1、 雷达卫星是载有合成孔径雷达（SAR）的对地观测遥感卫星的统称。尽管迄今为止，已在一些发射的卫星上携有 SAR，如 Seasat SAR, Almaz SAR, JERS-1 SAR, ERS-1/2 SAR, 与它们搭载在同一遥感平台上还装载着其他传感器。而 1995 年 11 月发射的加拿大雷达卫星（Radarsat ）则是一个兼顾商用及科学试验用途的雷达系统，其主要探测目标为海冰， 同时还考虑到陆地成像，以便应用于农业、地质等领域。该系统有 5 种波束工作模式，即： （1）标准波束模式，入射角 2049 ，成像宽度 100 公里，距离及方位分辨率为 25 米 x28 米； （2）宽辐射波
2、束，入射角 2040 ，成像宽度及空间分辨率分别为 150 公里和 28 米 x35 米； （3）高分辨率波束， 三种参数依此为 3748 ，45 公里及 10 米 x10 米； （4）扫描雷达波束，该模式具有对全球快速成像能力，成像宽度大（300 公里或 500 公里） ，分辨率较低（50 米 x50 米或 100 米 x100 米） ，入射角为20 49； （5）试验波束，该模式最大特点为入射角大，且变化幅度小 4959 ，成像宽度及分辨率分别为 75 公里及 28 米 x 30 米。雷达卫星与其他星载 SAR 系统比较Radarsat SAR 有以下三个特点： （1）具有 45 公里，7
3、5 公里，100 公里，150 公里， 300 公里和 500 公里的不同辐射宽度成像能力； （2）分别为11.6MHz，17.3MHz, 30.0 MHz 雷达带宽的选择性操作使距离分辨率可调； （3）较强的数据处理能力。 SAR 的全天候、全天时及能穿透一些地物的成像特点，显示出它与光学遥感器相比的优越性。雷达遥感数据也在多学科领域中得到了广泛的应用。星载雷达在 90 年代得到了迅猛的发展，特别是发展了极化雷达和干涉雷达技术。在航天飞机成像雷达 SIR-A、SIR-B 和 SIR-C/X-SAR 成功地完成单波段、单极化和多波段、多极化成像飞行之后，正在计划于 1999 年 9 月开展航天
4、飞机雷达地形测图(SRTM)飞行。编辑本段发展在雷达卫星 1 号基础上，加拿大在 2001 年发射的雷达卫星 2 号雷达将具有全极化测量能力；欧空局也将在 1999 年 11 月发射的 Envisat-1 卫星上装载 ASAR，有同极化和交叉极化两种极化模式；2002 年将发射的 LightSAR 将为 L 波段多极化及具有干涉测量、扫描模式的实用化成像雷达。同年计划发射的日本 ALOS/PALSAR 亦为多极化、多工作模式雷达系统。我国也将在未来的几年内，发射自行研制的 L 波段雷达卫星。由此可见, 国际上星载雷达正在向新的方向发展，它们将为数字地球的发展提供丰富的数据源。 SAR 技术的空
5、间应用，使其成为 20 世纪末最受欢迎的侦察仪器之一，对它的应用和发展还刚刚开始。SAR 卫星在未来将有更加广阔的发展和应用前景。多参数(多频段、多极化和多视角)SAR 技术发展的一个最重要的趋势就是充分利用地物电磁特性，地物电磁特性与电磁波的频率、极化和入射角有着密切的关系，因此利用不同频率、不同极化以及不同入射角的电磁波对地物进行观测，能够得到更加丰富的地物信息。干涉技术的 SARSAR 干涉技术已经成为 SAR 技术发展的重要领域。它解决了 SAR 对地物第三维信息(高程信息或速度信息)的提取。目前干涉 SAR 有以下 3 种形式： (1)单道干涉，将双天线刚性安装在一个飞行平台上，在一
6、次飞行中完成干涉测量，又称为空间基线方式；(2)双道干涉，属于单天线结构，分时进行二次测量，要求二次飞行轨道相互平行，又称为时间基线方式；(3)差分干涉，在航迹正交向安装双天线的单道干涉与第 3 个测量相结合，测量微小起伏和移位的干涉。聚束 SARSAR 有多种成像体制，主要是带状成像(Strip map)和聚束成像(Spotlight)两种。带状SAR 的天线波束与飞行航迹成固定交角，随着载体的移动，在地面形成条状的连续观测带，适于大面积观测。聚束 SAR 则不同，它的天线波束在合成孔径时间内始终凝视着照射区域，实现小区域成像。聚束 SAR 比带状 SAR 具有较高的分辨能力。此外，大多数目
