（通信与信息系统专业论文）分布式卫星sar系统侧视阵列处理成像研究.pdf

摘要 合成孔径雷达是现代高新技术的产物，现已广泛应用于民用和军事领域， 带来了巨大的社会效益和经济效益。随着应用的需要，对s a r 的成像质量和应 用范围提出了更高的要求，要求s a r 不但能实现地面静止目标和运动目标的二 维高分辨力成像，而且还能实现三维成像。单星s a y 是通过将时间转换成空间 来获得高分辨力成像的，成像质量和应用范围都受到一定的限制，由群聚s a r 卫星构成的分布式卫星s a r 系统具有空间- 时间特性，两者的结合将会使分布式 卫星s a r 具有更多的功能和更高的图像质量。 本文的研究基于课题“分布式卫星s a r 系统侧视阵列处理成像研究”，主要 研究正侧视模式下利用分布式卫星s a r 系统构成的侧视阵列进行地面目标的二 维成像问题，本课题是“分布式卫星s a r 系统总体技术论证”的子课题。 这个方面的研究无论国内还是国外都才刚冈0 起步，因此本文的研究工作具有重 要意义。 分布式卫星s a r 系统是由多颗s a r 卫星组成的系统，当整个系统工作于正 侧视模式时，如果将每颗s a r 卫星视为一个传感器，则分布式卫星s a r 系统构 成一个侧视阵列。利用侧视阵列的回波数据具有空间一时间特性或空n - 频域特 性，通过侧视阵列处理成像，可提高地面静止目标的成像质量和实现运动目标 成像。本文对侧视阵列处理成像进行了深入研究，主要内容可归结到以下几点： 1 _ 距离徙动是星载s a r 成像中必然出现的现象，不同的成像算法有不同的距 离徙动校正方法。针对许多成像算法需在距离多普勒域校正距离徙动，本 文详细地分析了地球自转产生的距离徙动和方位波束斜视产生的距离徙动 在距离多普勒域的差异，以及距离徙动的时域和频域校正对成像质量的影 响，并对常用的星载s a r 成像算法进行了分析。 2 图像的空间相关系数与两个星载s a r 所成图像是否为同一地域的不同视角 图像有关，而图像的视相关系数关系到相干斑的抑制效果。针对分布式卫星 s a r 系统，本文详细地分析了图像的空间相关性和图像的视相关性，以及分 布式卫星s a r 中单星s a r 回波的特性，提出了利用回波的多普勒特性实现 单星s a r 成像的算法。 3 ，工作于正侧视模式的分布式卫星s a r 系统是侧视阵列系统，每个星载s a p 的回波信号具有空间时间特性。通过将空间和时间特性结合起来，基于侧 视阵列的数据为复图像，本文提出了侧视阵列的非相干处理、波束形成处理 以及波束形成与非相干处理相结合的成像算法，并就每种算法对成像的质量 的改善作了定性分析。 4 s a p 的距离分辨力和方位分辨力分别由距离向信号和方位向信号的带宽决 定，而距离向信号和方位向信号的带宽决定了回波谱的带宽，因而s a r 的 分辨力由回波谱带宽决定。针对侧视阵列中不同星载s a p , 具有不同的方位 向和距离向回波谱，本文详细地分析了方位回波谱和距离回波谱与方位和距 离分辨力的关系，提出了侧视阵列中通过方位回波谱拼提高方位分辨力，以 及通过距离回波谱拼接提高距离分辨力的算法。 5 当s a r 应用于运动目标成像时，杂波是影响运动目标检测和参数提取的关 键因素，运动目标的成像算法本质上就是杂波的抑制算法。本文详细地分析 了侧视阵列中地面目标回波的空间时间特性以及空间频域特性，基于侧 视阵列的数据为距离压缩后的数据，提出了利用侧视阵列中信号的空间一频 域特性迸行杂波抑制和运动目标检测，实现运动目标成像的算法。当目标 的运动速度较慢时，还提出了基于侧视阵列处理的慢速运动目标成像算法。 分布式卫星s a p 的研究属国际上的前沿领域，相信本文的研究工作对分布 式卫星s a r 的研究具有一定的参考和应用价值。 关建词：合成孔径雷达，侧视阵列处理，分布式卫星s a r 系统，运动目标成像。 a b s t r a c t s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ( s a p ) i st h ep r o d u c to fm o d e r nh i g hs c i e n c ea n d t e c h n o l o g y , i th a sb e e nw i d e l yu s e di nt h ea r e a so fm i l i t a r ya n dc i v i la n di th a s b r o u g h tg r e a tb e n e f i t si ne c o n o m i c sa n ds o c i e t y w i t ht h en e e do fa p p l i c a t i o n s ，p e o p l e d e s i r et on o to n l yg e tt h eh i g hr e s o l u t i o nt w o d i m e n s i o n a li m a g eo ft h eg r o u n d q u i e s c e n tt a r g e t sa n dm o v i n gt a r g e t s b u ta l s og e tt h et h e e ，d i m e n s i o n a li m a g e 1 1 