[摘要]合成孔徑雷達(dá)利用微波遙感技術(shù)探測(cè)地面物態(tài)，是一種通用的偵察、監(jiān)視和目標(biāo)瞄準(zhǔn)方法。論述SAR的應(yīng)用現(xiàn)狀、簡(jiǎn)要工作原理、性能優(yōu)勢(shì)和發(fā)展難點(diǎn)。

[關(guān)鍵詞]合成孔徑雷達(dá) 機(jī)載雷達(dá) 技術(shù)發(fā)展水平

中圖分類(lèi)號(hào)：TN95文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671－7597（2009）0320103－01

一、前言

合成孔徑雷達(dá)是我國(guó)科研計(jì)劃的一項(xiàng)重大研究成果。它利用微波遙感技術(shù)，可全天候?qū)Φ孛嫖飸B(tài)進(jìn)行探測(cè)，通過(guò)數(shù)字處理變成逼真的圖像。這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展多年來(lái)一直處于高度保密狀態(tài)。近年來(lái)，SAlt已成為世界注目的焦點(diǎn)。

二、合成孔徑雷達(dá)工作原理

像其他大多數(shù)雷達(dá)一樣，機(jī)載SAIl是通過(guò)精確測(cè)量脈沖發(fā)射和接收到目標(biāo)回波間的時(shí)間差來(lái)確定距離值的。距離分辨率是利用發(fā)射的脈沖寬度或持續(xù)時(shí)間來(lái)測(cè)定的，最窄的脈沖能產(chǎn)生最優(yōu)的分辨率。在典型的二維SAIl圖像中，距離是沿雷達(dá)平臺(tái)的航跡測(cè)量的，它只是其中的一個(gè)像元。另外一個(gè)是方位，與距離保持垂直，方位分辨率與波束寬度成反比關(guān)系。目前，用于恢復(fù)圖像質(zhì)量的技術(shù)包括以下兩種：（1）運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，它使用慣性和導(dǎo)航傳感器來(lái)測(cè)量真實(shí)天線的運(yùn)動(dòng)，這種方法在測(cè)量高頻運(yùn)射機(jī)，其雷達(dá)圖像就顯得非常明動(dòng)時(shí)效果最佳。（2）自動(dòng)聚焦，它通過(guò)數(shù)據(jù)的重復(fù)處理來(lái)產(chǎn)生具有最大對(duì)比度的圖像，這種方法在測(cè)量低頻運(yùn)動(dòng)時(shí)效果最佳。雖然再聚焦使圖像出現(xiàn)幾何失真，但自動(dòng)聚焦過(guò)程能夠有效地測(cè)量產(chǎn)生這種失真的交叉航跡方向上的反射的數(shù)量，入射角是指雷達(dá)波偏移，從而實(shí)現(xiàn)修正。獲得沿航跡方向分辨率的基本技術(shù)同樣有兩種。在帶狀成像模式下，雷達(dá)波束只對(duì)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(dá)波同一時(shí)刻將雷達(dá)波束瞄準(zhǔn)相同的長(zhǎng)為l530伽，幾乎就地形區(qū)域，持續(xù)數(shù)十秒，從而獲沒(méi)有輻射會(huì)后向反射出去；但同得優(yōu)于1m的分辨率。當(dāng)然，聚束模式是以犧牲覆蓋為代價(jià)的，因?yàn)槟軌蛘丈涞膮^(qū)域受到實(shí)際雷達(dá)波束大小的限制。發(fā)射的脈沖為水平或垂直極化，而反射回天線的能量（稱之臺(tái)航跡的地形帶進(jìn)行掃描，最大分辨率僅限于真實(shí)天線長(zhǎng)度的一為后向反射）極化的取向不定?；虼怪笨蛇x，在不同頻率上獲得另一方面，在波束接近目標(biāo)時(shí)，回波會(huì)出現(xiàn)負(fù)的多普勒菝移，在波束遠(yuǎn)離目標(biāo)時(shí)則為正倔移。最終的圖像由像素組成，其亮度由相應(yīng)目標(biāo)景象區(qū)域返回的部分發(fā)射能量確定，返回能量的多少取決于雷達(dá)截面。正常情況下，標(biāo)準(zhǔn)平面的RCS值大約在+5dB（最亮?xí)r）和-4odB（最暗時(shí)）之間。目標(biāo)RCS值取決于許多因素，包括反射面的特性、種類(lèi)和方向，潮濕狀況，脈沖極化，天線的相對(duì)角度和雷達(dá)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(qū)域等，它們的雷達(dá)圖像看起來(lái)通常較暗，因?yàn)樗鼈冎荒芤灾苯欠瓷淠芰?，偏離了發(fā)射機(jī)方向。另外，向接收機(jī)方向傾斜的表面或建筑物群將能量直接反射回發(fā)其雷達(dá)圖像就顯得非常明亮。潮濕會(huì)使圖像亮度增加，因?yàn)樗鼘?duì)目標(biāo)的介電常數(shù)產(chǎn)生了影響。而且，來(lái)自某些線性地貌特征，例如柵欄網(wǎng)或海水波浪的后向散射則受到平臺(tái)跟蹤角的影響，即入射角的增大會(huì)減少后向反射的數(shù)量，入射角是指雷達(dá)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(huì)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(duì)雷達(dá)波長(zhǎng)而言的。如果表面起伏僅為5o'n，雷達(dá)波長(zhǎng)為l530伽，幾乎就沒(méi)有輻射會(huì)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(zhǎng)）雷達(dá)上的圖像則要明亮得多。德國(guó)宇航研究中心（DLR）對(duì)實(shí)驗(yàn)型SAR（E-SAR）做過(guò)測(cè)試，雷達(dá)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(jiàn)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(duì)表面粗糙程度更加靈敏，但對(duì)比度相對(duì)較低。后向反射能量的極化同樣會(huì)影響接收機(jī)的檢測(cè)能力。因此SAIl可以根據(jù)它們?cè)谒剑℉）和垂直（V）極化時(shí)的發(fā)射和接收能力予以分類(lèi)，某些雷達(dá)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(qū)而能、W、HV、對(duì)該地區(qū)進(jìn)行地圖測(cè)繪。

