SAR雷達

雷達衛星是載有合成孔徑雷達（SAR）的對地觀測遙感衛星的統稱。儘管迄今為止，已在一些發射的衛星上攜有SAR，如Seasat SAR, Almaz SAR, JERS-1 SAR, ERS-1/2 SAR, 與它們搭載在同一遙感平台上還裝載著其他感測器。而 1995年11月發射的加拿大雷達衛星（Radarsat）則是一個兼顧商用及科學試驗用途的雷達系統，其主要探測目標為海冰，同時還考慮到陸地成像，以便應用於農業、地質等領域。該系統有5種波束工作模式，即：

（1）標準波束模式，入射角20°～49° ，成像寬度100公里，距離及方位解析度為25米x28米；

（2）寬輻射波束，入射角20°～40° ，成像寬度及空間解析度分別為150公里和28米x35米；

（3）高解析度波束，三種參數依此為37°～48° ，45公里及10米x10米；

（4）掃描雷達波束，該模式具有對全球快速成像能力，成像寬度大（300公里或500公里），解析度較低（50米x50米或100米x100米），入射角為20°～49°；

（5）試驗波束，該模式最大特點為入射角大，且變化幅度小49°～59° ，成像寬度及解析度分別為75公里及28米x 30米。

Radarsat SAR有以下三個特點：

（1）具有45公里，75公里，100公里，150公里， 300公里和500公里的不同輻射寬度成像能力；

（2）分別為11.6MHz，17.3MHz, 30.0 MHz雷達帶寬的選擇性操作使距離解析度可調；

（3）較強的數據處理能力。

SAR的全天候、全天時及能穿透一些地物的成像特點，顯示出它與光學遙感器相比的優越性。雷達遙感數據也在多學科領域中得到了廣泛的應用。星載雷達在90年代得到了迅猛的發展，特別是發展了極化雷達和干涉雷達技術。在太空梭成像雷達SIR-A、SIR-B和SIR-C/X-SAR成功地完成單波段、單極化和多波段、多極化成像飛行之後，正在計劃於1999年9月開展太空梭雷達地形測圖(SRTM)飛行。

在雷達衛星1號基礎上，加拿大在2001年發射的雷達衛星2號雷達將具有全極化測量能力；歐空局也將在1999年11月發射的Envisat-1衛星上裝載ASAR，有同極化和交叉極化兩種極化模式；2002年將發射的LightSAR 將為L波段多極化及具有干涉測量、掃描模式的實用化成像雷達。同年計劃發射的日本ALOS/PALSAR亦為多極化、多工作模式雷達系統。我國也將在未來的幾年內，發射自行研製的L波段雷達衛星。由此可見, 國際上星載雷達正在向新的方向發展，它們將為數字地球的發展提供豐富的數據源。SAR技術的空間應用，使其成為20世紀末最受歡迎的偵察儀器之一，對它的應用和發展還剛剛開始。SAR衛星在未來將有更加廣闊的發展和應用前景。

2002年3月1日, 歐空局的對地觀測衛星系列之一的ENVISAT衛星發射升空。該衛星是歐洲迄今建造的最大的環境衛星。星上載有10種探測設備，其中4種是ERS-1/2所載設備的改進型，所載最大設備是先進的合成孔徑雷達（ASAR），可生成海洋、海岸、極地冰冠和陸地的高質量圖象，為科學家提供更高解析度的圖象來研究海洋的變化。其他設備將提供更高精度的數據，用於研究地球大氣層及大氣密度。作為ERS-1/2合成孔徑雷達衛星的延續，Envisat-1數據主要用於監視環境，即對地球表面和大氣層進行連續的觀測，供製圖、資源勘查、氣象及災害判斷之用。其主要參數指標如下：

ALOS是日本的對地觀測衛星，日本地球觀測衛星計劃主要包括2個系列：大氣和海洋觀測系列以及陸地觀測系列。先進對地觀測衛星ALOS是JERS-1與ADEOS的後繼星，採用了先進的陸地觀測技術，能夠獲取全球高解析度陸地觀測數據，主要應用目標為測繪、區域環境觀測、災害監測、資源調查等領域。ALOS衛星載有三個感測器：全色遙感立體測繪儀（PRISM），主要用於數字高程測繪；先進可見光與近紅外輻射計－2（AVNIR－2），用於精確陸地觀測；相控陣型L波段合成孔徑雷達（PALSAR），用於全天時全天候陸地觀測。ALOS衛星採用了高速大容量數據處理技術與衛星精確定位和姿態控制技術，下為ALOS衛星的基本參數。