1 e l l i 曲r e s o l u t i o ni so b t a i n e db yt u m i n gt i m e i n t o s p a t i a lp o s i t i o n i ni n d i v i d u a l s p a c e b o m es a p , , a sa r e s u l tt h ei m a g i n gq u a l i t ya n ds c o p eo fa p p l i c a t i o ni sd e f i n i t et o b er e s t r i c t e d t h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o m es a p s y s t e mi sc o n s t i t u t e db yt h ec l u s t e ro f s a rs a t e l l i t e ，i th a st h ea d v a n t a g et h a ti n f o r m a t i o no ft i m ea n ds p a c ei sc o l l e c t e da n d i tw i l lh a sm o r et h a ne v e rf u n c t i o n sa n df m ei m a g i n gq u a l i t yb ym a k i n gu s eo ft h e i n f o r m a t i o no ft i m ea n ds p a c e t h i sd i s s e r t a t i o nb a s e so nt h es u b j e c t “n l er e s e a r c ho ns i d e - l o o ka r r a y p r o c e s s i n gi m a g i n go ft h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a rs y s t e m ”，m o s t l yt or e s e a r c h t h et w o d i m e n s i o n a ls a ri m a g i n gb yt h es i d e l o o k a r m yp r o c e s s i n g o ft h e d i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a p , s y s t e m t h i ss u b j e c ti sb e l o n g i n gt ot h es u b j e c t “t h e g e n e r a lt e c h n o l o g ya r g u m e n t a t i o no f t h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a rs y s t e m ”t h e r e s e a r c ho nt h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a p , s y s t e mi sj u s tn o wi su n d e rw a yi n n a t i o n a la n di n t e r n a t i o n a l ，t h e r e f o r et h i sr e s e a r c hw o r k st a k eo nv i t a ls i g n i f i c a n c e t h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a p , s y s t e mi sm a k i n gu po fm u l t i p l es p a c e b o r n e s a r i ft h ei n d i v i d u a ls p a c e b o r n es a ri st r e a t i n g 鹊as e n s o r , t h ed i s t r i b u t e d s p a c e b o r n es a rs y s t e mc o n s t i t u t e s t h es i d e l o o ka r r a yo fs a rs e n s o r s t h e i n f o r m a t i o no fs p a c e - t i m eo rs p a c e f r e q u e n c yc a r lb eu s e dt op r o d u c es a ri m a g e r y w i t hf i n eq u a l i t ya n da c c o m p l i s ht h em o v i n gt a r g e ti m a g i n gb yt h es i d e l o o ka r r a y p r o c e s s i n go fe c h o e sd a t a n l i sd i s s e r