合成孔径雷达概述(SAR)(共39页).doc

《合成孔径雷达概述(SAR)(共39页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《合成孔径雷达概述(SAR)(共39页).doc（39页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选优质文档-倾情为你奉上合成孔径雷达概述合成孔径雷达概述1 合成孔径雷达简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向双向高分辨率遥感成像的雷达系统，在成像雷达中占有绝对重要的地位。近年来由于超大规模数字集成电路的发展、高速数字芯片的出现以及先进的数字信号处理算法的发展，使SAR具备全天候、全天时工作和实时处理信号的能力。它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率雷达图像，为人们提供非常有用的目标信

2、息，已经被广泛应用于军事、经济和科技等众多领域，有着广泛的应用前景和发展潜力。国内外越来越多的科技研究者已投身于这一领域的研究。在早期研究雷达成像系统时采用的是真实孔径雷达系统(Real Aperture Radar)。真实孔径雷达成像系统及处理设备相对较为简单，但它存在一个难以解决的问题，就是其方位分辨率要受到天线尺寸的限制。所以要想用真实孔径雷达系统获得较高的分辨率，就需要较长的天线。但是所采用天线的长短往往又受制于雷达系统被载平台大小的限制，不可能为了提高分辨率无休止地增加天线长度。幸运地是，随着雷达成像理论，天线设计理论、信号处理、计算机软件和硬件体系的不断完善和发展，合成孔径雷达(S

3、ynthetic Aperture Radar)的概念被提出来。合成孔径雷达系统的成像原理简单来说就是利用目标与雷达的相对运动，通过单阵元来完成空间采样，以单阵元在不同相对空间位置上所接收到的回波时间采样序列去取代由阵列天线所获取的波前空间采样集合。只要目标被发射能量波瓣照射到或位于波束宽度之内，此目标就会被采样并被成像。利用目标雷达相对运动形成的轨迹来构成一个合成孔径以取代庞大的阵列实孔径，从而保持优异的角分辨率。从潜在的意义上来说，其方位分辨率与波长和斜距无关，是雷达成像技术的一个飞跃，因而具有巨大的吸引力，特别是对于军事和地理遥感的应用更是如此。因此，合成孔径雷达(SAR)已经成为雷达成

4、像技术的主流方向。1.1 合成孔径雷达的概念合成孔径雷达是一种高分辨率相干成像雷达。高分辨率在这里包含着两方面的含义：即高的方位向分辨率和足够高的距离向分辨率。它采用多普勒频移理论和雷达相干理论为基础的合成孔径技术来提高雷达的方位向分辨率；而距离向分辨率的提高则通过脉冲压缩技术来实现。它的具体含义我们可以通过以下四个方面来理解：（1）从合成孔径的角度。它利用载机平台带动天线运动，在不同位置上以脉冲重复频率（PRF）发射和接收信号，并把一系列回波信号存储记录下来，然后作相干处理，就如同在所经过的一系列位置上，都有一个天线单元在同时发射和接收信号一样，这样就在平台所经过的路程上形成一个大尺寸的阵列

5、天线，从而获得很窄的波束。如果脉冲重复频率达到一定程度（足够高），以致相邻的天线单元间首尾相接，则可看作形成了连续孔径天线。诚然这个大孔径天线要靠信号处理的方法合成。这种解释方法给出了合成孔径的字面解释。（2）从多普勒频率分辨的角度。如果我们考察点目标在相参脉冲串中的相位历程，求出其多普勒频移，对于在同一波束、同一距离波门内但不同方位的点目标，由于其相对于雷达的径向速度不同而具有不同的多普勒频率，因此可以用频谱分析的方法将它们区分开。这种理解又被称为多普勒波束锐化。（3）从脉冲压缩的角度。对于机载正侧视测绘的雷达，地面上的点目标在波束扫描过的时间里，与雷达相对距离变化近似地符合二次多项式。点目

6、标对应的横向回波为线性调频信号，该线性调频信号的调频斜率由发射信号的波长、目标与雷达的距离及载机的速度决定。对此线性调频信号进行匹配滤波，及脉冲压缩处理，就可以获得比真实天线波束窄得多的方位分辨率。因此在SAR信号处理中，经常有纵向压缩、横向压缩的说法。（4）从光学全息照相的角度。如果将线性调频信号作为合成孔径雷达的发射信号，则一个点目标的回波在记录胶片上将呈现Fresnel衍射图，这点和点目标的光学全息图很相似。因此可以用光学全息成像的步骤，来得到原目标的图像。这种与全息照相的相似性，启发了早期的研究者采用光学处理器来实现合成孔径雷达信号处理。以上几种说明虽然从不同的角度出发来说明合成孔径的

