雷达卫星与其他星载SAR系统比较

发展(ENVISAT ALOS RADARSAT-2 TerraSAR-X COSMO-SkyMed TanDEM-X 多参数(多频段、多极化和多视角) 干涉技术的 SAR 聚束 SAR SAR 卫星星座 小卫星编队组网 编队飞行卫星星座)

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Seasat SAR, 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。

ENVISAT

2002年3月1日, 欧空局的对地观测卫星系列之一的ENVISAT卫星发射升空。该卫星是欧洲迄今建造的最大的环境卫星。星上载有10种探测设备，其中4种是ERS-1/2所载设备的改进型，所载最大设备是先进的合成孔径雷达（ASAR），可生成海洋、海岸、极地冰冠和陆地的高质量图象，为科学家提供更高分辨率的图象来研究海洋的变化。其他设备将提供更高精度的数据，用于研究地球大气层及大气密度。作为ERS-1/2合成孔径雷达卫星的延续，Envisat-1数据主要用于监视环境，即对地球表面和大气层进行连续的观测，供制图、资源勘查、气象及灾害判断之用。其主要参数指标如下：

发射时间　2002年3月1日（欧洲中部时间）

运载工具　阿里亚纳5号火箭

发射重量　8200公斤

有效载荷重量（仪器）　2050公斤

设计寿命　5年 ~ 10年

星上仪器数量　10

轨道　太阳同步，高度800公里

轨道倾角　98°

单圈时间　101分钟

重复周期　35天

耗资　大约20亿欧元

主要参与国家　奥地利，比利时，加拿大，丹麦，法国，芬兰，德国，意大利，挪威，西班牙，瑞典，瑞士，荷兰和英国

ALOS

ALOS是日本的对地观测卫星，日本地球观测卫星计划主要包括2个系列：大气和海洋观测系列以及陆地观测系列。先进对地观测卫星ALOS是JERS-1与ADEOS的后继星，采用了先进的陆地观测技术，能够获取全球高分辨率陆地观测数据，主要应用目标为测绘、区域环境观测、灾害监测、资源调查等领域。ALOS卫星载有三个传感器：全色遥感立体测绘仪（PRISM），主要用于数字高程测绘；先进可见光与近红外辐射计－2（AVNIR－2），用于精确陆地观测；相控阵型L波段合成孔径雷达（PALSAR），用于全天时全天候陆地观测。ALOS卫星采用了高速大容量数据处理技术与卫星精确定位和姿态控制技术，下为ALOS卫星的基本参数。

发射时间：2006.01.24

运载火箭：H-IIA

卫星质量：约4000KG

产生电量：7000W

设计寿命：3-5年

轨道：太阳同步，高度691.65KM，倾角98.16°

重复周期：46天

重访时间：2天

数据速率：240MBPS(通过中继星)120MBPS（直接下传）

RADARSAT-2

RADARSAT-2是一颗搭载C波段传感器的高分辨率商用雷达卫星，由加拿大太空署与MDA公司合作，于2007年12月14日在哈萨克斯坦拜科努尔基地发射升空。卫星设计寿命7年而预计使用寿命可达12年，目前已投入运营。

RADARSAT-2具有3米高分辨率成像能力，多种极化方式使用户选择更为灵活，根据指令进行左右视切换获取图像缩短了卫星的重访周期，增加了立体数据的获取能力。另外，卫星具有强大的数据存储功能和高精度姿态测量及控制能力。

TerraSAR-X

TerraSAR-X是固态有源相控阵的X波段合成孔径雷达（SAR）卫星，分辨率可高达1米。TerraSAR-X重访周期为11天，然而由于具有电子光束控制机制，对地面任一点的重复观测可达到4.5天，90%的地点可在2天内重访。

3种成像方式：

高分辨率聚束式（SpotLight）：1米分辨率，覆盖范围5 x 10公里，具有可变的距离向分辨率和景幅大小，几何分辨率高、入射角可选、多种极化方式。

条带式（StripMap）：3米分辨率，覆盖范围30 x 50公里，是SAR影像的基本拍摄模式，景幅框约30km,，长50 km，以入射角固定的波束沿飞行方向推扫成像，主要特点是几何分辨率高、覆盖范围较大、入射角可选，能生成双极化和全极化数据。其数据产品加上精密轨道数据，也可以用于重复轨道干涉测量，并获得观测目标区域的数字高程模型。

扫描式（ScanSAR）：16米分辨率，覆盖范围100 x 150公里，天线在成像时沿距离向扫描，使观测范围加宽，同时也将降低方位向分辨率，可应用与大面积文理分析。天线高度随着入射角的不同转换扫描宽度，设计的ScanSAR成像模式扫描宽度为100 km，相当于4个连续的stripmap扫描宽度，这种模式的主要特点是，中等几何分辨率、覆盖率高、能够平行获取多于4个扫描条带的影像，入射角可选，可获取单极化。

基础影像数据

· SSC(Single Look Slant Range Complex) 单视斜距影像

· MGD(Multi Look Ground Range Detected) 多视地距影像

· GEC(Geocoded Ellipsoid Corrected)

· EEC(Enhanced Ellipsoid Corrected)

地理纠正数据:

· ORISAR 正射纠正影像

· RANSAR 辐射纠正影像

· MCSAR 镶嵌影像

· OISAR 定向影像

· DMSAR 升降轨融合影像

COSMO-SkyMed

高分辨率雷达卫星COSMO-SkyMed是意大利航天局和意大利国防部共同研发的COSMO-SkyMed高分辨率雷达卫星星座的第二颗卫星，该卫星星座共有四颗卫星，整个卫星星座的发射任务于2008年底前完成。2007年6月8日，美国“德尔它”－2火箭成功发射意大利COSMO-SkyMed 1卫星。该卫星由泰勒斯阿莱尼亚航天公司建造，是意大利国防部与航天局合作项目的首颗卫星。该项目被称作COSMO-SkyMed星座，由4颗X波段合成孔径雷达（SAR）卫星组成。

卫星特点

作为全球第一颗分辨率高达1米的雷达卫星星座，COSMO-SkyMed系统将以全天候全天时对地观测的能力、卫星星座特有的高重访周期、1米高分辨率

卫星用途

Cosmo-Skymed雷达卫星的分辨率为1米，扫描带宽为10公里，具有雷达干涉测量地形的能力。

技术参数

COSMO-SkyMed卫星的技术参数

轨道参数：

发射时间 2007年6月8日

轨道类型 近极地太阳同步

倾角 97.86°

每天圈数 14.8125圈/天

轨道周期 16天

偏心率 0.00118

近地点 90°

半长轴 7003.52千米

卫星高度 619.6mk

升交点时间 6:00 A.M.

卫星数目 4

轨道定相 90°

TanDEM-X

2010年6月21日，德国在拜科努尔发射场通过第聂伯火箭将一颗雷达卫星射入太空，这颗卫星将与2007年发射的TerraSAR编队飞行，执行绘制将是全球最精确的3D地图的任务。这对卫星将在全球范围内一起测量地表高度变化，其精确度低于2米。

建立这些数字高程模型，有无数的用途，可以帮助军用飞机超低飞行，可以给救济工作人员显示地震的哪里破坏最大。

“我们的目标是产生一个分辨率和质量目前都还没有达到的模型。”卫星图像处理公司Infoterra GmbH 的Vark Helfritz博士解释说。他告诉BBC说，“这将是一个真正无缝的全球产品，而不是将片段的数据拼凑在一起”。

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(Strip map)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。