掃一掃
關(guān)注啟程科技
全國服務(wù)熱線(xiàn):029-88867449
新聞資訊
聯(lián)系我們
當前位置：首頁(yè) > 新聞中心 > 企業(yè)新聞 > 正文
時(shí)間: 2021/12/13 來(lái)源: 作者: sxstart
合成孔徑雷達( SAR) 是一種高分辨率成像雷達，可以在能見(jiàn)度極低的氣象條件下得到類(lèi)似光學(xué)照相的高分辨雷達圖像。利用雷達與目標的相對運動(dòng)把尺寸較小的真實(shí)天線(xiàn)孔徑用數據處理的方法合成一較大的等效天線(xiàn)孔徑的雷達，也稱(chēng)綜合孔徑雷達。合成孔徑雷達的特點(diǎn)是分辨率高，能全天候工作，能有效地識別偽裝和穿透掩蓋物。所得到的高方位分辨力相當于一個(gè)大孔徑天線(xiàn)所能提供的方位分辨力。合成孔徑雷達的首次使用是在20世紀50 年代后期，裝載在RB-47A和RB-57D 戰略偵察飛機上。經(jīng)過(guò)近60 年的發(fā)展，合成孔徑雷達技術(shù)已經(jīng)比較成熟，各國都建立了自己的合成孔徑雷達發(fā)展計劃，各種新型體制合成孔徑雷達應運而生，在民用與軍用領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。
合成孔徑雷達(Sy nthetic Aperture Radar :SAR)是利用一個(gè)小天線(xiàn)沿著(zhù)長(cháng)線(xiàn)陣的軌跡等速移動(dòng)并輻射相參信號, 把在不同位置接收的回波進(jìn)行相干處理, 從而獲得較高分辨率的成像雷達，可分為聚焦型和非聚焦型兩類(lèi)。
作為一種主動(dòng)式微波傳感器, 合成孔徑雷達具有不受光照和氣候條件等限制實(shí)現全天時(shí)、全天候對地觀(guān)測的特點(diǎn), 甚至可以透過(guò)地表或植被獲取其掩蓋的信息。這些特點(diǎn)使其在農、林、水或地質(zhì)、自然災害等民用領(lǐng)域具有廣泛的應用前景, 在軍事領(lǐng)域更具有獨特的優(yōu)勢。尤其是未來(lái)的戰場(chǎng)空間將由傳統的陸、海、空向太空延伸, 作為一種具有獨特優(yōu)勢的偵察手段, 合成孔徑雷達衛星為奪取未來(lái)戰場(chǎng)的制信息權, 甚至對戰爭的勝負具有舉足輕重的影響。
1951年6月美國Goodyear宇航公司的CarlWiley首先提出用頻率分析方法改善雷達角分辨率的方法。與此同時(shí), 美國伊利諾依大學(xué)控制系統實(shí)驗室獨立用非相參雷達進(jìn)行實(shí)驗, 驗證頻率分析方法確實(shí)能改善雷達角分辨率。1978 年6 月27日, 美國國家航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗室(JPL)發(fā)射了世界上第1顆載有SAR的海洋衛星Seasat-A。該衛星工作在L波段、HH極化, 天線(xiàn)波束指向固定, Seasat-A的發(fā)射標志著(zhù)合成孔徑雷達已成功進(jìn)入從太空對地觀(guān)測的新時(shí)代。 [1]