7、概念，但都揭示了合成孔径雷达的本质特征，从而为深入理解合成孔径雷达的概念指明了方向。1.2 合成孔径雷达的分类一般情况下合成孔径雷达根据雷达载体的不同，可分为星载SAR，机载SAR和无人机载SAR等类型。根据SAR视角不同，可以分为正侧视、斜视和前视等模式。根据SAR工作的不同方式，又可以分为条带式(Stripmap SAR)，聚束式(Spotlight SAR)，扫描式(Scan SAR)等(如图1.1所示)。它们在技术上各具特点，应用上相辅相成。目前世界上能够使用的星载和机载SAR系统共有28个。其中处于使用状态的星载SAR系统共有5个。而处于使用状态的机载SAR系统有23个。多数系统具有

8、多种极化方式。最大分辨力3030cm。最大传输数据率100M字节/秒。1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点（1）二维高分辨力。（2）分辨力与波长，载体的飞行高度，雷达的作用距离无关。（3）强透射性：不受气候、昼夜等因素影响，具有全天候成像优点；如果选择合适的雷达波长，还能够透过一定的遮蔽物。（4）包括多种散射信息：不同的目标，往往具有不同的介电常数、表面粗糙度等物理和化学特性，它们对微波的不同频率、透射角、及极化方式将呈现不同的散射特性和不同的穿透力，这一性质为目标分类及识别提供了极为有效的新途径。（5）多功能多用途：例如采用并行轨道或者一定基线长度的双天线，可以获得包括地面高度信息在内的三维

9、高分辨图像。（6）多极化，多波段，多工作模式。（7）实现合成孔径原理，需要复杂的信号处理过程和设备。（8）与一般相干成像类似，SAR图像具有相干斑效应，影响图像质量，需要用多视平滑技术减轻其有害影响。2 合成孔径雷达的发展历史2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状雷达诞生于二战中，从雷达诞生起，就与国防密切不可分，战场上希望在雷达屏幕上能看到目标的真实图像，而不仅是一个亮点。五十多年来人们一直在寻找提高分辨率的方法，由于信息论在雷达信号处理领域中的应用和高速数字处理器件的出现。以及现代信号处理的不断发展，导致了高分辨成像雷达的诞生与发展。这使得人们能够在雷达屏幕上看到了目标的图像。成像雷达的

10、出现使雷达具有了对运动目标、地面目标进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力。它对国防现代化建设具有十分重要的意义。成像雷达技术越来越受到重视，发展迅速。现在不仅有各种实孔径成像雷达，而且有各种机载的、星载的和航天飞机载的用于不同目的合成孔径雷达，并且还出现了逆合成孔径雷达和干涉成像雷达。合成孔径雷达是一有源系统，主动向目标发射电磁波，利用接收到的目标回波的信号经处理后成像。因此合成孔径雷达具有全天时全天候工作能力。合成孔径雷达的思想首先是在1951年6月由美国Goodyear航空公司的Carl Wiley在“用相干移动雷达信号频率分析来获得高的角分辨率”的报告中提出的。

11、报告中提出了将多普勒频率分析应用于相干移动雷达，通过频率分析可以改善雷达的角分辨率，即“多普勒波束锐化”的思想；同时，证明了移动雷达的角分辨率因回波信号中多普勒频率的结构有可能提高，回波信号的瞬时多普勒频移与被测目标沿航迹方向的位置之间存在着一一对应的关系，回波信号的多普勒带宽与波束带宽有关，最窄的角波束发生在垂直于雷达平台速度矢量的侧方。同年，美国Illinois大学控制系统实验室的一个研究小组在C.W. Sherwin的领导下开始对SAR的研究，当时采用的是非相干雷达，发射波束宽度为4.13 度，经过孔径综合后波束宽度变为0.4度。他们证实了“多普勒波束锐化”的概念，从而在理论上证明了SA

12、R原理，而且于1953年7月成功地研制了第一部X波段相干雷达系统，首次获得了第一批非聚焦SAR图像数据，为以后的聚焦型SAR的研究奠定了基础。1953年夏，在美国Michigan大学举办的研讨会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线合成为大尺寸的线性天线阵列的概念，即没有必要象真实天线那样在各个位置连续发射和接收，可先在第一阵元位置发收，再在第二阵元位置发收，依次操作并将接收到的回波信号全部储存起来，等最后一个阵元位置发收完毕后将所储存的全部回波信号进行叠加，其效果类似于长线阵天线连续发射和接收(其实，只需用一小天线沿此长线阵轨迹方向前进并发射和接收相干回波信号，对所记录下的接收信号

