合成孔径雷达的发展现状和趋势

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王 腾等 :合成孔径雷达的发展现状和趋势
总第 179 期
SA R 的发展可以从星载 SA R 和机载 SA R 两 机送上太空 。在 SIR - A , SIR - B 基础上发展的
个方面进行分析 。
SIR - C/ X - SA R 于 1994 年 4 月送上太空 ,该卫星
2. 2. 1 星载 SA R 的发展现状
个成员国组成的欧洲空间局 ( ESA) 发射了欧洲的 月 27 日将 TerraSA R - X 发射升空 ,卫星的运行
地球资源卫星 ERS - 1 ,4 年后 ,发射了类似性能 不依赖气象条件 、云层覆盖和照度 。另外 ,该卫星
的 ERS - 2 卫星 。ERS 系列是 ESA 第一次采用 装备了有源天线 ,可收集高质量的 X 波段雷达数
Magellan
Ca s si ni
分辨率 (m) 距离 ×方位
25 ×25
40 ×40 (6 视) 25 ×30 (4 视) (L 、C) 20 ×25 (4 视) ( X)
<1
< 0. 3 (3～100) × (3～100) 120～150 120～360 600～2100 400～1600
极化 方式
4. 784 ×0. 704 ×0. 15
3. 3 ×2. 7
0. 33 ×2. 3
表 3 其他国家典型星载 SAR 重要参数一览表
名称
工作频率
( GHz)
Radarsat - 1 5. 3
Radarsat - 2 5. 405
J ERS - 1 AL O S
RISA T
1. 275 1. 270
3 收稿日期 :2009 年 1 月 25 日 ,修回日期 :2009 年 2 月 16 日 作者简介 :王腾 ,男 ,硕士研究生 ,研究方向 :雷达信号检测与处理 。
© 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
关键词 合成孔径雷达 ( SA R) ;现状 ;发展趋势 中图分类号 TN95
Present St ate a nd Develop ment Trends of Synt hetic Apert ure Ra da r
Wa ng Te ng Xu Xia ngdong D ong Yunlong Zha ng L i Su Wei
半小时 ,对 1000 万平方公里的地球表面进行了测 终止 。继 Magellan 后 ,1996 年又开展观测土星计
绘 ,其中最著名的是发现了撒哈拉沙漠中的地下古 划 (Cassini) 。表 1 对美国典型星载 SA R 重要参数
河道 。1984 年 10 月 , SIR - B 由挑战者号航天飞 进行了统计 。
HH
HH HH VV VH HV
测绘带宽 度 (km)
100
50 15～90 (L 、C) 15～40 ( X)
HH 或 22～27
VV H H 20 (可变)
天线类型
微带 有源相控阵 微带 (L 、C) 裂缝波导 ( X)
天线尺寸
( m) 10. 74 ×2. 16
9. 4 ×2. 16 L :12 ×2. 95 C :12 ×0. 7 X :12 ×0. 4
第二次世界大战结束后 ,为了提高军事侦察雷 达高分辨率的需求 ,美国科学家在 20 世纪 50 年代 最先提出 SA R 概念 ,1957 年 08 月 ,Michigan 大学 与美国军方合作利用 SA R 试验系统成功地获得了 第一幅全聚焦的 SA R 图像 ,标志着 SA R 技术由理 论走向实践的第一步 ,此后 ,随着大规模电子集成 电路和大容量高速计算机技术的发展 , SA R 技术 在军用和民用方面都取得了很大的发展[1～6 ] 。
星载 SA R 技 术 ,主 要用 于海 洋动 力 学 现 象 的 探 据 。SA R - L upe 系统 是德 国为 提高 天基 军用 侦
测 。ENV ISA T 是 ERS 计划的后续计划 ,是由欧 察能力而设计的 ,由 5 颗 X 波段雷达成像卫星组
空局于 2002 年 3 月 1 日发射的一颗先进的太阳 成星座 ,分布在 3 个高度的轨道面上 ,整体布局将
2 SA R 的发展现状和趋势
2. 1 SA R 的应用特点 SAR 作为一种主动式传感器 ,它不受光照和气
