對機載合成孔徑雷達的研究

[摘要]合成孔徑雷達利用微波遙感技術探測地面物態，是一種通用的偵察、監視和目標瞄準方法。論述SAR的應用現狀、簡要工作原理、性能優勢和發展難點。

[關鍵詞]合成孔徑雷達 機載雷達 技術發展水平

中圖分類號：TN95文獻標識碼：A文章編號：1671－7597（2009）0320103－01

一、前言

合成孔徑雷達是我國科研計劃的一項重大研究成果。它利用微波遙感技術，可全天候對地面物態進行探測，通過數字處理變成逼真的圖像。這項技術的發展多年來一直處于高度保密狀態。近年來，SAlt已成為世界注目的焦點。

二、合成孔徑雷達工作原理

像其他大多數雷達一樣，機載SAIl是通過精確測量脈沖發射和接收到目標回波間的時間差來確定距離值的。距離分辨率是利用發射的脈沖寬度或持續時間來測定的，最窄的脈沖能產生最優的分辨率。在典型的二維SAIl圖像中，距離是沿雷達平臺的航跡測量的，它只是其中的一個像元。另外一個是方位，與距離保持垂直，方位分辨率與波束寬度成反比關系。目前，用于恢復圖像質量的技術包括以下兩種：（1）運動補償方法，它使用慣性和導航傳感器來測量真實天線的運動，這種方法在測量高頻運射機，其雷達圖像就顯得非常明動時效果最佳。（2）自動聚焦，它通過數據的重復處理來產生具有最大對比度的圖像，這種方法在測量低頻運動時效果最佳。雖然再聚焦使圖像出現幾何失真，但自動聚焦過程能夠有效地測量產生這種失真的交叉航跡方向上的反射的數量，入射角是指雷達波偏移，從而實現修正。獲得沿航跡方向分辨率的基本技術同樣有兩種。在帶狀成像模式下，雷達波束只對平行于平半。聚束照射模式是在如果表面起伏僅為5o'n，雷達波同一時刻將雷達波束瞄準相同的長為l530伽，幾乎就地形區域，持續數十秒，從而獲沒有輻射會后向反射出去；但同得優于1m的分辨率。當然，聚束模式是以犧牲覆蓋為代價的，因為能夠照射的區域受到實際雷達波束大小的限制。發射的脈沖為水平或垂直極化，而反射回天線的能量（稱之臺航跡的地形帶進行掃描，最大分辨率僅限于真實天線長度的一為后向反射）極化的取向不定。或垂直可選，在不同頻率上獲得另一方面，在波束接近目標時，回波會出現負的多普勒菝移，在波束遠離目標時則為正倔移。最終的圖像由像素組成，其亮度由相應目標景象區域返回的部分發射能量確定，返回能量的多少取決于雷達截面。正常情況下，標準平面的RCS值大約在+5dB（最亮時）和-4odB（最暗時）之間。目標RCS值取決于許多因素，包括反射面的特性、種類和方向，潮濕狀況，脈沖極化，天線的相對角度和雷達的頻率等。在某些特殊情況下，平直且光滑的表面，例如道路或積水的寬闊區域等，它們的雷達圖像看起來通常較暗，因為它們只能以直角反射能量，偏離了發射機方向。另外，向接收機方向傾斜的表面或建筑物群將能量直接反射回發其雷達圖像就顯得非常明亮。潮濕會使圖像亮度增加，因為它對目標的介電常數產生了影響。而且，來自某些線性地貌特征，例如柵欄網或海水波浪的后向散射則受到平臺跟蹤角的影響，即入射角的增大會減少后向反射的數量，入射角是指雷達波矢量與垂直于地平面的方向間的夾角。粗糙的表面可能會在所有方向上反射能量，所以它們的圖像亮度比較適中。但是，表面的粗糙程度是相對雷達波長而言的。如果表面起伏僅為5o'n，雷達波長為l530伽，幾乎就沒有輻射會后向反射出去；但同樣的表面起伏程度在x波段（2.43．8o'n波長）雷達上的圖像則要明亮得多。德國宇航研究中心（DLR）對實驗型SAR（E-SAR）做過測試，雷達的工作波段包括P、L、C和x波段，天線極化為水平的圖像表明：L波段上可見的草叢中的跑道在更低頻率圖像上并不明顯；而X波段回波對表面粗糙程度更加靈敏，但對比度相對較低。后向反射能量的極化同樣會影響接收機的檢測能力。因此SAIl可以根據它們在水平（H）和垂直（V）極化時的發射和接收能力予以分類，某些雷達能夠在所有4種組合形式下工作．即HH即可以不直接飛越某一地區而能、W、HV、對該地區進行地圖測繪。

三、合成孔徑雷達的性能優勢

戰斗機通常把射擊瞄準雷達和目標識別雷達裝在飛機前部，經可以達到0.3mAPG-76雷稱為前視雷達。由于雷達天線大小和分辨率高低成正比關系，所以天線一般做得很大，有的達10m長。合成孔徑雷達利用電子掃描的方式來代替機械式的天線單元輻射，讓小天線也能夠起到大天線的作用。

1．全天候。SAIl能全天候工作，能有效地穿透某些掩蓋物和偽裝。SAIl整天線波束的指向，使波束始終使用的是l3-30cnl的微波波段，“聚焦”照射在同一目標區域。由于微波比可見光和紅外輻射穿透能力更強，所以通常用來探測云霧籠罩著的目標，以及深埋于地下或積雪下的物體。大多數的SAIl都工作于x波段或更高的頻段，這種頻率不能穿透樹葉進行探測。UHF波段的雷達能夠穿透樹葉并能提供比x波段更好的全天候性能。用合成孔徑雷達探測不含水分的土壤時，可穿透30m的地層探測到深埋在地下的物體。

2．遠距離。SAR具有防區外探測能力，到0.66m。美國G-76雷達也具備更遠距的工作能力。另外，程中要不斷地調整天線波束的指與紅外和電光傳感器不同，SAR向，使其始終指向同一塊地面的分辨力與距離是無關的，它不會隨著距離的增加而降低。

3．高分辨能力。SAR能夠以很高的分辨力提供詳細的地面測繪資料和圖像，系統和天線慣性測量機這種能力對于現代偵察任務至關重要，也是SAR最值得推崇的優越之處。目前SAIl的分辨能力已成像分辨力將會更高。

隨著技術的迅速進步，機載處理器也有望達到這樣的運算速度。最突出的是雷達的成像難以解釋，這不是SAR所特有的問題，而是所有雷達都普遍存在的問題。不同于直觀圖像，人們必須經過訓練才能確認雷達圖像所否定這種說法，認為現在的SAR圖像已經非常完美，與普通照片的相像程度已經達到了85％，但是多數專家們則認為，SAR剛剛開始由抽象圖像到直觀圖像的轉變。為了最大程度地發揮SAR的優勢，盡量彌補其不足，雷達越來越多地作為多傳感器系統的一個組成部分與其他傳感器配合使用。目前的一個發展趨勢是將來自各種不同傳感器的信息，比如來自電光傳感器和來自SAIl的信息融合起來。

參考文獻：

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作者簡介：

余松茂，男，湖北漢川人，63816部隊，研究方向：火箭發射的跟蹤測量。