t a t i o nd e e p l yr e s e a r c ho nt h es i d e l o o ka r r a y p r o c e s s i n gi m a g i n go fd i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a rs y s t e m ，a n dt h em a i nc o n t e n to f t h i sp a p e rc a nb ec o n c l u d e da sf o l l o w i n g ： 1 t h er a n g em i g r a t i o no ft h es p a c e b o m es a rs i g n a li si n e v i t a b l ep h e n o m e n a , t h ed i f f e r e n ts a p , i m a g i n ga l g o r i t h mt a k e s0 nt h ed i f f e r e n tc o - - o nw a y 2 4 a b o u tt h er a n g em i g r a t i o n b a s e do nt h er a n g em i g r a t i o no fr a n g e d o p p l e r ( r d ) d o m a i n , t h i sd i s s e r t a t i o nd e t a i l e da n a l y z e st h ed i f f e r e n c eo ft h er a n g e m i g r a t i o nb yt h ee a r t hr o t a t i o na n dt h eb e a ms q u i r ei nr dd o m a i n ，a n dt h e e f f e c to fr a n g em i g r a t i o nc o r r e c t i o ni nt i m e d o m a i na n df r e q u e n c y d o m a i n t oi m a g e r yq u a l i w , a n di n 口o d u c e sg e n e r a li m a g i n ga l g o r i t h mo fs p a c e b o m e s a r t h es p a t i a lc o r r e l a t i o nb e t w e e nt w os a ri m a g e r yi sr e l a t e dt ot h e ya r e w h e t h e rt h ei m a g e r yo ft h es s m et e r r a i n ，a n dt h a tt h el o o kc o r r e l a t i o ni s r e l a t i v ew i t l lt h es u p p r e s s i n go ft h es p e c k l e ，b a s e do nt h ed i s t r i b u t e d s p a c e b o m es a rs y s t e m ，t h i sd i s s e r t a t i o nt h o r o u g h l ya n a l y z e st h es p a t i a l c o r r e l a t i o na n dt h el o o k sc o r r e l a t i o nb e t w e e ns a r i m a g e r y ，a n dt h ed o p p l e r p a r a m e t e rc h a r a c t e r i s t i c o fe c h o e ss i g n a lo fd i s t r i b u t e ds p a c e b o m es a r s y s t e m i n d i v i d u a ls a ri m a g i n ga l g o r i t h r ni sp r o p o s e da i ma tt h ed o p p l e r p a r a m e t e r sc h a r a c t e r i s t i c so f d i s t r i b u t e ds p a c e b o m es a rs y s t e m t h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o m es a rs y s t e mi ns i d e l o o km o d e i tc o n s t i t u t e s t h es i d e l o o ks e n s o ra r r a y , t h ee c h o e ss i g n a lo fe a c hs p a c e b o m es a r p o s s e s s e st h ei n f o r m a t i o no fs p a c e t i m e b