13、进行适当处理，即可获得一条合成孔径天线的方位向高分辨率)，进而推导出SAR的聚焦和非聚焦工作模式；并在1957年8月成功研制出第一个聚焦式光学处理机载合成孔径雷达系统，获得了第一幅全聚焦SAR图像，从此SAR技术进入实用性阶段。 六十年代中期，借助于模拟电子处理器的非实时成像处理，SAR光学处理技术得到进一步完善，同时开展了多频多极化SAR应用技术的研究；六十年代末，Michigan环境研究院成功地研制出第一个民用双频双极化机载SAR系统，主要用于北极海洋成像，同时，使用数字电子处理器进行非实时成像处理。 七十年代，随着电子技术，尤其是VLSI C Very Large Scale IC，超大

14、规模集成电路)技术的飞速发展，SAR的数字成像处理成为必然趋势。七十年代初期，首先使用了高速数字信号处理器进行实时成像处理；七十年代后期，己开始将合成孔径雷达安装在卫星上对地球进行大面积成像。1978年，美国成功地发射了SEASAT-A卫星，采用L波段、水平极化方式。从此开创了星载合成孔径雷达应用技术研究的历史。八十年代，美国又成功地研制了一系列多频、多极化、多入射角机载SAR。其它一些国家也先后开展了机载SAR技术的研究。美国于1981年11月和1984年10月分别发射了“航天飞机成像雷达”之一SIR-A和之二SIR-B，1994年发射了SIR-C/X-SAR；前苏联也于1991年3月发射了

15、Almaz-1星载SAR；欧空局于1991年7月发射了ERS-1；日本于1992年2月发射了JERS-1；1995年初，加拿大发射了星载合成孔径雷达Radarsat。目前，国外的机载SAR主要有：美国的AN/APD-10, ERIMX/SIR, ERIM/CCRS，德国的E-SAR；丹麦SAR系列等。已发射的星载SAR主要有：美国的SEASAT-A, SIR-A, SIR-B, SIR-C及“曲棍球”雷达成像卫星；欧洲空间局的ERS-1，日本JERS-1，加拿大的RADARSAT等。即将发射的EOS SAR，作为研究全球变化的多平台EOS ( Earth Observation Satelli

16、tes)的一个重要组成部分，具有以下优点：三个波段(L, C, X)，多极化(于L波段，四种极化方式；于c, x波段，两种极化方式)，可变分辨率，可变测绘带宽(30500km )，可变入射角(150-500)，长工作寿命(15年)等，EOS SAR代表着未来星载合成孔径雷达的发展方向。2.1.1 合成孔径雷达发展历程表1951年6月美国古德依尔宇航公司的威利首先提出最初的频率分析的方法改善雷达的角分辨力，他将其称为多谱勒波束锐化。与此同时，伊里诺斯大学控制系统实验室的一个研究小组采用相干机载侧视面雷达数据，研究运动目标检测技术。1952年，C. W. Shervin第一次提出了采用相位校正的全

17、聚焦阵列概念，另外他还提出了运动补偿概念。正是这些新思想最终导致了X波段相干雷达的研制。1953年获得第一幅SAR图像。1957年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的SAR系统获得第一张全聚焦的SAR图像。1958年，美国密执安大学(University of Michigan)的雷达和光学实验室在L. J. Cutrona的领导下，用他们研制的雷达进行飞行试验，用光学相关器件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。在1967年Greenberg首先提出在卫星上安装SAR的设想。由于卫星飞行高度高测绘带宽，可以大面积成像等优点，科学家开始着手进行航天飞机、卫星等作为载体的空载SAR的研究，并取得

18、了巨大进展。直到60年代末、70年代初，美国宇航局NASA主持了一些民用SAR系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所(Environmental Research Institute of Michigan, ERIM)和喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)。20世纪70年代美国密歇根环境研究所（ERMI）和国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）研制出1.25GHz和9GHz多极化合成孔径雷达。1972年JPL进行了L波段星载SAR的机载校飞。1975年，NASA将SAR作为Seasat任务的一部分。由于SAR在Seasat任务中的突出表现，使得星

19、载SAR得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。1978年5月美国宇航局(NASA)成功地发射了全球第一颗装载了空间合成孔径雷达的人造地球卫星(Seasat-a) ，对地球表面1亿平方公里的面积进行了测绘。 Seasat卫星的高度约800公里，工作波段为L波段，测绘带宽为100公里。Seasat卫星具有很大的全球覆盖率，转发了不同地形特征的SAR数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引起了科学家们的极大重视。标志着星载SAR己成功进入了太空时代。1981年11月12日美国“哥伦比亚”号航天飞机搭载SIR-A顺利升空。雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道，显示了SAR具有穿透地表的

