其中, Almaz-1是一颗对地观测卫星雷达成像卫星, 工作在S波段(中心频率3.125 GHZ), 采用单极化(HH)、双侧视工作方式, 入射角可变(30°～ 60°),分辨率达到(10 m～ 15 m)。**Almaz-1B是一颗用于海洋和陆地探测的雷达卫星, 卫星上搭载3种SAR载荷:**SAR-10(波长9.6 cm, 分辨率5 m～ 40 m)、SAR-70(波长7 cm, 分辨率15 m～ 60 m)和SAR-10(波长3.6 cm、分辨率5 m～ 7 m), 这3种SAR载荷均采用HH极化方式.

以色列

TecSAR是以色列国防部的第1颗雷达成像卫星,运行在倾角为143.3°、高度为550 km的太阳同步圆形轨道上, 具有多极化(HH、VV、VH、HV)、多种成像模式(StripMap、ScanSAR、SpotLight、马赛克)及多种分辨率的特性, 工作在X波段, 最高分辨率可达到1 m(SpotLight)。

工作原理
与其它大多数雷达一样，合成孔径雷达通过发射电磁脉冲和接收目标回波之间的时间差测定距离，其分辨率与脉冲宽度或脉冲持续时间有关，脉宽越窄分辨率越高。合成孔径雷达通常装在飞机或卫星上，分为机载和星载两种。合成孔径雷达按平台的运动航迹来测距和二维成像，其两维坐标信息分别为距离信息和垂直于距离上的方位信息。方位分辨率与波束宽度成正比，与天线尺寸成反比，就像光学系统需要大型透镜或反射镜来实现高精度一样，雷达在低频工作时也需要大的天线或孔径来获得清晰的图像。由于飞机航迹不规则，变化很大，会造成图像散焦。必须使用惯性和导航传感器来进行天线运动的补偿，同时对成像数据反复处理以形成具有最大对比度图像的自动聚焦。因此，合成孔径雷达成像必须以侧视方式工作，在一个合成孔径长度内，发射相干信号，接收后经相干处理从而得到一幅电子镶嵌图。雷达所成图像像素的亮度正比于目标区上对应区域反射的能量。总量就是雷达截面积，它以面积为单位。后向散射的程度表示为归一化雷达截面积，以分贝( dB) 表示。地球表面典型的归一化雷达截面积为: 最亮+ 5 dB，最暗－40 dB。合成孔径雷达不能分辨人眼和相机所能分辨的细节，但其工作的波长使其能穿透云和尘埃。[2]