a s e d0 nt h ec o m p l e xi m a g eo ft h e s i d e l o o ka r r a y ，t h i sd i s s e r t a t i o np r o p o s e st h ei m a g i n ga l g o r i t h mo ft h e n o n c o h e r e n tp r o c e s s i n g ，t h eb e a m f o r m i n gp r o c e s s i n ga n dt h eb e a m f o r m i n g a n dt h en o n c o h e r e n tp r o c e s s i n gb ym a k i n gu s eo f t h ei n f o r m a t i o no f s p a c e - t i m eo ft h es i d e - - l o o ka r m y , a n dt a k et h e o r e t i c a l l ya n a l y s i sf o rs a r t m a g eq u a l i t yi m p r o v e m e n t 力掉s a p r e s o l u t i o no fr a n g ea n da z i m u t hi sd e t e r m i n e db yt h es i g n a l b a n d w i t h ，a n dt h eb a n d w i t ho fe c h os p e c t r u mi sd e t e r m i n e db yt h es i g n a l b a n d w i t h ，t h u st h er e s o l u t i o ni sd e t e r m i n e db yt h eb a n d w i t ho ft h ee c h o s p e c t r u m t h ed i s s e r t a t i o nd e t a i l e da n a l y z e st h er e l a t i o nb e t w e e nt h ee c h o s p e c t r u mo fr a n g e ，a z i m u t h a n dt h er e s o l u t i o no fr a n g e ，a z i m u t h ，a n d p r o p o s e si m p r o v i n gr e s o l u t i o na l g o r i t h mb ys h i f t i n gi nf r e q u e n c ya n di n p h a s et h es i g n a le c h os p e c t r u mw i t hr e s p e c tt ot h eo t h e ra n dt h e na d d i n gt h e t w o 5 w h e ns a ri sa p p l i e dt ot h em o v i n gt a r g e t si m a g i n g ，t h ec l u t t e ri st h ek e y f a c t o rt h a ta f f e c t st h em o v i n gt a r g e t sd e t e c t i o na n dt h ed o p p l e rp a r a m e t e r s p i c k u p ，a n d t h em o v i n gt a r g e t si m a g i n ga l g o r i t h m s e s s e n t i a l l ya r et h e c l u t t e rs u p p r e s s i o na l g o r i t h m s t h i sd i s s e r t a t i o nd e t a i l e da n a l y z e st h es p a t i a l a n dt i m ec h a r a c t e r i s t i co ft h es i d e l o o ka r r a ye c h o e ss i g n a l ，b a s e do nt h e s i d e - l o o ka r r a yd a t ao f r a n g ec o m p r e s s i o na n dm a k i n gu s eo ft h e i n f o r m a t i o no fs p a c e - f r e q u e n c yo ft h es i d e - l o o ka r r a ya n dt h es i d e - l o o k a r r a yp r o c e s s i n g ，p r o p o s e st h em o v i n gt a r g e t si m a g i n ga l g o r i t h mb yt h e c l u r e rs u p p r e s s i o na n dm o v i n