地球同步轨道星载合成孔径雷达概念研究

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中图分类号：TN957．51

文献标志码：A

文章编号：1004－7859（2011）05－0001－04

地球同步轨道星载合成孔径雷达概念研究

朱敏慧

（中国科学院电子学研究所，北京100190）

摘要：从不断增长的对地实时观测和对突发事件快速反应的急迫需求出发，提出了采用地球同步轨道合成孔径雷达的概念研究。通过对地球同步轨道卫星运动轨迹的分析，验证了可以通过控制轨道倾角、偏心率和轨道高度误差以获得同步轨道卫星与地面之间的相对运动，构成了雷达运行在同步轨道实现合成孔径成像的基础。并研究和分析了同步轨道SAR 卫星的观测性能，指出了对于要求重复观测周期短、实时应用强的情况，尤其是对于大面积定点区域的连续观测来说，采用同步轨道SAR 是一条理想的技术途径。

关键词：大面积定点目标；同步轨道SAR ；重复观测能力

A Study on the Concept of Geosynchronous Synthetic Aperture Radar

ZHU Min-hui

（Institute of Electronics ，Chinese Academy of Sciences ，Beijing 100190，China ）

Abstract ：A concept of geosynchronous synthetic aperture radar （SAR ）is presented in this paper for the increasing requirements of the timely global observation and urgent requests for fast reaction to burst events．Through the analysis of motive paths of geosyn-chronous satellite ，the method for obtaining relative motions between geosynchronous satellite and the ground by means of control-ling orbit inclination ，eccentricity and radius error is verified．This forms the basis for implementing SAR imaging when radar oper-ates on the geosynchronous orbit．Moreover ，observational performance of geosynchronous SAR satellite is studied and analyzed．The adoption of geosynchronous SAR is an ideal technical approach for short repetitive observation period and real-time applications especially for large-area spot and continuous observation．

Key words ：large-area spotted target ；geosynchronous SAR ；repeated observation ability

通信作者：朱敏慧

Email ：mihzhu@mail．ie．ac．cn

收稿日期：2011-01-29修订日期：2011-

03-200引言

合成孔径雷达（SAR ）是一种高性能遥感工具，和传统的光学遥感相比，它能够全天时、全天候并且穿透一定深度的地表和植被获取大面积的遥感图像，在灾害监测、环境监测、海洋观测、资源勘察、农作物调查估产、森林调查、测绘和军事等方面具有独特的应用效果，在某些情况下，能起到其他对地观测卫星起不到的作用。各用户迫切地希望进一步发展和提高SAR 卫星的技术水平和性能指标，以拓宽其应用领域。为此，近20多年来，很多国家投入了大量资金，使SAR 卫星在高分辨率、多极化、多波段、多工作模式、动目标检测

能力等方面取得了长足的进步

［1－3］

。进入21世纪后，随着合成孔径雷达应用领域的研

究不断拓展和深入，越来越多的观测任务对SAR 卫星

的性能指标提出了更为苛刻的要求，例如战场侦查、灾害监控、环境监控等。这些应用不仅仅要求合成孔径雷达卫星具有一定的分辨率，还要求其能够实现对大

面积定点区域进行不间断的观测，

这就在重复观测周期、测绘带宽、可视能力等方面对系统设计提出了新的挑战。

现有的SAR 卫星，轨道通常在500km 800km ，由于轨道高度的限制，可覆盖区域小、测绘带窄、重复观测周期长，

在很大程度上限制了其应用。例如，目前国际上已有的最宽测绘带宽星载合成孔径雷达Radar-SAT ，其典型的重复观测周期约为2d 左右，对于瞬息万变的战场和突如其来的灾害来说，这样的观测能力不具有太多的实际应用价值。为了克服这些弱点，人们也提出了一些解决方案，目前最常见的一种设计思路是利用多颗轨道相近的卫星组网，即所谓的“星座”观测。例如，用于地中海地区环境监测的COSMO 小卫星星座，是由4颗X 波段小型SAR 卫星分布在同一轨道内，成90ʎ间隔，其最大重复观测周期为13h 。由

于它仍然是基于低轨卫星，

因此这种改进无法从根本上克服上面提到的那些缺陷。

这就产生了另外一种设计思路，借鉴光学观测卫星的发展历程，将合成孔径雷达卫星的轨道升高，这样对于同样的天线波束偏转角，其可覆盖区域会大幅度

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1—第33卷第5期2011年5月

现代雷达Modern Radar

Vol．33No．5May 2011