合成孔径雷达(SAR)在民用领域的新发展

合成孔径雷达（SAR）在民用领域的新发展 摘要： 合成孔径雷达（SAR）技术近年来发展迅速，呈现出小型化、轻质化、一体化、高分辨等多方向特点，在军用领域之外，以地基、机载和星载等为平台的民用领域的研究取得了多项新进展。 关键词：合成孔径雷达 测雪SAR 地基SAR 中图分类号：TN958 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2014）10-0086-01 1 SAR技术发展动态 随着雷达技术发展的日新月异，合成孔径雷达（SAR）技术近年来快速发展，正朝着设备小型化、轻质化、高分辨率、双多基地等方向发展，与此同时，共形阵、一体化等新型结构开始出现，一系列相关新研究和应用正在展开。 德国弗劳恩霍夫高频物理和雷达技术研究所正在开发一种共形天线雷达（ERAKO）验证系统，高频和大带宽雷达成像技术验证也取得一定进展。目前已经开发出可以装载于小型无人机（UAV）的小型化SAR系统。一些先进的成像技术已被验证，如双基地SAR（甚至采用前望结构），基于多路输入多路输出（MIMO）概念的空时分集的一些新概念正在兴起（MIMO-SAR）。相控阵多功能成像雷达系统正在被各大研究机构开发用于具有高度灵活性的高分辨远距离监视，验证多模式工作，进行高分辨（达10cm）SAR成像和探测杂波环境中低速移动目标（最小速度达1m/s）。 NEC公司近年开始研制一种分辨率优于1米的X-波段轻型SAR传感器。这种SAR传感器将被安装在NEC公司300千克标准卫星平台上，目标是SAR卫星的总质量不超过500千克。轻质量、高分辨率等特点通过轻型可展开的网状天线、大功率放大器和宽带信号发生器/处理器来实现。 2 SAR在民用领域的新发展 同在军用领域一样，在民用领域合成孔径雷达（SAR）技术发展迅猛，在地基、机载、星载等各大领域都有新的研究和应用。 2.1 L波段完全极化SAR MetaSening公司2010年夏开发出一款完全极化L波段雷达系统，分辨率1m。该传感器装载于CASA C-212飞机，于2010年夏秋季在意大利北部进行了商业飞行。该雷达展示了精确而可靠的成像性能，同时具有一定的叶簇穿透能力。极化测量是一种重要的雷达特征用于目标分类。事实上，雷达波可以被极化，如垂直极化和水平极化，这意味着它们对地面物体的几何和结构性质更加敏感。 2.2 测雪SAR（SNOWSAR）装置：完全极化X和KU波段SAR SnowSAR装置包括一部同时双频带（X波段和KU波段）和双极化模式（VV VH）SAR。这是MetaSening公司为寒带地区水文学高分辨观测站（CoReH2O）项目设计开发的，该项目是地球探索7（Earth Explorer 7）项目之一，地球探索7是由欧洲空间局（ESA）资助，对重点地区雪、冰和水圈参数详细观测的可行性研究的项目。 需要获得记录雪、冰和其他植被及地形种类的后向散射特征的经校准的机载SAR数据，用来验证各种反演算法，支持任务性能的端到端仿真。MetaSening公司在2011年冬季采用SnowSAR成功进行了首次观测任务，2012年冬季进行了大规模测量。目的是采集北极常年处于冬季的典型北方森林地区积雪的一系列时间连续SAR观测数据。 2.3 卫星相关研究 荷兰SSBV宇航技术集团和TNO等公司利用PEP荷兰国家项目（DNP）开展了一个小型SAR卫星系统的研究。通过使用小型传感器，一个迷你卫星（1立方米）即可实现项目所需功能。这是第一个空间FMCW雷达。除了研发星载实时SAR处理器外，还利用国际空间站（ISS）开展了逆合成孔径雷达（ISAR）和双基地机载雷达研究。这些研究的结果将作为发展新型卫星的基础。ISAR是利用物体本身的移动代替天线移动来获取高分辨图像，充分发展利用了SAR的原理内涵与思想。 2.4 地基SAR 由于人类活动和居住范围不断扩大，地层运动和不稳定性正对基础设施和人类社会产生越来越大的影响。地面形变和结构变化的持续监视正成为工程师们重要任务。采用固定传感器、大地测量仪和激光扫描仪等进行形变监视是必要的。常规的形变监视技术（如原位传感器、大地测量仪和激光扫描仪）需要对建筑体有所频繁损伤或者需要仪器和建筑物之间无遮挡的光学可见。近十年来，发展了几种地基微波遥感仪器可以克服上述缺点。 地基SAR是近年来兴起的极具有创新性的技术。MetaSening公司基于已在星载SAR领域成功应用的新技术开发了一种新型传感器，即快速地基合成孔径雷达（FastGBSAR）。该技术得益于几秒每帧的快速图像采样率，可以高精度、可靠地跟踪遥测地区的形变。 由于数据采集速度很快，远距离范围内天气条件快速变化引起的仪器误差极大减小。这提高了处理效率，并保证了数秒内获取图像之间的有效衔接分析。因此，观测结果几乎可以实时输入模型用于评估和预测建筑物或斜坡的状态。主要应用于基础设施、采石场矿以及不稳定山坡、山崩和冰川等自然风险的监测。 除SAR模式外，该传感器也可以采用非SAR模式监测线性结构如桥梁和高塔的变化。这种情况下，雷达不再放置于环形轨道而用三脚架。可以观测到超过1000Hz的震动。传感器可以沿着目标同时监视多个点。由于便携系统可以快速部署，半小时内即可测定一个目标的模态参数如本征频率、本征模和回潮等。这些模态参数对于评估建筑体的安全性、将建筑物现状与设计模型对比研究等非常重要。 3 结语 合成孔径雷达（SAR）技术发展迅猛，小型、轻质、高分辨、双多基地、共形阵结构多方面发展，有利的推动了其在军事和民用方面的发展和应用。在机载、星载尤其是地基平台基础上的SAR技术创新和发展，推动了SAR的民用化应用进程，这也将进一步促进其自身的发展和军事领域的应用。