gt a r g e td e t e c t i o n m e nt h em o v i n gt a r g e t s a r es l o w , b a s e do nt h es i d e - l o o ka r r a yp r o c e s s i n g ，i tp r o p o s e st h ea l g o r i t h m o ft h es l o wm o v i n gt a r g e t s t h er e s e a r c ho nt h ed i s t r i b u t e ds p a c e b o r n es a p s y s t e ms t a n df o rt h ei n t e r n a t i o n a l f o r e l a n da s p e c t s ，t h er e s e a r c hw o r k so nd i s t r i b u t e ds p a c e b o m es a p , s y s t e mw i l l h a v ed e f i n i t er e f e r e n c ea n d a p p l i c a t i o n sv a l u e k e yw o r d s ：s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ( s a r ) ，s i d e i o o ka r r a yp r o c e s s i n g ，d i s t r i b u t e d s p a c e b o m es a p s y s t e m ，m o v i n gt a r g e t si m a g i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的 说明并表示谢意。 签名：盈耻生一日期：沪埠f 月归 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘， 允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全 部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描 等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 签名【鲥 导师签名：哆哆茏 日期：却。2 年毕月上占日 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 第一章绪论 1 1 引言1 1 第二次世界大战以后，各种雷达新理论和新技术纷纷出现，合成孔径雷达 ( s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r , s a r ) 便是其中之一。 合成孔径的概念可以追溯到2 0 世纪五十年代初。l951 年6 月美国古德 依而宇航司( g o o d y e a ra e r o s p a c ec o ) 的威利( c a r lw i l e y ) 首先提出用频率分析 方法改善雷达的角分辨力，他将这种方法称为多普勒波束锐化，最初的研究目 的是提高制导雷达的角分辨力。与此同时，伊里诺斯大学( u n i v e r s i t yo f i l l i n o i s ) 控制系统实验室的一个研究小组在c w s h e r v i n 的领导下，采用相干机载侧视口 面雷达( s i d e l o o k i n ga p e r t u r er a d a r , s l a r ) 数据，研究运动目标检测技术。l 952 年，c w s h e r v i n 第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵列概念，另外他 还提出了运动补偿概念，这些新思想最终导致了x 一波段相干雷达的研制。19 5 8 年，美国密执安大学( u n i v e r s i t yo fm i c h i g a n ) 的雷达和光学实验室在 l j c u t r o n a 的领导下，利用他们研制的雷达进行了飞行试验，并用光学相关器件 将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。当时，sar 系统研制主要由美国 国防部( d e p a r t m e n t o f d e f e n c e ，d o d ) 资助，这方面的研究进展极少公开报道。 直到2 0 世纪6 0 年代末、7 0 年代初，美国宇航局n a s a 主持了一些民用s a r 系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所( e n i r o n m e n t a lr e s e a r c hi n s t i t u t e o f m i c h i g a n ，e r m ) 和喷气动力实验室( j e tp r o p u l s i o nl a b o r a t o r y , j p l ) 。