SAR成像的典型工作模式

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1.条带式模式

  星载SAR通常采用侧视条带式模式，这是星载SAR最常用的一种工作模式，条带成像的合成孔径雷达可以采用正侧视(雷达波束指向与雷达平台运动方向垂直)工作模式，如图1所示。

图1 正侧视条带模式

  也可以采用斜侧视(雷达波束指向与雷达平台运动方向不垂直)工作模式，如图2所示。

图2 斜侧视条带模式

  星载SAR通常采用正侧视条带模式，但是，由于地球自转的影响，其效果等效为斜侧视工作模式，等效的斜侧角(雷达波束指向与雷达平台运动方向垂直面的夹角)随纬度的变化而变化，低纬度时等效的斜侧角较大，随着纬度变大，等效的斜侧角较小，卫星飞经赤道上空时，其等效的斜侧角最大。所以，星载SAR成像处理通常采用斜侧视工作模式的成像算法。另一种方法是在卫星上采用偏航控制补偿由于地球自转引起斜视角，使星载SAR等效为正侧视的工作模式，进而使成像处理变得简单。

2.ScanSAR模式

  ScanSAR工作模式是星载SAR的宽观测带工作模式，要获得宽观测带就必须牺牲方位向分辨率，方位向分辨率为天线长度的一半，在保证宽观测带的低分辨率时，需要的天线尺寸将很大，技术上难度很大。ScanSAR工作模式就是为了解决这一问题而提出的一种工作方式。图3给出了ScanSAR工作模式的空间几何关系。通过天线在距离向的扫描来获得多个条带的图像，从而拼接出宽观测绘带宽图像。

图3 ScanSAR模式  图4 ScanSAR模式成像过程示意图

  图4给出了ScanSAR模式天线扫描及数据处理过程的示意图。对于不同波束位置(对应不同子观测带)ScanSAR模式是依次分别成像的。最初天线的波束指向宽观测带的近端并驻留足够长的时间以合成一幅单波束照射区域的雷达图像，然后天线波束再指向下一个子观测带对此子观测带进行成像。依次类推，当对最远端子观测带进行成像后，天线波束再返回最近端子观测带，这一过程重复下去，就完成了对整个宽观测带的成像。图中，对于每一子观测带卫星录取的数据是间歇式的。但是，因为天线波束照射的宽度较宽，所录取的一小段数据，能成出较宽的图像，保证天线波束返回此子观测带时所成出的图像能拼接的上。

3.凝视模式

  凝视工作模式是一种适应于小区域高分辨率的工作模式，对于条带式，由于方位向天线波束宽度限制了合成孔径的长度，因此，其方位向分辨率不会优于天线长度的一半。距离向成像限制了脉冲重复频率无限提高，从而限制了天线长度的缩短。如图5所示，凝视工作模式通过控制方位向天线波束指向，使其沿飞行路径连续照射同一区域以增大其相干时间，从而增加合成孔径长度，提高方位向分辨率。

图5 凝视工作模式   与上述传统的凝视工作模式相比较，滑动模式是一种更一般的凝视工作模式，在滑动工作模式中天线波束不是指向特定的一个固定区域，而是沿着卫星的飞行方向向前有所滑动。滑动模式的工作方式如图6所示。

图6 滑动工作模式   滑动模式能够获得更大成像区域，但分辨率略低于相同情况下的凝视工作模式，滑动模式的工作方式吏为灵活。在某种意义下，凝视工作模式是滑动模式的一种特例。由于对于固定波束的合成孔径雷达而言，通常距离向波束宽度大于方位向波束宽度，这样采用凝视工作模式获得的图像是一种长方形的，而滑动模式将可获得正方形的图像。在这种情况下滑动模式更为有用。