20、能力，引起国际科技界的震动。1984年10月5日美国进行了“挑战者”号航天飞机搭载SIR-B的实验。SIR-A和SIR-B都源于SEASAT-A，都工作于L波段。其中SIR-A于1981年11月发射，轨道高度为252公里，分辨率为37米，而SIR-B于1984年7月发射，轨道高度为250-326公里，倾角为570，测绘带宽为50公里，分辨率为35米。与SIR-A的主要不同点在于SIR-B的波束俯视角可变，而且SIR-B可采用光学和数字两种方式记录和处理图像，比SEASAT的非实时数字处理的成像速度要快。1987年7月原苏联发射的“COSMOS-1870”卫星上配备了一部分辨率为25米的S波段A

21、LMAZ- ISAR系统。该雷达的特点是天线双侧视，运行时间长达2年，是第一部长期运行的空间合成孔径雷达。主要对人类无法进入的地区进行雷达成像测绘，监测海洋表面污染，鉴别海冰和对厚冰区的舰船进行导航等。美国NASAIJPL实验室于1988年研制的AIR SAR，功能齐全，有P, L, C三个波段。具有全极化能力，能同时产生12个数据通道的分辨率为1010米的SAR图像。1988年12月2日，美国航天飞机“亚特兰蒂斯”号将“长曲棍球（Lacrosse）”军事侦察卫星送入预定轨道，这是世界上第一颗高分辨率雷达成像卫星。它可以全天候、全天时监视前苏联装甲部队的活动，分辨率以达到1米左右。1989年N

22、ASA开展了一项星球雷达任务Magellan雷达观测金星计划，将SAR拓展到研究其他星球的重要工具之一。德国宇航局于80年代中期开发机载合成孔径雷达，并于1988年和1989年先后研制成功线性极化C波段和X波段SAR系统，1990年又扩展到L波段。该雷达系统具有全极化方式，分辨率为2.44米，测绘带宽为4公里，投射角为200270。丹麦于1989年研制成功C波段机载合成孔径雷达，该系统具有灵活的性能指标，其分辨率、测绘带宽、和成像几何布局均可调节。测绘带宽分别为12、24、48公里，距离向和方位分辨率分别为2、4、8米，最大作用距离为80公里，该系统的性能指标接近于美国的J-STARS。从九十

23、年代起，对能够提供三维信息的干涉式SAR的研究引起了世界各国的格外关注，成为SAR技术发展的新热点。1990年8月美国又成功地发射了“麦哲伦号”太空飞船，装备有SAR系统以用于对金星表面进行成像研究；同时在机载SAR方面，美国仍处于领先地位。在美国发展SAR技术的同时，前苏联、欧空局及日本也相继发射了星载SAR卫星，其中ERS-1和ERS-2就是欧空局成员国共同研制的，具有全系统校准能力，提高了图像质量。1991年3月8日，NASA发射长曲棍球-2。1991年3月31日COSMOS-1870的改进型ALMAZ-1由前苏联发射上天，搭载S波段SAR。1991年7月1日，欧空局发射了ERS-1空间

24、合成孔径雷达，运行3年，该雷达系统采用准极地轨道，平均高度为785公里。测绘带宽为100公里，分辨率为30米，工作于C波段，垂直极化方式，该系统的最大特点在于实现了平台姿态的动态控制。根据ERS-1的特性，可获得大量的星载SAR三维成像试验的数据，许多科学家利用ERS-1的数据进行三维SAR成像研究，得到了较为满意的结果。它可提供全球气候变化情况，并对近海水域和陆地进行观测。1991年3月前苏联发射了ALMAZ- II合成孔径雷达，其轨道高度为300公里，投射角可变，范围为300600 。双侧视，每侧的测绘带宽为350公里，分辨率为1530米，工作于S波段，水平极化方式。1992年2月，日本发

25、射了JERS-A空间合成孔径雷达，L波段，运行2年，轨道高度为568公里，投射角为38.50。测绘带宽为75公里，分辨率为1824米，工作于L波段，水平极化。1993年9月，美国宇航局航天飞机成像雷达SIR-C/X-SAR发射成功，该雷达是全世界第一部多波段(L,C, X波段)、多极化、多投射角空间合成孔径雷达。轨道高度为250-325公里，投射角在170630范围内可变，测绘带可在15 90公里范围内可变，分辨率为25米。其中SIR-C工作于L, C波段，有4种极化方式，X-SAR工作于X波段，只有一种(VV)极化方式。采用多波段工作可以研究地物对不同频率的响应，以此来区分和鉴别地物目标。1