1 9 7 5 年， n a s a 将s a r 作为s e a s a t 任务的一部分。由于s a r 在s e a s a t 任务中的突出表现， 使星载s a p , 的研究得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。与 星载s a r 相比，由于机载s a r 具有强实时性和分辨力高等特点，特别适合于战 术侦察，因而机载s a r 在国防领域也得到了迅速发展。 1 2s a r 成像的特点和应用 1 2 1s a r 成像的特点 早期的遥感仅限于光学遥感，随着现代科技的发展和认识的进步，遥感从 可见光发展到红外，进而到微波遥感。与光学遥感成像相比，s a r 成像具有显 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 著的特点： 1 强透射性 不受云雾、阴、雨等气候条件的限制，具有全天候成像的优点。如果选择 合适的雷达波长，还能够透过一定的遮蔽物。s a r 成像的这一特性在现代军事 领域得到广泛运用。 2 包含多种散射信息 由于不同的目标具有不同的介电常数、表面粗糙度等不同的物理化学特性， 它们对微波的不同频率、投射角和极化方式呈现不同的散射特性和不同的穿透 力。这些性质为目标分类识别提供了极为有效的新途径。 3 二维高分辨力 从现有的技术状况来看，一般军用系统的分辨力比民用系统至少要高一个 数量级。民用系统的分辨力约为1 0 米量级，而军用系统则要求达到米级甚至更 高。星载s a r 一般兼有军用和民用双重任务，图像细节在宏观上可与光学图像 相比拟。近年来，s a r 的分辨力越来越高，已有分辨力达到1 米的系统，大大 增加了s a r 的军事应用价值。随着军事应用需要的扩展，s a r 的分辨力必将进 一步提高。 4 三维成像 当采用并行轨道或者一定基线长度的双天线时，利用干涉技术和相位解模 糊技术，可以获得包括地面高度信息在内的三维高分辨图像。 1 2 2s a r 成像的应用 s a r 的特点决定了其应用的广泛性。从大的方面分类，s a r 的应用可分为 民用和军用两个方面。 1 民用方面 ( 1 )地质和矿产资源勘探方面。普查地质结构，研究地质分布和矿产分 布。 ( 2 ) 地形测绘和制图学方面。测绘大面积地形，测量山脉、河流、城市、 乡村、道路、桥梁等的位置和形状，研究城市变迁、湖泊分布及变 迁等。 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 ( 3 ) 海洋应用方面。研究大面积海浪特性，研究冰山分布、海洋变迁和 海洋污染等。 ( 4 ) 农业和林业方面。鉴别农作物，研究农作物生长状况并估计农业产 量，研究田地分界，研究自然植被分布、覆盖，研究森林生长状况， 发现森林火灾。 2 军用方面 ( 1 ) 战略应用方面。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，战略地下军事设施的探测。 ( 2 ) 战术应用方面。全天候重点战区军事动态监视，大型坦克群的成像 监视，反坦克雷场的探测。 ( 3 ) 特种应用方面。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、精密测向与测高等。 1 3 合成孔径雷达的发展概况 1 3 1 星载s a r 的发展概况 1 9 7 2 年4 月，美国n a s a 的喷气推进实验室( j p l ) 进行了机载l 波段s a r 的试验，获得了颇有希望的成果，引起了海洋学术界的兴趣，星载合成孔径雷 达被列入n a s a 海事卫星的“海卫1 ”( s e a s a t a ) 计划。 1 9 7 8 年6 月2 8 日“海卫1 ”卫星从范登堡基地发射，入轨1 0 天后星载s a r 系统首次起用。卫星飞行1 0 5 天后，由于电源系统短路，于1 9 7 8 年1 0 月1 0 日 终止飞行使命。在卫星飞行期间，星载s a r 系统共工作5 0 0 次，每次5 1 0 分钟， 获取的成像总面积为1 亿k m 2 ，首次获得了大范围高分辨力海域图，并显示了光 学遥感未观察到的特征。卫星运行虽然短促，但实现了距离和方位分辨力均为 2 5 m 的高质量对地观测图像，完成了微波雷达对海洋的全天候、全天时观测。 之后，于1 9 8 1 年和1 9 8 4 年利用哥伦比亚号和挑战者航天飞机分别成功地 发射了单频、单极化成像雷达s i r a 和s i r b 。由于s i r - a 雷达图像发现了撒 哈拉沙漠的地下古河道，引起了国际科技界的震动。1 9 8 8 年美国又用航天飞机 阿特兰斯发射了军用的“长曲棍球”( l a c r o s s e ) s a r 卫星，星载s a r 的分辨力 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 达到l m ，用于全天候全球侦察。1 9 9 1 年3 月“大力神”火箭从范登堡发射场发 射了“长曲棍球n ”s a r 卫星。 2 0 世纪7 0 年代后期，s a r 成像技术的研究引起国外的广泛关注。美国n a s a 从“海卫1 ”的图像研究提出，为了最大限度地改进图像质量，并解决电磁波与 地表相互作用方面的有关问题，需要多种频率和多极化方式进行比较，以找出 各种不同应用情况的最佳频率范围和极化。