三、合成孔徑雷達(dá)的性能優(yōu)勢(shì)

戰(zhàn)斗機(jī)通常把射擊瞄準(zhǔn)雷達(dá)和目標(biāo)識(shí)別雷達(dá)裝在飛機(jī)前部，經(jīng)可以達(dá)到0.3mAPG-76雷稱為前視雷達(dá)。由于雷達(dá)天線大小和分辨率高低成正比關(guān)系，所以天線一般做得很大，有的達(dá)10m長(zhǎng)。合成孔徑雷達(dá)利用電子掃描的方式來(lái)代替機(jī)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(biāo)區(qū)域。由于微波比可見(jiàn)光和紅外輻射穿透能力更強(qiáng)，所以通常用來(lái)探測(cè)云霧籠罩著的目標(biāo)，以及深埋于地下或積雪下的物體。大多數(shù)的SAIl都工作于x波段或更高的頻段，這種頻率不能穿透樹(shù)葉進(jìn)行探測(cè)。UHF波段的雷達(dá)能夠穿透樹(shù)葉并能提供比x波段更好的全天候性能。用合成孔徑雷達(dá)探測(cè)不含水分的土壤時(shí)，可穿透30m的地層探測(cè)到深埋在地下的物體。

2．遠(yuǎn)距離。SAR具有防區(qū)外探測(cè)能力，到0.66m。美國(guó)G-76雷達(dá)也具備更遠(yuǎn)距的工作能力。另外，程中要不斷地調(diào)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(wú)關(guān)的，它不會(huì)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(xì)的地面測(cè)繪資料和圖像，系統(tǒng)和天線慣性測(cè)量機(jī)這種能力對(duì)于現(xiàn)代偵察任務(wù)至關(guān)重要，也是SAR最值得推崇的優(yōu)越之處。目前SAIl的分辨能力已成像分辨力將會(huì)更高。

隨著技術(shù)的迅速進(jìn)步，機(jī)載處理器也有望達(dá)到這樣的運(yùn)算速度。最突出的是雷達(dá)的成像難以解釋，這不是SAR所特有的問(wèn)題，而是所有雷達(dá)都普遍存在的問(wèn)題。不同于直觀圖像，人們必須經(jīng)過(guò)訓(xùn)練才能確認(rèn)雷達(dá)圖像所否定這種說(shuō)法，認(rèn)為現(xiàn)在的SAR圖像已經(jīng)非常完美，與普通照片的相像程度已經(jīng)達(dá)到了85％，但是多數(shù)專家們則認(rèn)為，SAR剛剛開(kāi)始由抽象圖像到直觀圖像的轉(zhuǎn)變。為了最大程度地發(fā)揮SAR的優(yōu)勢(shì)，盡量彌補(bǔ)其不足，雷達(dá)越來(lái)越多地作為多傳感器系統(tǒng)的一個(gè)組成部分與其他傳感器配合使用。目前的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)是將來(lái)自各種不同傳感器的信息，比如來(lái)自電光傳感器和來(lái)自SAIl的信息融合起來(lái)。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

余松茂，男，湖北漢川人，63816部隊(duì)，研究方向：火箭發(fā)射的跟蹤測(cè)量。