發射時間：2006.01.24

運載火箭：H-IIA

衛星質量：約4000KG

產生電量：7000W

設計壽命：3-5年

軌道：太陽同步，高度691.65KM，傾角98.16°

重複周期：46天

重訪時間：2天

數據速率：240MBPS(通過中繼星)120MBPS（直接下傳）

RADARSAT-2是一顆搭載C波段感測器的高解析度商用雷達衛星，由加拿大太空署與MDA公司合作，於2007年12月14日在哈薩克拜科努爾基地發射升空。衛星設計壽命7年而預計使用壽命可達12年，目前已投入運營。

RADARSAT-2具有3米高解析度成像能力，多種極化方式使用戶選擇更為靈活，根據指令進行左右視切換獲取圖像縮短了衛星的重訪周期，增加了立體數據的獲取能力。另外，衛星具有強大的數據存儲功能和高精度姿態測量及控制能力。

TerraSAR-X是固態有源相控陣的X波段合成孔徑雷達（SAR）衛星，解析度可高達1米。TerraSAR-X重訪周期為11天，然而由於具有電子光束控制機制，對地面任一點的重複觀測可達到4.5天，90%的地點可在2天內重訪。

3種成像方式：

高解析度聚束式（SpotLight）：1米解析度，覆蓋範圍5 x 10公里，具有可變的距離向解析度和景幅大小，幾何解析度高、入射角可選、多種極化方式。

條帶式（StripMap）：3米解析度，覆蓋範圍30 x 50公里，是SAR影像的基本拍攝模式，景幅框約30km,，長50 km，以入射角固定的波束沿飛行方向推掃成像，主要特點是幾何解析度高、覆蓋範圍較大、入射角可選，能生成雙極化和全極化數據。其數據產品加上精密軌道數據，也可以用於重複軌道干涉測量，並獲得觀測目標區域的數字高程模型。

掃描式（ScanSAR）：16米解析度，覆蓋範圍100 x 150公里，天線在成像時沿距離向掃描，使觀測範圍加寬，同時也將降低方位向解析度，可應用與大面積文理分析。天線高度隨著入射角的不同轉換掃描寬度，設計的ScanSAR成像模式掃描寬度為100 km，相當於4個連續的stripmap掃描寬度，這種模式的主要特點是，中等幾何解析度、覆蓋率高、能夠平行獲取多於4個掃描條帶的影像，入射角可選，可獲取單極化。

基礎影像數據

· SSC(Single Look Slant Range Complex) 單視斜距影像

· MGD(Multi Look Ground Range Detected) 多視地距影像

· GEC(Geocoded Ellipsoid Corrected)

· EEC(Enhanced Ellipsoid Corrected)

地理糾正數據:

· ORISAR 正射糾正影像

· RANSAR 輻射糾正影像

· MCSAR 鑲嵌影像

· OISAR 定向影像

· DMSAR 升降軌融合影像

高解析度雷達衛星COSMO-SkyMed是義大利航天局和義大利國防部共同研發的COSMO-SkyMed高解析度雷達衛星星座的第二顆衛星，該衛星星座共有四顆衛星，整個衛星星座的發射任務於2008年底前完成。2007年6月8日，美國“德爾它”－2火箭成功發射義大利COSMO-SkyMed 1衛星。該衛星由泰勒斯阿萊尼亞航天公司建造，是義大利國防部與航天局合作項目的首顆衛星。該項目被稱作COSMO-SkyMed星座，由4顆X波段合成孔徑雷達（SAR）衛星組成。

衛星特點

作為全球第一顆解析度高達1米的雷達衛星星座，COSMO-SkyMed系統將以全天候全天時對地觀測的能力、衛星星座特有的高重訪周期、1米高解析度

衛星用途

Cosmo-Skymed雷達衛星的解析度為1米，掃描帶寬為10公里，具有雷達干涉測量地形的能力。

技術參數

COSMO-SkyMed衛星的技術參數

軌道參數：

發射時間 2007年6月8日

軌道類型 近極地太陽同步

傾角 97.86°

每天圈數 14.8125圈/天

軌道周期 16天

偏心率 0.00118

近地點 90°

半長軸 7003.52千米

衛星高度 619.6mk

升交點時間 6:00 A.M.

