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雷达卫星

  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SeasatSAR, 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20°~49° ,成像宽度100公里,距离及方位分辨率为25米x28米;

  (2)宽辐射波束,入射角20°~40° ,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37°~48° ,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49°~59° ,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,75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月开展航天飞机雷达地形测图(SRTM)飞行。

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 SAR

  SAR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 SAR

  SAR有多种成像体制,主要是带状成像(Stripmap)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,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。

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