国外合成孔径雷达的发展历程及现状

雷达诞生于二战中，从雷达诞生起，就与国防密切不可分，战场上希望在雷达屏幕上能看到目标的真实图像，而不仅是一个亮点。五十多年来人们一直在寻找提高分辨率的方法，由于信息论在雷达信号处理领域中的应用和高速数字处理器件的出现。以及现代信号处理的不断发展，导致了高分辨成像雷达的诞生与发展。这使得人们能够在雷达屏幕上看到了目标的图像。成像雷达的出现使雷达具有了对运动目标、地面目标进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力。它对国防现代化建设具有十分重要的意义。成像雷达技术越来越受到重视，发展迅速。现在不仅有各种实孔径成像雷达，而且有各种机载的、星载的和航天飞机载的用于不同目的合成孔径雷达，并且还出现了逆合成孔径雷达和干涉成像雷达。合成孔径雷达是一有源系统，主动向目标发射电磁波，利用接收到的目标回波的信号经处理后成像。因此合成孔径雷达具有全天时全天候工作能力。

合成孔径雷达的思想首先是在1951年6月由美国Goodyear航空公司的Carl Wiley在“用相干移动雷达信号频率分析来获得高的角分辨率”的报告中提出的。报告中提出了将多普勒频率分析应用于相干移动雷达，通过频率分析可以改善雷达的角分辨率，即“多普勒波束锐化”的思想；同时，证明了移动雷达的角分辨率因回波信号中多普勒频率的结构有可能提高，回波信号的瞬时多普勒频移与被测目标沿航迹方向的位置之间存在着一一对应的关系，回波信号的多普勒带宽与波束带宽有关，最窄的角波束发生在垂直于雷达平台速度矢量的侧方。

同年，美国Illinois大学控制系统实验室的一个研究小组在C.W. Sherwin的领导下开始对SAR的研究，当时采用的是非相干雷达，发射波束宽度为4.13 度，经过孔径综合后波束宽度变为0.4度。他们证实了“多普勒波束锐化”的概念，从而在理论上证明了SAR原理，而且于1953年7月成功地研制了第一部X波段相干雷达系统，首次获得了第一批非聚焦SAR图像数据，为以后的聚焦型SAR的研究奠定了基础。

1953年夏，在美国Michigan大学举办的研讨会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线合成为大尺寸的线性天线阵列的概念，即没有必要象真实天线那样在各个位置连续发射和接收，可先在第一阵元位置发收，再在第二阵元位置发收，依次操作并将接收到的回波信号全部储存起来，等最后一个阵元位置发收完毕后将所储存的全部回波信号进行叠加，其效果类似于长线阵天线连续发射和接收(其实，只需用一小天线沿此长线阵轨迹方向前进并发射和接收相干回波信号，对所记录下的接收信号进行适当处理，即可获得一条合成孔径天线的方位向高分辨率)，进而推导出SAR的聚焦和非聚焦工作模式；并在1957年8月成功研制出第一个聚焦式光学处理机载合成孔径雷达系统，获得了第一幅全聚焦SAR图像，从此SAR技术进入实用性阶段。

    六十年代中期，借助于模拟电子处理器的非实时成像处理，SAR光学处理技术得到进一步完善，同时开展了多频多极化SAR应用技术的研究；六十年代末，Michigan环境研究院成功地研制出第一个民用双频双极化机载SAR系统，主要用于北极海洋成像，同时，使用数字电子处理器进行非实时成像处理。

    七十年代，随着电子技术，尤其是VLSI C Very Large Scale IC，超大规模集成电路)技术的飞速发展，SAR的数字成像处理成为必然趋势。七十年代初期，首先使用了高速数字信号处理器进行实时成像处理；七十年代后期，己开始将合成孔径雷达安装在卫星上对地球进行大面积成像。1978年，美国成功地发射了SEASAT-A卫星，采用L波段、水平极化方式。从此开创了星载合成孔径雷达应用技术研究的历史。

八十年代，美国又成功地研制了一系列多频、多极化、多入射角机载SAR。其它一些国家也先后开展了机载SAR技术的研究。美国于1981年11月和1984年10月分别发射了“航天飞机成像雷达”之一SIR-A和之二SIR-B，1994年发射了SIR-C/X-SAR；前苏联也于1991年3月发射了Almaz-1星载SAR；欧空局于1991年7月发射了ERS-1；日本于1992年2月发射了JERS-1；1995年初，加拿大发射了星载合成孔径雷达Radarsat。

目前，国外的机载SAR主要有：美国的AN/APD-10, ERIMX/SIR, ERIM/CCRS，德国的E-SAR；丹麦SAR系列等。已发射的星载SAR主要有：美国的SEASAT-A, SIR-A, SIR-B, SIR-C及“曲棍球”雷达成像卫星；欧洲空间局的ERS-1，日本JERS-1，加拿大的RADARSAT等。即将发射的EOS SAR，作为研究全球变化的多平台EOS ( Earth Observation Satellites)的一个重要组成部分，具有以下优点：三个波段(L, C, X)，多极化(于L波段，四种极化方式；于c, x波段，两种极化方式)，可变分辨率，可变测绘带宽(30－500km )，可变入射角(15⁰-50⁰)，长工作寿命(15年)等，EOS SAR代表着未来星载合成孔径雷达的发展方向。广西善图科技有限公司