7、标的散射特性随观测角剧烈地改变，由于聚束 SAR 在宽观测角范围内成像，因而获得的图像信息比带状 SAR 更加丰富。聚束 SAR 与带状 SAR 是两种优势互补的体制。SAR 卫星星座目前许多应用部门希望卫星能缩短对某一特定地区的重复观测周期，获得高时间分辨率的动态信息。解决这个问题，除了采用较小的轨道倾角增加中、低纬度地区的覆盖密度以缩短重复周期外，还可以组织卫星观测的国际合作，例如 SIR-C 与 X-SAR 的联合飞行，今后还将组织 SIR-C/X-SAR 与 ERS/Envisat 或 Radarsat 的 SAR 编队飞行。然而只有积极研制对地观测小型卫星星座，才是解决动态侦察的最有
8、效办要技术困难是：既要保证侦察技术性能，又要降低其重量和功耗，还要有足够的测轨与姿态控制精度，以保证侦察数据的质量。小卫星编队组网由若干颗微小卫星组成一定形状的飞行轨迹，以分布方式构成一颗“虚拟卫星”。这是小卫星向更快、更省、更好的方向发展，也是当前正在为小卫星开拓的另一个崭新的应用领域。编队飞行的军事应用是最早受到关注的领域之一。一方面，组成编队飞行的卫星可以实现对地观测，获取地面目标信息；另一方面，多颗卫星的协同工作，可以实现更多的功能，例如立体成像，可以为军事需求提供服务。由若干颗微小卫星编队飞行，组成一个具有立体侦察的虚拟大卫星，可以较低的成本、较高的可靠性和生存能力替代相同功能的单颗
9、卫星，最大限度地发挥微小卫星的特点和优势。编队飞行卫星星座虽然编队飞行扩展了单颗卫星的功能，提高了单颗卫星的性能，但编队飞行中卫星的密集分布，其覆盖依然是非连续的；如果要实现连续覆盖，则由编队飞行组成卫星星座，即编队飞行卫星星座。在传统的卫星星座中，组成星座的单元为单颗卫星；而在编队飞行卫星星座中，组成星座的单元为飞行编队。编队飞行可以实现立体成像功能，由飞行编队组成的卫星星座则可以实现对某个区域的连续立体成像。 SAR 侦察卫星具有全天时、全天候、不受大气传播和气候影响、穿透力强等优点，并对某些地物具有一定的穿透能力。这些特点使它在军事应用中具有独特的优势，必将成为未来战场上的杀手锏。因此，
10、各航天国家纷纷计划或正在发展自己的 SAR 侦察卫星。我们完全有理由相信，21 世纪是 SAR卫星飞速发展的新世纪。合成孔径雷达(SAR)的时代已经来临 人们对合成孔径雷达(SAR)的优越性能和高分辨能力闻名已久，但是这项技术的发展多年来一直处于高度保密状态。近年来，随着掩盖该技术真实发展的神秘面纱逐渐被揭开， SAR 已成为世界注目的焦点，合成孔径雷达的时代已经来临。 装备 SAR 的飞机包括载人侦察机，如 U-2和 SR-71间谍飞机；战斗机和轰炸机，如 F- 15战斗机和 F/A-18战斗轰炸机以及 B-2轰炸机。美国西屋公司的 AN/APG-76多模式合成孔径雷达已经出口以色列，用于装
11、备 F-4E 空中优势战斗机。无人驾驶飞机上装备 SAR 的日子也为期不远了，准备装备“掠夺者”无人驾驶飞机的 SAR 已经进行了测试试验，并且 SAR 将列为 Tier2+高空长航时无人驾驶飞机以及她的隐身姐妹机 Tier3-的机上传感器之一。 远距离全天候高分辨力成像雷达 SAR 能够提供全天候条件下的详细的地面测绘资料和图象- 这种能力对于现代侦察任务是至关重要的，也是 SAR 最值得推崇的优越之处。 在恶劣气候下雷达是一种合适的探测传感器，其它的传感器在这种环境下不能很好地工作。SAR 能够昼夜工作并且能够穿透尘埃、烟雾和其它一些障碍。虽然红外(IR)传感器也能够在夜间工作，但是它同其
12、它电光传感器一样，不能在严酷恶劣的气候下产生清晰的图象。 SAR 具有防区外探测能力，即可以不直接飞越某一地区而能对该地区进行地图测绘。因此，SAR 比起一般红外和电光传感器具备更远距的工作能力。另外，与红外和电光传感器不同，SAR 的分辨力与距离是无关的；它不会随着距离的增加而降低。在美国的综合机载侦察战略中，SAR 因其全天候能力而被列为基准的成像手段。 高分辨能力 SAR 能够以很高的分辨力提供详细的地面测绘资料和图象，这种能力对于现代侦察任务是至关重要的，也是 SAR 最值得推崇的优越之处。目前 SAR 的分辨能力已经可以达到 0.3m(APG-76雷达) ，但仍未达到其物理极限，在未