在Seasat-A取得巨大成功的基礎上, 利用航天飛機分別于1981年11月、1984年10月和1994年4月將Sir-A、Sir-B和Sir-C/X-SAR3 部成像雷達送入太空。Sir-A是一部HH極化L波段SAR, 天線(xiàn)波束指向固定, 以光學(xué)記錄方式成像, 對1000 ×104 km2 的地球表面進(jìn)行了測繪, 獲得了大量信息, 其中最著(zhù)名的是發(fā)現了撒哈拉沙漠中的地下古河道, 顯示了SAR具有穿透地表的能力, 引起了國際學(xué)術(shù)界的巨大震動(dòng)。產(chǎn)生這種現象的原因, 一方面取決于被觀(guān)測地表的物質(zhì)常數(導電率和介電常數)和表面粗糙度, 另一方面, 波長(cháng)越長(cháng)其穿透能力越強。Sir-B是Sir-A的改進(jìn)型, 仍采用HH極化L波段的工作方式, 但其天線(xiàn)波束指向可以機械改變, 提高了對重點(diǎn)地區的觀(guān)測實(shí)效性。Sir-C/X-SAR是在Sir-A, Sir-B基礎上發(fā)展起來(lái)的, 并引入很多新技術(shù), 是當時(shí)最先進(jìn)的航天雷達系統:具有L、C和X3個(gè)波段, 采用4種極化(HH , HV, VH和VV),其下視角和測繪帶都可在大范圍內改變。
“長(cháng)曲棍球” (Lacrosse)系列SAR衛星, 是當今世界上最先進(jìn)的軍用雷達偵察衛星, 已成為美國衛星偵察情報的主要來(lái)源。自1988年12月2日, 由美國“亞特蘭蒂斯”號航天飛機將世界上第1顆高分辨率雷達成像衛星“長(cháng)曲棍球-1(Lacrosse-1)”送入預定軌道后,又分別在1991年3月、1997年10 月、2000年8月和2005 年4 月將Lacrosse-2、Lacrosse-3、Lacrosse-4、Lacrosse-5送入太空, 目前在軌工作的有Lacrosse-2 ～ Lacrosse-5。4顆衛星以雙星組網(wǎng), 采用X、L2個(gè)頻段和雙極化的工作方式, 其地面分辨率達到1 m(標準模式)、3 m(寬掃模式)和0.3 m(精掃模式), 在寬掃模式下, 其地面覆蓋面積可達幾百km2 。
歐空局分別于1991年7月和1995年4月, 發(fā)射了歐洲遙感衛星(European Remote Sensing Satellite, ERS)系列民用雷達成像衛星:ERS-1和ERS-2, 主要用于對陸地、海洋、冰川、海岸線(xiàn)等成像。衛星采用法國Spot-I和Spot-Ⅱ衛星使用的MK-1平臺, 裝載了C波段SAR, 天線(xiàn)波束指向固定, 并采用VV極化方式, 可以獲得30 m空間分辨率和100 km觀(guān)測帶寬的高質(zhì)量圖像。Envisat是ERS計劃的后續, 由歐空局于2002年3月送入太空的又一顆先進(jìn)的近極地太陽(yáng)同步軌道雷達成像衛星。Envisat上所搭載的ASAR是基于ERS-1/2主動(dòng)微波儀(AMI)建造的, 繼承了ERS-1 /2 AMI中的成像模式和波束模式, 增強了在工作模式上的功能, 具有多種極化、可變入射角、大幅寬等新的特性, 它將繼續開(kāi)展對地觀(guān)測和地球環(huán)境的研究。
2007年6月, 由意大利國防部與航天局合作項目的首顆雷達成像衛星Cosmo-Skymed1 衛星的發(fā)射入軌標志著(zhù)Cosmo-Skymed星座項目的啟動(dòng)。Cosmo-Skymed衛星工作在X波段(9.6 GHz), 具有多極化、多入射角的特性, 具備3種工作方式和5種分辨率的成像模式:ScanSAR(100 m和30 m)、Strip-Map(3 m和1.5 m)、SpotLight(1 m)。其中, Cosmo-Skymed星座是意大利的SAR成像偵察衛星星座, 共包括4顆SAR衛星。該星座是與法國Pleiade光學(xué)衛星星座配套使用的, 兩者均采用太陽(yáng)同步軌道, 作為全球第1個(gè)分辨率高達1 m的雷達成像衛星星座, Cosmo-Skymed系統將以全天候、全天時(shí)對地觀(guān)測的能力、衛星星座特有的高重訪(fǎng)周期和1 m高分辨率的成像為環(huán)境資源監測、災害監測、海事管理及軍事領(lǐng)域等應用開(kāi)辟更為廣闊的道路。