9 0 年代初期发射成功的 s i r c x s a p 航天飞机s a r 系统具有l 、c 和x 等三个波段，并具有可变入射 角、多极化和“聚柬模式”的能力，主要用于环境监测和资源勘探等方面。 前苏联第一颗s a r 卫星是莫斯科动力学院特别设计局研制的p o i y n s 。于 1 9 8 3 年6 月发射，用于金星探测。1 9 8 4 年1 月1 7 日发射了第二颗用于金星探 测的s a r 卫星一v e n u s 1 6 。继金星计划之后，前苏联一直致力于“钻石”计划 中s a p 卫星的研制和应用，于1 9 8 7 年7 月发射了第一颗钻石( 原型) 卫星 ( a l m a z ，即宇宙1 8 7 0 ) ，在轨工作2 年，采集了大量不同国家和地区以及海 洋的s a r 图像数据。1 9 9 0 年又发射了第二颗钻石卫星。前苏联和东欧国家合作 的“自然”计划用的s a r 称为“横墙i ”，己在“和平号”轨道站上搭载。此外， 9 9 2 年发射的“资源一f ”卫星也装载了与“横墙i ”相似的“横墙一i i ”s a r 。 2 0 世纪9 0 年代后，s a r 的发展迅猛，以德国、法国、意大利等1 2 个成员 国组成的欧洲空间局于1 9 9 1 年7 月利用阿里亚娜4 火箭发射了欧洲的地球资源 卫星( e r s 1 ) 。卫星采用法国s p o t - i 和s p o t - i i 卫星的m k 1 平台，装载了c 波段s a r ，获得了3 0 m 空间分辨力和1 0 0 k i n 观测带宽的高质量图像。1 9 9 5 年， 欧空局发射了性能类似的e r s 2 卫星。计划于2 0 0 0 年发射的欧空局地球遥感计 划e n v i s a t 一1 卫星采用了先进s a r ( a s a r ) ，与e r s 一1 和e r s 一2 ( 即a m l ) 相 比，它在覆盖范围、入射角范围、极化和工作方式等方面有其特色。它采用分 布式收发组件的有源相控阵天线，以及可编程的数字线性调频信号产生，接收 信号的分块自适应量化( b a q ) 和扫描s a r ( s c a n s a r ) 等技术。加拿大航天 局1 9 8 9 年开始研制加拿大的s a r 卫星( r a d a r s a t 1 ) ，1 9 9 5 年底发射成功，1 9 9 6 年4 月正式工作。与其它s a r 卫星不同，它首次采用了可变视角的s c a n s a r 工 作模式，以5 0 0 k i n 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。r a d a r s a t i 用于海水测绘，地质、地形、农业、林业、海洋、沿海地图的绘制等。目前加 拿大正在研制分辨力为3 m 的r a d a r s a t 一2 卫星。 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 日本于1 9 9 2 年发射了地球资源卫星j e r s 1 ，用于地质研究和资源勘测等方 面。j e r s 1 的主要有效载荷为l 波段、水平极化的s a r ，空间分辨力为1 8 m ， 观测带宽度7 5 k r n 。日本计划在2 0 0 3 年，采用h i i a 火箭发射第二颗s a r 卫星 ( a l o s ) ，将空间分辨力提高到小于1 0 m 。 从国外合成孔径雷达发展可以知道，s a r 提供了全天候、全天时对地观测 手段。随着星载s a r 的迅速发展，由于固定入射角对全球的重复观测周期长， 特有的全天候能力不能得到充分发挥，在r a d a r s a t 和s i r c 的设计中，以及即 将上天的e n v i s a t 1 的设计上都采用可变入射角，这代表了星载s a r 的道路。 目前各国正在发展适合小卫星的星载s a r ，1 9 9 1 年，美国密执安大学m e d s a t 卫星用于疟疾的早期报警和控制，它采用了“猝发”工作模式的l 波段s a r ， 运行在4 7 7 k m 的圆轨道上，每天覆盖地球2 次，分辨率7 5 m ，观测地域 2 5 0 k i n 5 0 k i n ，多极化( 衄，w ，h v ，v h ) 。 我国高技术研究发展计划( 简称“8 6 3 ”) 将“星载合成孔径雷达及其成像 处理技术”专题列入信息获取与处理技术主题( 简称3 0 8 主题) ，开创了国内研 究星载合成孔径雷达及其应用的新局面。由中国科学院电子学研究所，原航空 航天部5 0 1 部、5 0 4 部研究所、5 0 9 研究所，原电子工业部十四研究所，北京航 空航天大学，中国电子科技大学等单位开展了星载合成孔径雷达及其成像处理 的研究工作。由中国科学院遥感应用研究所组织国内有关单位开展了星载台成 孔径雷达的应用研究。经过十多年的努力，完成了星载合成孔径雷达样机的研 制和相关的成像处理研究，为我国发展星载合成孔径雷达奠定了枝术基础。国 内的这些研究机构在s a r 的研究中都有取得了相当大的成果理论水平基本上 与国际水平相当，但在实际上仍有一定的差距。 1 3 2 机载s a r 的发展概况 尽管机载s a r 的理论早于星载s a r ，但机载s a r 的成功却比星载s a r 迟。 