衛星數目 4

軌道定相 90°

2010年6月21日，德國在拜科努爾發射場通過第聶伯火箭將一顆雷達衛星射入太空，這顆衛星將與2007年發射的TerraSAR編隊飛行，執行繪製將是全球最精確的3D地圖的任務。這對衛星將在全球範圍內一起測量地表高度變化，其精確度低於2米。

建立這些數字高程模型，有無數的用途，可以幫助軍用飛機超低飛行，可以給救濟工作人員顯示地震的哪裡破壞最大。

“我們的目標是產生一個解析度和質量目前都還沒有達到的模型。”衛星圖像處理公司Infoterra GmbH 的Vark Helfritz博士解釋說。他告訴BBC說，“這將是一個真正無縫的全球產品，而不是將片段的數據拼湊在一起”。

SAR技術發展的一個最重要的趨勢就是充分利用地物電磁特性，地物電磁特性與電磁波的頻率、極化和入射角有著密切的關係，因此利用不同頻率、不同極化以及不同入射角的電磁波對地物進行觀測，能夠得到更加豐富的地物信息。

SAR干涉技術已經成為SAR技術發展的重要領域。它解決了SAR對地物第三維信息(高程信息或速度信息)的提取。目前干涉SAR有以下3種形式：(1)單道干涉，將雙天線剛性安裝在一個飛行平台上，在一次飛行中完成干涉測量，又稱為空間基線方式；(2)雙道干涉，屬於單天線結構，分時進行二次測量，要求二次飛行軌道相互平行，又稱為時間基線方式；(3)差分干涉，在航跡正交向安裝雙天線的單道干涉與第3個測量相結合，測量微小起伏和移位的干涉。

SAR有多種成像體制，主要是帶狀成像(Strip map)和聚束成像(Spotlight)兩種。帶狀SAR的天線波束與飛行航跡成固定交角，隨著載體的移動，在地面形成條狀的連續觀測帶，適於大面積觀測。聚束SAR則不同，它的天線波束在合成孔徑時間內始終凝視著照射區域，實現小區域成像。聚束SAR比帶狀SAR具有較高的分辨能力。此外，大多數目標的散射特性隨觀測角劇烈地改變，由於聚束SAR在寬觀測角範圍內成像，因而獲得的圖像信息比帶狀SAR更加豐富。聚束SAR與帶狀SAR是兩種優勢互補的體制。

目前許多應用部門希望衛星能縮短對某一特定地區的重複觀測周期，獲得高時間解析度的動態信息。解決這個問題，除了採用較小的軌道傾角增加中、低緯度地區的覆蓋密度以縮短重複周期外，還可以組織衛星觀測的國際合作，例如SIR-C與X-SAR的聯合飛行，今後還將組織SIR-C/X-SAR與ERS/Envisat或Radarsat的SAR編隊飛行。然而只有積極研製對地觀測小型衛星星座，才是解決動態偵察的最有效辦要技術困難是：既要保證偵察技術性能，又要降低其重量和功耗，還要有足夠的測軌與姿態控制精度，以保證偵察數據的質量。

由若干顆微小衛星組成一定形狀的飛行軌跡，以分佈方式構成一顆“虛擬衛星”。這是小衛星向更快、更省、更好的方向發展，也是當前正在為小衛星開拓的另一個嶄新的應用領域。編隊飛行的軍事應用是最早受到關注的領域之一。一方面，組成編隊飛行的衛星可以實現對地觀測，獲取地面目標信息；另一方面，多顆衛星的協同工作，可以實現更多的功能，例如立體成像，可以為軍事需求提供服務。由若干顆微小衛星編隊飛行，組成一個具有立體偵察的虛擬大衛星，可以較低的成本、較高的可靠性和生存能力替代相同功能的單顆衛星，最大限度地發揮微小衛星的特點和優勢。

雖然編隊飛行擴展了單顆衛星的功能，提高了單顆衛星的性能，但編隊飛行中衛星的密集分佈，其覆蓋依然是非連續的；如果要實現連續覆蓋，則由編隊飛行組成衛星星座，即編隊飛行衛星星座。在傳統的衛星星座中，組成星座的單元為單顆衛星；而在編隊飛行衛星星座中，組成星座的單元為飛行編隊。編隊飛行可以實現立體成像功能，由飛行編隊組成的衛星星座則可以實現對某個區域的連續立體成像。

SAR偵察衛星具有全天時、全天候、不受大氣傳播和氣候影響、穿透力強等優點，並對某些地物具有一定的穿透能力。這些特點使它在軍事應用中具有獨特的優勢，必將成為未來戰場上的殺手鐧。因此，各航天國家紛紛計劃或正在發展自己的SAR偵察衛星。我們完全有理由相信，21世紀是SAR衛星飛速發展的新世紀。