候条件的限制 ,可以实现全天时 、全天候对地观测 , 它还可以透过地表和植被获取地表下的信息 。这些 特点使它在民用和军用方面都具有广泛的应用 。
·民用方面 1) 对农业 、林业和生物土壤监测 ; 2) 气候监 测 ;3) 灾难监测和评估 ;4) 海洋观测 ;5) 自然资源 的开发 ;6) 考古研究 。 ·军用方面 1) 探测敌方纵深军事布防和设施 ;2) 对作战 效能进行评估 。 2. 2 SA R 的发展现状
2009 年第 5 期
舰船电子工程Βιβλιοθήκη Baidu
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表 2 欧空局典型星载 SAR 重要参数一览表
名称
工作频率
( GHz)
ERS
5. 3
ENV ISA T 5. 331
COSMO - 9. 65 SkyMed TerraSAR - X 9. 65
SA R - L upe X 波段
分辨率 (m) 距离 ×方位 26. 3 ×30
同步极轨地球环境监测卫星 ,它继承了 ERS 系列 在 2008 年完成 。该卫星可提供 0 . 5m 分辨率图
中的成像模式和波模式 ,增强了在工作模式上的 像 ,星上存储器可储存 10 幅 SA R 图像数据 ,每天
功能 ,具有多极化 、多入射角 、大幅宽等新的特性 。 可以提供全球从北纬 80°到南纬 80°地区的 30 多
30 窄观 :3 ×3 宽观 :100 ×100 1. 0 - 1. 2
极化 测绘带宽 方式 度 (km)
VV 80. 4
5～400 H H , 窄观 :30 VV 宽观 :400
5～15
<1
天线类型 裂缝阵 主动相控阵
有源相控阵
天线尺寸 ( m) 10 ×1 10 ×1. 3 6 ×1. 2
波束宽度 (°) N/ A ×4. 8
有关陆地 、海洋和冰面的图像 ,揭开了星载雷达对 也成为研究其他星球的工具 ,1989 年美国国家航
地观测的序幕 。1981 年 11 月 ,美国利用哥伦比亚 空航天局开展了观测金星计划 ( Magellan) 。该卫
号航天飞机将 SIR - A 送上太空 ,卫星工作了 7 个 星 1990 年 9 月 15 日开始工作 ,1991 年 5 月 15 日
(Air Fo rce Radar Academy , Wuhan 430019)
Abs t rac t As a high resolutio n imaging radar , SA R is beco ming a very important tool for military reconnaissance and eart h detecting. It has been att racted interest in t he world. In t his paper , t he applications and characteristics of SA R are brief described. In additio n , t he develop ment p rogress and p resent state are int roduced in two part s : space2based SA R and air2 borne SA R. Finally , t he develop ment t rends of SA R are discussed.
Ke y w ords synt hetic apert ure radar , p resent state , develop ment t rends Clas s N u m ber TN95
1 引言
合成 孔 径 雷 达 ( Synt hetic Apert ure Radar : SA R) 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 。
5. 35
分辨率 (m) 距离 ×方位 10～100 3～100
18 ×18 10 ×10
3
极化 测绘带宽 方式 度 (km) H H 500
H H 10～500 HV VH VV H H 75
40 - 70 250 - 350 30
天线类型
天线尺寸
( m) 有 源 缝 隙 波 导 15 ×1. 5 相控阵
采用了很多新技术 ,是当时最先进的航天雷达系
星载 SA R 能够穿透云层获得分辨率较高的地 统 。另外 ,美国分别于 1988 年 、1991 年 、1997 年 、