26、994年NASA、DLR（德国空间局）和ASI（意大利空间局）共同进行了航天飞机成像雷达飞行任务SIR-C/X-SAR，分别在1994年4月9日到20日和9月30日到10月11日进行了两次飞行。SIR-C由NASA负责完成，是一部双频（L波段、C波段）全极化雷达。X-SAR由DLR和ASI共同建造，为单频X波段，单极化VV雷达。SIR-C/X-SAR首次实现了利用多频、多极化雷达信号从空中对地球进行观测，SIR-C图像数据有助于人们深入理解现象背后的物理机理，深入开展植被、土壤湿度、海洋动力学、火山活动、土壤侵蚀和沙化等多项科学研究工作。1995年4月21日年ERS-2发射升空。1995年11

27、月4日加拿大成功发射了其第一颗资源调查卫星RADARSAT-1，轨道高度800公里，投射角为100600。测绘带宽为45500公里，分辨率为10100米，工作于C波段，水平极化方式。该星为商业应用和科学研究提供全球冰情、海洋和地球资源数据。1996年NASA开展了第二项星球雷达任务观测土星的Cassini任务，用于开展观测Titan表面的物理状态、地形和组成成分等多项任务，进而推测其内部构造。1997年10月24日，NASA发射长曲棍球-3。2000年2月11日NASA和NIMA（美国国家测绘局）联合进行了为期11天的航天飞机地形测绘任务（SRTM）。采用60米长的可展开天线杆进行干涉测量。2

28、000年8月17日，NASA发射长曲棍球-4。2002年3月1日，ESA发射Envisat卫星，搭载ASAR。2005年4月30日，NASA发射长曲棍球-5。2006年1月24日，日本发射ALOS，搭载PALSAR。目前，一些发达国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间雷达卫星。如欧洲空间局预计发射的ASAR是到目前为止正在研制的最先进的星载SAR；美国下一个计划是发射SIR-D，预计2005年将研制成功，投入实用，它将是多频段(可能有4个)、多极化的星载成像雷达。目前合成孔径雷达分辨率己经达到0.lm 数量级。纵观国外空间SAR的发展过程，可以看出随着科学技术的不断进步，SA

29、R的水平和功能也在不断提高。可以相信，科学家们将不断地挖掘SAR的技术潜力，为人类的需要服务。2.1.2 世界各国的SAR系统 详情请参照研学论坛中“世界星载SAR发展综述.rar”。2.2 我国的发展概况目前，SAR发展水平的高低己经成为衡量一个国家军事力量与综合国力水平的标志之一，其发展受到各国越来越多的重视。根据我国的迫切需要和国际上SAR技术发展趋势，我国还安排了高分辨率机载SAR系统、部署了SAR定标技术、SAR干涉技术等一系列前沿课题和相关的应用研究。70年代中期，中国科学院电子学研究所率先开展了SAR技术的研究。1979年取得突破，研制成功了机载SAR原理样机，获得我国第一批雷达

30、图像。目前机载SAR系统已成为我国民用遥感的有效工具，近年来多次在我国洪涝监测中发挥了重要作用。自80年代末，国家863计划部署了发展SAR及相关技术的一系列课题，其中中国雷达卫星一号列为863计划重大项目，由中科院电子所、电子科技大学、航天总公司五院和北京航空航天大学联合攻关，将于最近发射升空。中国科学院空间科学与应用研究中心开展了微波遥感系统与机理、空间微波遥感技术与遥感器、遥感信息的传输和相关应用技术研究。先后建立了陆基、机载及星载主动、被动微波遥感器。主要包括:雷达高度计、微波散射计和辐射计。并己应用于地质、农业、海洋等领域研究中。另外，电子科技集团公司第14所，38所以及航天607所

31、等单位在开展机载，星载SAR的成像以及信号处理方面的研究。2.2.1 我国SAR研究历程表1976年开始了SAR的研究工作；1979年电子所成功地研制出机载SAR模样机，并获得我国第一幅合成孔径雷达图像，图象的距离分辨率为180米，方位分辨率为30米，采用光学记录、光学成像；1980年12月，第二台改进SAR系统进行了实验，发射峰值功率提高到10KW，采用了脉冲压缩技术，并增加了天线稳定伺服平台和运动补偿电路，分辨率提高到1515米；1983年成功研制出单通道、单极化(HH)和单侧视机载SAR系统，采用声表面波器件进行距离向脉冲展宽与压缩，并增加了地速补偿与惯导系统。首次实现连续大面积成象；1