机载平台比星载平台具有更大的扰动，这就带来了实现时的困难。机载s a r 的 出现主要源于军事需要，因为与星载s a r 相比，它具有更大的机动性、针对性 和更高的分辨力；并且相对来说，机载s a r 成像处理的数据量比星载s a r 小。 可做到实时处理，因此，在军事运用上，机载s a r 得到了世界各军事大国的高 度重视。 1 9 8 6 年，美国n a s u 膪l 开始研制一部机载s a p 系统，其目的是用于s a r 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 遥感领域新概念及技术的发展研究，同时还是一部实用系统。不幸的是，这部 以c v - 9 9 0 为平台的系统毁于一场大火。此后，在此基础上于1 9 8 8 年研制出一 部新的以n a s a d c 8 飞机为平台称作为a i r s a r 的系统。a i r s a r 是n a s j p l 为研制星载s a r 及航天飞机成像雷达新技术的实验装置，它为从航天飞机或卫 星雷达系统获取地球科学研究数据及分析的基础实验系统。a i r s a r 同时工作在 三个波段：c 波段( 5 6 c m ) ，l 波段( 2 5 c m ) 和p 波段( 6 8 c m ) 。它有三个工 作模式：极化模式( p o l s a r ) ，交叉轨道干涉测量( t o p s a r ) 模式及方位向 干涉测量( a l o n gt r a c ki n t e r f e r o m e t e r i cs a t ，a t i ) 模式。另外，位于美国新墨西 哥州的s a n d i a 国家实验室近年来研制了t w i n o t t e rs a r 样机系统。该样机系统 能够工作在4 个波段：k a 波段( 3 2 6 3 7 0 g h z ) ，k u 波段( 1 4 1 6 g h z ) ，x 波段( 7 0 l o 2 g h z ) ，及v h f t u h f 波段( 1 2 5 9 5 0 m i - i z ) 。s a r 系统以聚束 模式( s p l o t l i g h t ) 和条带制图模式( s t r i p m a p ) 实时生成高分辨力的雷达图像。 图像的形成是通过重叠子孔径的图像形成方式和相位梯度自动聚焦( p h a s e g r a d i e n ta u t o f o c h s ) 算法，并通过高精度的运动测量和补偿实现的。t w i n - o t t e r 飞 机为s a p 系统提供了灵活的低费用平台。s a r 样机设计适用性广，能够相当容 易地改变数百个参数，以适应新的试验需要。除此之外，美国研制的机载s a r 还有：i n t e r m a pt e c h n o l o g i e si n t 研制的s t a r 3 i 系统，休斯飞机制造公司研制的 低成本x 波段h i s a r 系统，n a s a j p l 与加利福尼亚州资源保护局和c a l g i s 公 司联合研制的g e o s a r 系统，以及密执安环境研究所研制的p 3s a r 系统。 德国d l r ( 宇航局) 研制的e s a r 系统，是一个装载在d o n i e rd o2 2 8 型 小型飞机上的多参数雷达系统。目前，该系统可工作在p 、l 、c 和x 波段，垂 直和水平极化方式可选。e s a r 的研制采用分阶段研制的策略。1 9 8 9 年公布了 第一张c 波段图像。1 9 9 4 年完成了p 波段( 中心频率4 5 0 m i - l z ) 的研制工作， 1 9 9 5 年实现了l 波段多极化的功能。1 9 9 6 年添加了s a r 干涉测量和极化测量 的新功能，d l r 还在此基础上努力开发研制s 波段s a r 系统。 俄罗斯研制的v e g a ms a r 系统，装载在t u 1 3 4 a 飞机上，共有4 c m 、 2 3 c m 、6 8 c m 及2 5 0 c m4 个工作波段，分辨力分别为5 x7 m 、8 1 0 m 、1 8 2 0 m 和2 5 3 0 m ，在4 c m 与6 8 c m 波段为单极化，2 3 c m 波段为全极化，2 5 0 c m 波段 为h h 、v v 极化，视角可变，工作带宽及信号形式各波段之间也有区别，是一 个很有特色的系统。 以色列b r i g h a my o u n g 大学研制的可装载在小型飞机上的体积小、重量轻、 6 电子科技大学博士论文2 0 0 2 年 费用低的y s a r 系统。该系统将被装载在4 个或6 个座位的飞机上，飞行高度 6 k m 使用较低的频率( 2 1 g h z ) 。在飞行测试中获得有效分辨力为o 8 x 0 8 m ， 并将此系统用于考古研究中。 丹麦自1 9 8 6 年起开始研制高分辨c 波段e m i s a r 系统，1 9 9 3 年后期具备 了全极化能力，1 9 9 5 年早期完成了l 波段s a r 的校准工作，并从1 9 9 5 年夏季 开始使这个双波段s a p , 系统用于科学研究。e m i s a r 是一个高分辨力( 2 2 m ) ， 全极化，双波段( l 和c 波段) 的雷达系统。它装载在g u l f s t r e a m g 3 喷气式飞 机上。