面图像 ,且 SA R 系统由卫星携带 ,具有隐蔽性好的 2000 年 、2001 年发射了“长曲棍球”系列 5 颗卫星 ,
特点 ,所以世界上许多国家都大力开展星载 SA R 该 SA R 系统具有较高的分辨率和侦察能力 ,在几
“宇宙 - 地中海”雷达卫星由意大利和法国合作研 幅图像 。表 2 对欧空局典型星载 SA R 重要参数
制 。该系统是一个点对点军 民两 用地 球观测 系 进行了统计 。
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总第 179 期 2009 年第 5 期
舰船电子工程 Ship Elect ronic Engineering
Vol. 29 No . 5 5
合成孔径雷达的发展现状和趋势 3
王 腾 徐向东 董云龙 张 莉 苏 伟
(空军雷达学院 武汉 430019)
摘 要 合成孔径雷达作为一种高分辨率雷达 ,已成为军事侦察和环境监测的重要工具 ,日益受到各国的重视 。简要 说明合成孔径雷达的应用特点 ,从星载 SAR 和机载 SAR 两个方面分析了合成孔径雷达的发展现状 ,在此基础上讨论合成 孔径雷达的发展趋势 。
表 1 美国典型星载 SAR 参数一览表
名称
SEASA T SIR - A SIR - C/ X SA R
工作频率 ( GHz) 1. 275 (L)
1. 275 (L) 1. 25 (L) 5. 3 (C) 9. 6 ( X)
Lacro sse1 10 Lacro sse5 Light SA R 9. 6
1978 年美国发射了第一颗载 SA R 卫星 SEA2 一项轻型 SA R 研究计划 (Light - SA R) ,该计划主
SA T ,卫星在飞行 105 天后 ,由于电源系统故障终 要是用于监测地球各项数据 ,用来填充地球科学事
止飞行 。其间 , SEA SA T 系统向地面传回了大量 业战略计划 。在开展对地观测研究的同时 , SA R
有源相控阵 15 ×1. 37
微带 有源相控阵
印刷阵
11. 9 ×2. 2 8. 9 ×3. 1
6 ×2
波束宽度 (°)
N/ A
加拿大于 1989 年开始研制 Radarsat —1 ,1995 年发射成功 ,1996 年 4 月正式工作 ,该雷达工作于 C 波段 ,有 7 种工作模式 ,是目前技术先进 、具有代 表性的载 SA R 遥感卫星系统 。与其他星载 SA R 不同 ,它首次采用了可变视角的 ScanSA R 工作模 式 ,以 500km 的足迹每天可以覆盖北极区一次 ,几 乎可以覆盖整个加拿大 ,每隔三天覆盖一次美国和 其它北纬地区 ,全球覆盖一次不超过 5 天 。继 Ra2 darsat - 1 后 ,加拿大又推出了 Radar sat - 2 ,它继 承了 Radarsat - 1 所有的工作模式 ,并在原有的基 础上增加了多极化成像 ,3m 分辨率成像 ,双边成像 和移动目标探测 。亚洲方面 ,日本于 1992 年 2 月 将 J ERS - 1 卫星发射升空 。1998 年 10 月 ,由于故 障 (很可能是姿态控制系统故障) ,使得该卫星终止 了寿命 。2006 年 1 月日本发射 AL OS 卫星系统 , 该系统中采用 L - 波段相阵型 PAL SA R ,可以实现 全天候的陆地观测 。RISA T 是印度空间研究部的 第一颗主动式成像卫星 ,该卫星采用 C 波段合成孔 径雷达 ,可以实现全天时全天候观测 。表 3 对其他 国家典型星载 SA R 重要参数进行了统计 。 2. 2. 2 机载 SA R 的发展现状[7～8]
波束宽度 (°) 1. 73 ×6. 2
L :1. 0 ×(5～16) C :0. 25 ×(5～16) X :0. 14 ×5. 5
抛物面 抛物面 平面阵列
8 ×2
1. 35 (1. 8) × 2. 9
H H 68～ - 311
1991 年 7 月以德国 ,英国 ,法国 ,意大利等 12 统 ,由 4 颗卫星和地面站组成 。德国于 2007 年 2
的研究 。据不完全统计 ,已经发射或即将发射星载 次局部战争中 ,为美国的精确打击 、大规模空袭提
SA R 的国家有 : 美国 、欧空局 、俄罗斯 、日本 、加拿 供了 许 多 精 确 而 可 靠 的 数 据 。同 时 , 为 了 降 低
大 、中国 、印度 、以色列 、韩国 、阿根廷等 。
SA R 的成本 ,美国宇航局在 1998 年 10 月启动了