TerraSAR-X是首顆由德國宇航中心(DLR)和民營(yíng)企業(yè)EADSAstrium及Infoterra公司根據PPP模式(公-私共建)共同開(kāi)發(fā)的的軍民兩用雷達偵察衛星。該衛星于2007年6月15日從拜科努爾航天中心發(fā)射升空, 運行在515 km的近極地太陽(yáng)同步軌道上, 工作在X波段(9.65 GHz), 具有多極化、多入射角的特性,具備4種工作方式和4 種不同分辨率的成像模式:StripMap(單視情況下:距離上3m, 方位上3m)、Scan-SAR(4視情況下:距離上15 m, 方位上16 m)、Spot-Light(單視情況下:距離上2 m, 方位上1.2 m)和高分辨SpotLight(單視情況下:距離上1 m, 方位上1.2 m)。SAR-LUPE是德國第1 個(gè)軍用天基雷達偵察系統, 服務(wù)于德國聯(lián)邦部隊。該衛星系統主要由5 顆X波段雷達成像衛星組成星座, 分布在3個(gè)高度500 km的近極地太陽(yáng)同步軌道面上, 其中2 個(gè)軌道面上將有2顆衛星運行, 另一個(gè)軌道面上有1顆衛星。每顆衛星都可以穿透黑暗和云層, 提供分辨率1 m以?xún)鹊膱D像。整個(gè)衛星系統, 每天可以提供全球從北緯80°到南緯80°地區的30 多幅圖像, 具有SpotLight和Strip-Map2種工作模式, 并且具有星際鏈路能力, 縮短了系統相應時(shí)間, 具備對“熱點(diǎn)”地區每天30 次以上的成像能力。
2.5
1987年7月25日, 前蘇聯(lián)成功發(fā)射第1個(gè)雷達衛星演示驗證項目Cosmos-1870, 在此基礎上, 俄羅斯分別于1991年3月31日和1998年將“鉆石”(Almaz)系列雷達成像衛星——— Almaz-1和Almaz-1B送入傾角73°的非太陽(yáng)同步圓形近地軌道。其中, Almaz-1是一顆對地觀(guān)測衛星雷達成像衛星, 工作在S波段(中心頻率3.125 GHZ), 采用單極化(HH)、雙側視工作方式, 入射角可變(30°～ 60°),分辨率達到(10 m～ 15 m)。Almaz-1B是一顆用于海洋和陸地探測的雷達衛星, 衛星上搭載3種SAR載荷:SAR-10(波長(cháng)9.6 cm, 分辨率5 m～ 40 m)、SAR-70(波長(cháng)7 cm, 分辨率15 m～ 60 m)和SAR-10(波長(cháng)3.6 cm、分辨率5 m～ 7 m), 這3種SAR載荷均采用HH極化方式。此外, 俄羅斯還將發(fā)射Arkon-2多功能雷達衛星、Kondor-E小型極地軌道雷達衛星。
加拿大航天局于1989年開(kāi)始進(jìn)行SAR衛星———RadarSat-1的研制, 并于1995年11月4日在美國范登堡空軍基地發(fā)射成功, 1996 年4月正式工作, 是加拿大的第1顆商業(yè)對地觀(guān)測衛星, 主要監測地球環(huán)境和自然資源變化。該衛星運行在780 km的近極地太陽(yáng)同步軌道上, 工作在C波段(5.3 GHz), 采用HH極化方式, 具有7 種波束模式、25 種成像方式。與其他SAR衛星不同, 首次采用了可變視角的ScanSAR工作模式, 以500 km的足跡每天可以覆蓋北極區一次, 幾乎可以覆蓋整個(gè)加拿大, 時(shí)間每隔3 天覆蓋一次美國和其他北緯地區, 全球覆蓋一次不超過(guò)5天。RadarSat-2是加拿大繼RadarSat-1 之后的新一代商用合成孔徑雷達衛星, 它繼承了RadarSat-1所有的工作模式, 并在原有的基礎上增加了多極化成像, 3 m分辨率成像、雙邊(dual-channel)成像和動(dòng)目標探測(MODEX)。RadarSat-2 與RadarSat-1 擁有相同的軌道, 但是比RadarSat-1滯后30 min, 縮短了對同一地區的重復觀(guān)測周期, 提高了動(dòng)態(tài)信息的獲取能力。