32、986年进而实现了机载SAR回波信号的非实时数字成像处理；1987年，我国“863”计划正式提出了星载SAR的研究任务，这标志着我国在空间成像领域迈出了具有重大意义的一步。1987年电子所研制成功多条带、多极化机载合成孔径雷达系统，雷达工作在X波段，可以从HH、VV、HV、VH四种极化形式中任选一种工作，具有双侧视功能，图象分辨率为10米10米，采用光学记录、光学成像。1990年成功研制出“机载SAR实时数据传输系统”；1994年成功研制出X波段、多极化、多通道、数字成像处理分辨率为10米的机载SAR系统及其“机载SAR实时数字成像处理器”系统，系统吞吐量在载机最大飞行速度时达到1帧/3min

33、，每帧图像35km35km。并获得我国第一批机载SAR实时数字成像处理图像；2000年成功研制出2.5米分辨率机载SAR及其实时数字成像处理器系统，它标志着我国机载SAR及其数字成像处理技术应用研究己达到目前国际同类产品的先进水平。在机载SAR方面，我国于1979年9月获得了第一张机载SAR图像，该雷达系统工作在X波段，飞行高度为60007000米，测绘带宽为9公里，最大作用距离为24公里，分辨率为18030米，没有采用脉冲压缩技术。 在星载SAR方面，1987年我国“863”计划正式提出了星载SAR的研究任务，这标志着我国在空间成像领域迈出了重要一步。中科院电子所自1988年就开始了相关的总

34、体设计和论证工作；1990年完成了单极化星载SAR系统可行性论证；1993年完成了“星载SAR工程样机方案”，1995年通过了样机设计评审；1997年完成了工程样机的研制，55米分辨率，数字记录，数字成像。经过多年的努力，电子科技大学雷达成像实验室在SAR成像算法，SAR平台运动补偿，SAR运动目标监测和SAR成像并行算法研究等方面取得了很大发展。干涉合成孔径雷达(INSAR:Interferometric SAR)技术，也就是三维SAR成像处理技术则是国际上近年兴起的一种高新技术，是SAR领域的研究热点之一。目前，正在开展双频、多极化机载SAR和星载SAR的研制工作。下图为我国自行研制的SA

35、R系统拍摄的图像。2.2.2 国内各单位的研究现状2.2.2.1 电子科技大学电子科技大学雷达成像研究室近几年一直在进行星载InSAR三维成像的研究，并承担了国防科工委的“9609”工程项目中的“三维SAR成像处理技术研究”。电子科技大学与电子部第38研究所在“八五”期间共同承担了重点军事预研项目“机载远程战场侦察雷达关键技术”的课题，电子科技大学主要负责信号处理的任务，并于1995年研制成功全数字机载SAR实时信号处理机。该研究成果于1995年11月参加了“八五科技成果展”，并于1996年3月通过了电子工业部主持的鉴定。2.2.2.2 中科院电子所70年代后期，中国科学院电子研究所开展了机载

36、SAR的研究工作，在1983年得到了光学处理的地形图像，并在后来的工作中对机载SAR系统和信号处理作了进一步改进和改善。另外，航天工业总公司607所、电子科技集团公司第14所、电子科技集团公司第38所研制的机载SAR也获得了初步成功。近年来中国科学院电子研究所和航天工业总公司分别组织力量正在从事星载SAR系统的研究和研制；国内的一些高校和研究所也一直在开展星载SAR的信号处理方面的研究，并取得了一批研究成果。自80年代末，国家863计划部署了发展SAR及相关技术的一系列课题，其中“星载SAR模样机研制”列为863计划重大项目，安排中科院电子所为总体单位，航天总公司五院504所、501所和电子部

37、14所参加，承担大型有源天线研制工作。1998年夏顺利通过了验收，在经过星载SAR关键技术攻关后，最近中国雷达卫星一号已批准列入型号任务。自“八五”“九五”以来，根据国家的迫切需要和国际上SAR技术发展趋势，我国还安排了雷达及其SAR成像处理技术相配套的工程任务，其中包括机载高分辨雷达系统，部署了SAR定标技术、SAR干涉技术等一系列前沿课题和相关的应用研究。2.2.2.3 国防科技大学 国防科学技术大学电子科学与工程学院承担了“十五”国防预研项目“无人机载超宽带合成孔径雷达技术”，以穿透叶簇对隐蔽目标高分辨成像探测为应用背景。本课题来源于该项目中的子项目“SAR信息处理技术研究”，其内容涉及

