簡析聚束SAR技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用

孟禹彤　李淼　趙朋遠

摘 要：文章主要介紹一種有全天時、全天候工作能力的高分辨率雷達——合成孔徑雷達（SAR），它對于國民經(jīng)濟建設(shè)和國防技術(shù)現(xiàn)代化具有十分重大的意義。聚束SAR是一種成像模式，它是SAR中比較重要的一種，突破了傳統(tǒng)條帶SAR方位分辨率受限于真實天線孔徑長度約束的特點，能夠獲得更高的方位向分辨率。文章簡要介紹SAR和聚束SAR的發(fā)展及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：聚束SAR；研究現(xiàn)狀；應(yīng)用

1 引言

合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，SAR）概念的提出始于上世紀50年代初期，1952年美國的Carl Wiley（來自于美國一家GOODYEAR航空公司）首先提出一種可以得到高的雷達方位分辨率和方法--多普勒頻率分析法，其后SAR技術(shù)就在軍事演習以及軍事實戰(zhàn)等各個方面得到了廣泛的應(yīng)用，這種技術(shù)在軍事方面的廣泛應(yīng)用有助于增強一個國家的軍事實力與國防能力，對于我國的國防建設(shè)有著重大的意義。合成孔徑雷達概念的提出與應(yīng)用突破了原始的雷達概念，賦予雷達更加新穎與現(xiàn)代化的定義，同時，在技術(shù)應(yīng)用上，合成孔徑雷達也突破了原有的雷達技術(shù)，在對于地面成像與信息接收方面有著更高的成就，使得接受信息更準確、更快速。信息接收速度的提高，大大增強了信息的流動性，為地面工作人員提供更多更具有使用性的信息，提高了地面工作的效率與地面工作的質(zhì)量。合成孔徑雷達技術(shù)（Synthetic Aperture Radar，SAR）正朝多波段、多模式、多極化和高分辨率方向發(fā)展。

2 常用SAR成像模式

SAR技術(shù)的應(yīng)用，對于我國國民經(jīng)濟等各方面都有著很深刻的影響。但是隨著社會的進步，人們又對SAR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提出更高的要求，為了滿足發(fā)展的要求，人們開始對SAR技術(shù)的多種應(yīng)用模式進行深刻的研究。條帶模式、聚束模式、掃描模式及逆SAR是人們常用的4種SAR成像模式。最基本的SAR成像模式是條帶模式，這種模式下，天線的指動方向是不會隨著雷達載體的變化而不斷轉(zhuǎn)變的，它會隨著載體的運動軌跡獲得與飛行的路徑相互平行的區(qū)域，這種區(qū)域的形狀一般是帶狀的，這種帶狀區(qū)域會呈現(xiàn)出一系列的微波圖像，從而得到上百公里之間的條帶寬度。聚束模式的天線波束指向在回波信號采集時間內(nèi)始終對準成像區(qū)域，高分辨率的雷達圖像是通過它延長對目標的照射時間來獲得的，該模式適用于對外部景物進行精細成像。SAR的擴展模式是掃描模式，通過天線波束指向的變化，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同子條帶間的掃描，得到寬測繪帶的雷達圖像。

3 聚束式合成孔徑雷達（Spotlight Mode SAR）

在SAR超高分辨率成像中一種重要的高分辨率成像模式，是聚束式合成孔徑雷達（Spotlight Mode SAR）成像。該模式下，為了使得波束指向在采集回波信號時間內(nèi)一直對準地面同一成像區(qū)域，雷達視線不斷地進行著調(diào)整，這樣極大地提高了成像區(qū)內(nèi)目標的被照射時間，也叫做對目標回波的相干積累時間，增大了相干積累角，從而能夠在較長的合成孔徑時間內(nèi)，獲得普通條帶SAR不能夠有的細微方位分辨率。聚束SAR的方位分辨率不受限于真實天線孔徑長度的約束，突破了傳統(tǒng)條帶SAR方位分辨率，并且聚束SAR可獲得有關(guān)目標不同側(cè)面的信息因其雷達波束可以不同的視角照射成像目標。所以基于上述特點，聚束SAR在自動目標探測（ATD）、目標識別、特征提取、運動目標檢測（MTI）等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。

4 國外聚束式SAR發(fā)展現(xiàn)狀

聚束式SAR在國外一些發(fā)達國家的個別實際系統(tǒng)中已經(jīng)開始得到應(yīng)用，并廣泛地應(yīng)用于多傳感器信息融合以及高分辨率戰(zhàn)場偵察等領(lǐng)域。在另一部由海軍空中防御中心（NAWC）和ERIM聯(lián)合研制的P-3/SAR系統(tǒng)中，聚束模式的成像分辨率為方位0.66m和距離0.33m，該系統(tǒng)搭載在海軍P3C飛機上，并可以用于遠程戰(zhàn)略偵察。而其國家的APG76雷達同樣也搭載有聚束成像的技術(shù)。TESAR（Tactical Enhanced SAR），研發(fā)于諾思羅普一格魯曼（Northrop Grumman）公司，雷達工作于Ku波段，聚束模式下分辨率可達0.3m。國內(nèi)目前著重于聚束SAR算法的仿真成像及機理研究。

隨著數(shù)字信號處理理論的發(fā)展和數(shù)字處理機的出現(xiàn)，各種高效的自聚焦方法、運動補償和SAR成像算法也隨之產(chǎn)生。應(yīng)用于聚束SAR的主要成像算法有距離徙動算法（RMA）、極坐標格式算法（PFA）、Chirp Scaling算法（CSA）、卷積反投影算法（CBP）、Frequency Scaling算法（FSA），主要的自聚焦算法有圖移技術(shù)（Mapdrift）、相位梯度自聚焦算法（PGA）等。

5 結(jié)束語

合成孔徑雷達（SAR）是二戰(zhàn)后發(fā)展起來的一種高分辨率成像雷達，它可以全天時、全天候、遠距離地獲取照射區(qū)域的雷達圖像。SAR采用較短的天線就能夠獲得方位和距離兩個方向的高分辨率雷達圖像，綜合運用了脈沖壓縮技術(shù)、合成孔徑技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過發(fā)射大帶寬信號來實現(xiàn)距離向高分辨率的獲得；利用雷達天線和目標之間的相對運動來實現(xiàn)方位向高分辨率，即利用多普勒效應(yīng)通過數(shù)據(jù)處理的方法。SAR技術(shù)在軍事領(lǐng)域與民事領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟與科技都逐漸趨于現(xiàn)代的社會，SAR技術(shù)也朝著現(xiàn)代化、信息化、高速度、高效率的方向發(fā)展。聚束模式在SAR的眾多工作模式中具有獨特的優(yōu)勢。

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