JERS-1衛星于1992年2月11日在Tanegashima空間中心被發(fā)射升空, 主要用于地質(zhì)研究、農林業(yè)應用、海洋觀(guān)測、地理測繪、環(huán)境災害監測等。該衛星載有2個(gè)完全匹配的對地觀(guān)測載荷:有源SAR和無(wú)源多光譜成像儀, 運行在570 km的近極地太陽(yáng)同步軌道上, 入射角固定、單一極化(HH), 工作在L波段(中心頻率1.275 GHz), 分辨率18 m。先進(jìn)陸地觀(guān)測衛星(Advanced Land Observing Satellite,ALOS)于2006年1月24日被送入690 km的準太陽(yáng)同步回歸軌道。ALOS采用高分辨率和微波掃描, 主要用于陸地測圖、區域性觀(guān)測、災害監測、資源調查等方面。該衛星攜帶了3 種傳感器:全色立體測圖傳感器PRISM、新型可見(jiàn)光和近紅外輻射計AVNIR-2和相控陣型L波段合成孔徑雷達PALSAR。該衛星具有多入射角、多極化、多工作模式(高分辨率模式和ScanSAR模式)及多種分辨率的特性, 最高分辨率能達到7 m。
TecSAR是以色列國防部的第1顆雷達成像衛星,運行在傾角為143.3°、高度為550 km的太陽(yáng)同步圓形軌道上, 具有多極化(HH、VV、VH、HV)、多種成像模式(StripMap、ScanSAR、SpotLight、馬賽克)及多種分辨率的特性, 工作在X波段, 最高分辨率可達到1 m(SpotLight)。此外, 據不完全統計, 還有其他很多國家也在大力開(kāi)展星載雷達的研究, 已經(jīng)發(fā)射或即將發(fā)射星載SAR的國家及衛星包括:印度的RiSat、中國的“遙感一號”、韓國的“KompSat-5”、阿根廷的“SAOCOM”等。
與其它大多數雷達一樣，合成孔徑雷達通過(guò)發(fā)射電磁脈沖和接收目標回波之間的時(shí)間差測定距離，其分辨率與脈沖寬度或脈沖持續時(shí)間有關(guān)，脈寬越窄分辨率越高。合成孔徑雷達通常裝在飛機或衛星上，分為機載和星載兩種。合成孔徑雷達按平臺的運動(dòng)航跡來(lái)測距和二維成像，其兩維坐標信息分別為距離信息和垂直于距離上的方位信息。方位分辨率與波束寬度成正比，與天線(xiàn)尺寸成反比，就像光學(xué)系統需要大型透鏡或反射鏡來(lái)實(shí)現高精度一樣，雷達在低頻工作時(shí)也需要大的天線(xiàn)或孔徑來(lái)獲得清晰的圖像。由于飛機航跡不規則，變化很大，會(huì )造成圖像散焦。必須使用慣性和導航傳感器來(lái)進(jìn)行天線(xiàn)運動(dòng)的補償，同時(shí)對成像數據反復處理以形成具有最大對比度圖像的自動(dòng)聚焦。因此，合成孔徑雷達成像必須以側視方式工作，在一個(gè)合成孔徑長(cháng)度內，發(fā)射相干信號，接收后經(jīng)相干處理從而得到一幅電子鑲嵌圖。雷達所成圖像像素的亮度正比于目標區上對應區域反射的能量?？偭烤褪抢走_截面積，它以面積為單位。后向散射的程度表示為歸一化雷達截面積，以分貝( dB) 表示。地球表面典型的歸一化雷達截面積為: 最亮+ 5 dB，最暗－40 dB。合成孔徑雷達不能分辨人眼和相機所能分辨的細節，但其工作的波長(cháng)使其能穿透云和塵埃。[2]