38、在所构建的信息处理平台上进行运动补偿、射频千扰抑制、成像、目标检测、图像校准等处理，同时具备为开展广泛的信息处理算法研究提供有效的计算环境。经过课题组不懈努力，现已构筑了性能优良的超宽带SAR信息处理系统，并己实用于机载超宽带SAR飞行试验中，信息处理效果良好。2.2.2.4 西安电子科技大学西安电子科技大学电子对抗研究所一直从事SAR与ISAR的信号处理研究，实现并改进了各种数字成像算法。3 合成孔径雷达的应用SAR自五十年代问世以来，首先在军事侦察方面获得了广泛应用和发展。如在1991年海湾战争中，美国联合监视和目标攻击雷达系统(Joint-Stars)中的高分辨率机载SAR与“长曲棍球”

39、(Lacrosse)星载SAR系统相配合，完全覆盖了海湾和地中海地区，有效地保障了战前的准备和战争爆发后战场情报的需要，在战争中始终处于主动地位。星载合成孔径雷达是集航天技术、电子技术、信息技术等为一体的高科技装备，在现代战争中有极大的应用价值。星载合成孔径雷达特别是军用星载合成孔径雷达系统，具有很高的空间分辨率(1-3米，或更高)、很宽的可观测带宽(1000千米以上)和即时测绘带宽(50-100千米)等突出优点；它不会受到云雾和日照的限制。多颗合成孔径雷达卫星和光学卫星组网构成的图象情报获取系统，既可以对国军事目标进行长期的、大范围战略侦察和军事测绘，又可以根据未来战争的发展，对局部战场进行

40、高分辨率、高重复性的战术侦察和打击效果评估等。例如在海湾战争中美国利用其“长曲棍球”雷达卫星，不仅能够侦察到伊军的装甲部队，而且可以侦察到隐蔽在树林中的机动导弹部队，并多次发现伊军隐藏在干沙地表下的重要军事设施。又例如在美国国家航天局、国家图象地图局、国防部，以及德国和意大利航天局共同支持下，2000年2月美国“奋进号”航天飞机上搭载的SIR-C/X合成孔径雷达利用相距60米的两部天线，精确地完成了全部地球表面的三维地形测绘。合成孔径雷达在军事领域的主要应用： 战略应用全天候全球战略侦察，全天候海洋军事动态监视，战略导弹终端要点防御的目标识别与拦截，战略导弹多弹头分导自动导引，轨道平台开口的识

41、别与拦截，对战略地下军事设施的探测。 战术应用全天候重点战区军事去态监视，大型坦克群的成像监视，反坦克雷场的探测。 特种应用强杂波背景下的目标识别，低空与超低空目标的探测与跟踪，精密测向与测高，隐形目标散射特性的静态和动态测量等。 在民用方面，由于SAR图像主要反映了目标物的两类特性，一是目标物的几何结构特性，即目标的表而粗糙度，几何结构，分布方向、方位；一是目标物的介电特性，与目标物的含水量有很大的相关性，因此，使合成孔径雷达在农业、林业、水文、地质、海洋、洪水检测、测绘、减灾防灾等很多方面都有广泛的应用。在地质和矿物质资源勘探方面。SAR用来普查地质结构，研究地质、岩石及矿物分布。在地形测

42、绘和制图学方面，SAR可用来测绘大面积地形图，对常年被浓雾和云层覆盖的区域尤其有效。在海洋运用方面，它可用来研究大面积海浪特性、海洋冰分布、海洋污染，测绘海洋图，监视海藻生长等。在水资源方面，它可用来测定土壤湿度，估定降雨量，研究湖泊冰覆盖、地面雪覆盖等情况。在农业和林业，它可用于鉴别农作物，研究农作物生长状态，估计农业产量，研究自然植被分布、森林覆盖、森林生长状态，估计森林灾情等。在天文学方面，SAR已获取近70%的金星(Venus)表面图象，相信它将成为研究象金星和土卫六(Titan)这样常年被云层覆盖的星体的有效工具。总之，SAR在发展国民经济、科学研究和军事技术等方面起到了极为重要的作

43、用。4 合成孔径雷达的发展趋势随着科学技术的发展，SAR技术正朝着能够为人们提供更广、更丰富的目标信息的方向发展。未来SAR技术发展的趋势主要有：高分辨率和超高分辨率成像；多波段，多极化，可变视角和多模式；能够产生目标三维图像的干涉SAR；动目标成像；实时SAR成像处理器。其中追求更高分辨率成像是SAR技术发展的核心。2000年2月，美国奋进号航大飞机顺利地实现了全球范围内的高精度三维成像，在全世界引起了小小的震动。当前一些发达国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间雷达卫星。如欧洲空间局预计发射的ASAR是到目前为止正在研制的最先进的星载SAR；美国下一个计划是发射Sir一D