13、来一段时间内，SAR 的成像分辨力将会更高。 自动目标识别 自动目标识别是采用自动数据处理方法对目标进行识别、分类并按照其重要程度进行分级。以目前对侦察系统的大范围覆盖的要求，要做到目标识别，需要收集的数据量之大已远远超过人工迅速作出判断的极限。为了将 SAR 用于自动目标识别，人们已经作了大量的工作。使用SAR 完成自动目标识别的一个主要的技术问题是要开发能够在雷达回波中识别目标特征的各种算法。 具有穿透性的观察视场 具有树叶穿透能力的较低频率的 SAR 也在近期发展之列。大多数的 SAR 都工作于 X 波段或更高的频段，这种频率不能穿透树叶进行探测。UHF 波段的雷达能够穿透树叶并能提供比
14、 X 波段更好的全天候覆盖区域，但是，目前要开发这一频段的 SAR 还存在很大的技术障碍。一个重大的挑战是要开发尺寸足够小的天线，使它能够安装在飞机平台上。UHF 波段雷达的工作波长较长，因而天线尺寸非常大。另外一个挑战是建立足够的处理能力并开发更为复杂的处理算法。 美国三军的实验室和美国国防部的高级计划研究局(ARPA)都在投资发展 UHFSAR 项目。据报道，美国陆军在Adelphi，Md.的研究实验室已经开发了一种能够对隐藏在树叶后或是地下的目标进行定位的超宽频带的 SAR。 机上处理能力 影响 SAR 性能的至关重要的关键是先进的数字信号处理。美国休斯公司为 U-2间谍飞机研制的先进合
15、成孔径雷达系统 ASARS2，其原始地面站处理器的运算速度为每秒1千万浮点运算(10MCOPS)。随着技术的迅速进步，机载处理器也有望达到10MCOPS 的运算速度。采用机载处理器对于间谍飞机来讲将是非常有益的。当机载处理能力与先进的数据链和卫星通讯结合在一起时，在世界上任何地点的决策者们都可以及时地获取侦察信息。有了机载处理能力，就不需要将未经处理的数据发送到地面站进行处理，指挥人员就可以灵活地把他的飞机分派到世界的任何地方，由这些飞机来处理它所侦察地区的图象，然后通过卫星将处理过的世界任何地区的图象发送回指挥人员处。SAR 的不足之处 SAR 也有不足之处。最突出的是雷达的成像难以解释，这
16、不是 SAR 所特有的问题，而是所有雷达都普遍存在的问题。不同于直观图象，人们必须经过训练才能确认雷达图象所传达的信息。虽然现在有人开始否定这种说法，认为现在的 SAR 图象已经非常完美，与普通照片的相象程度已经达到了85%，但是多数专家们则认为，SAR 刚刚开始由抽象图象到直观图象的转变。 SAR 的另一个不足是费用高。回顾 SAR 的历史，其寿命周期费用一直比电光和红外系统要高。但是现在这种情况已经开始改变了。有专家认为目前 SAR 的寿命周期费用已经下降到与红外及较为复杂的电光系统相当的程度。 为了最大程度地发挥 SAR 的优势，尽量弥补其不足，雷达越来越多地作为多传感器系统的一个组成部
17、分与其它传感器配合使用。目前的一个发展趋势是将来自各种不同传感器的信息，比如来自电光传感器和来自 SAR 的信息融合起来，使指挥人员能够看到一幅有关战场情况的更为完整和准确的图象。 SAR 和 COTS 目前，先进的商用货架产品 (COTS)的不断发展和应用，使 SAR 越来越多地得益于高性能的 COTS 处理器及其它元器件。这同过去必须由各公司专门开发的大型的、价格昂贵的、并且性能不十分先进的专用处理器相比，已经发生了巨大的转变。采用先进的 COTS 产品，不仅使降低 SAR 的价格成为可能，而且有希望使雷达设计者减小 SAR 系统的尺寸和重量。许多 SAR 开发厂商都在将商用电子技术如处理器技术和有些商用微波元件技术转移到 SAR 上来。 有关 SAR 还有一些很有潜力的技术至今一直处于保密状态，目前还没有人能够确切说明 SAR 到底会给现实世界带来多大变化和冲击。