44、，它将是多频段(可能有4个)、多极化的星载成像雷达。另外，美国目前正在进行“发现者二号”天基雷达的研究。纵观国外空间SAR的发展过程，随着需求的扩增和科学技术的发展，合成孔径雷达技术主要向以下几个方向发展： （1）未来的星载SAR将越来越多地使用多频段、多极化、可变视角和可变波束的有源相控阵天线，且向着柔性可展开的轻型薄膜天线方向发展；（2）未来的星载SAR将进一步向着超高分辨率和多模式工作方向发展；（3）干涉式合成孔径雷达技术将获得进一步的发展；（4）动目标检测与动目标成像技术将取得新的突破；（5）星载SAR的小型化技术和星座对地观测技术将受到更大的重视；（6）星载SAR的校准技术，特别是极

45、化雷达、ScanSAR和InSAR校准技术将受到更大的重视和发展；（7）实时信号处理和先进的成像技术；（8）小卫星SAR和无人机SAR等。1996年3月，在德国的克尼希斯温特召开了第一次欧洲合成孔径雷达(USAR)会议。欧洲合成孔径雷达会议反映了合成孔径雷达技术当前发展的趋势，其中心问题是图象生成及评估。而现在，有朝着干涉测量合成孔径雷达方向发展的强劲趋势目前动目标检测和成象的兴趣正在迅速上升。美国已经投入巨额资金到新一代成像雷达的研制中，预计2005年将研制成功，投入实用。4.1 多参数SAR系统 SAR不同的极化方式能使被探测的地物具有不同的电磁响应，即具有不同的后向散射特性，地物层次变化

46、对比亦不相同。因此，采用多极化方式，可以显著改善信号和图像的详细性和可靠性，再加上在不同频段和不同的视角下对地观测，就可以完整地定量分析地面目标的雷达散射特性。正是如此，多参数SAR系统必将会越来越受到重视。 4.2 聚束SAR 聚束式工作模式，是指在SAR飞行过程中，通过调整天线波束的指向，使波束始终“聚焦”照射在同一目标区域。由于实行了“聚束”手段，增加了SAR在方位向的合成孔径时间，等效地增加了合成孔径的长度，根据SAR方位向的理论极限分辨率约为天线方位向尺寸的一半，由此可以提高SAR方位向的分辨率。显然，SAR以聚束模式工作时不能形成连续的地面观测带，但它获得的高方位分辨率在许多应用场

47、合是非常有价值的。因此，聚束SAR技术应当得到重视。美国密执安环境研究所（ERIM）与空军共同开发的聚束SAR数据采集系统，可以在几百米到几千米区域范围，获得距离和方位分辨率均达到1 m的高分辨率图像。ERIM与海军联合开发的P-3A SAR系统，方位分辨率达0.66 m。美国Norden公司研制的APG-76（V）雷达以聚束照射模式工作时，方位分辨率可以达到0.3 m。SAR实现聚束模式工作，需要解决几项关键技术：天线波束控制、运动补偿和高分辨率成像处理算法等。 4.3 极化干涉SAR（POLINSAR） 极化干涉SAR（Polarimetric SAR Interferometry）通过极

48、化和干涉信息的有效组合，可以同时提取观测对象的空间三维结构特征信息和散射信息，为微波定量遥感、 高精度数字高程信息和观测对象细微形变信息的提取提供了可能性。POLINSAR系统研制、数据处理技术和应用研究己成为国外SAR技术研究的热点。 1997年德国DLR的E-SAR机载L/P波段重复轨道全极化系统、1998年NASA/JPL TOPSAR和AIRSAR机载C波段单轨道极化干涉系统分别都得到了几组相干的全极化数据。最近，日本的JPiSAR机载X/L波段全极化、X波段垂直轨迹单轨道干涉系统也收集到了相应的数据。 2000年2月的SRTM计划是1994年NASA JPL实验室的SIR-C/X-SAR任务的延续，首次在航天飞机上实现了L、C波段双天线单航迹的全极化干涉。这次任务还对部分地区进行了重复航迹的观测，获取了全球80陆地覆盖的高精度全极化干涉数据。这些相同获得的大量全极化干涉数据，大大地推动了极化SAR干涉技术的研究。 经过几年的研究，POLI