对机载合成孔径雷达的研究

[摘要]合成孔径雷达利用微波遥感技术探测地面物态，是一种通用的侦察、监视和目标瞄准方法。论述SAR的应用现状、简要工作原理、性能优势和发展难点。

[关键词]合成孔径雷达 机载雷达 技术发展水平

中图分类号：TN95文献标识码：A文章编号：1671－7597（2009）0320103－01

一、前言

合成孔径雷达是我国科研计划的一项重大研究成果。它利用微波遥感技术，可全天候对地面物态进行探测，通过数字处理变成逼真的图像。这项技术的发展多年来一直处于高度保密状态。近年来，SAlt已成为世界注目的焦点。

二、合成孔径雷达工作原理

像其他大多数雷达一样，机载SAIl是通过精确测量脉冲发射和接收到目标回波间的时间差来确定距离值的。距离分辨率是利用发射的脉冲宽度或持续时间来测定的，最窄的脉冲能产生最优的分辨率。在典型的二维SAIl图像中，距离是沿雷达平台的航迹测量的，它只是其中的一个像元。另外一个是方位，与距离保持垂直，方位分辨率与波束宽度成反比关系。目前，用于恢复图像质量的技术包括以下两种：（1）运动补偿方法，它使用惯性和导航传感器来测量真实天线的运动，这种方法在测量高频运射机，其雷达图像就显得非常明动时效果最佳。（2）自动聚焦，它通过数据的重复处理来产生具有最大对比度的图像，这种方法在测量低频运动时效果最佳。虽然再聚焦使图像出现几何失真，但自动聚焦过程能够有效地测量产生这种失真的交叉航迹方向上的反射的数量，入射角是指雷达波偏移，从而实现修正。获得沿航迹方向分辨率的基本技术同样有两种。在带状成像模式下，雷达波束只对平行于平半。聚束照射模式是在如果表面起伏仅为5o'n，雷达波同一时刻将雷达波束瞄准相同的长为l530伽，几乎就地形区域，持续数十秒，从而获没有辐射会后向反射出去；但同得优于1m的分辨率。当然，聚束模式是以牺牲覆盖为代价的，因为能够照射的区域受到实际雷达波束大小的限制。发射的脉冲为水平或垂直极化，而反射回天线的能量（称之台航迹的地形带进行扫描，最大分辨率仅限于真实天线长度的一为后向反射）极化的取向不定。或垂直可选，在不同频率上获得另一方面，在波束接近目标时，回波会出现负的多普勒菝移，在波束远离目标时则为正倔移。最终的图像由像素组成，其亮度由相应目标景象区域返回的部分发射能量确定，返回能量的多少取决于雷达截面。正常情况下，标准平面的RCS值大约在+5dB（最亮时）和-4odB（最暗时）之间。目标RCS值取决于许多因素，包括反射面的特性、种类和方向，潮湿状况，脉冲极化，天线的相对角度和雷达的频率等。在某些特殊情况下，平直且光滑的表面，例如道路或积水的宽阔区域等，它们的雷达图像看起来通常较暗，因为它们只能以直角反射能量，偏离了发射机方向。另外，向接收机方向倾斜的表面或建筑物群将能量直接反射回发其雷达图像就显得非常明亮。潮湿会使图像亮度增加，因为它对目标的介电常数产生了影响。而且，来自某些线性地貌特征，例如栅栏网或海水波浪的后向散射则受到平台跟踪角的影响，即入射角的增大会减少后向反射的数量，入射角是指雷达波矢量与垂直于地平面的方向间的夹角。粗糙的表面可能会在所有方向上反射能量，所以它们的图像亮度比较适中。但是，表面的粗糙程度是相对雷达波长而言的。如果表面起伏仅为5o'n，雷达波长为l530伽，几乎就没有辐射会后向反射出去；但同样的表面起伏程度在x波段（2.43．8o'n波长）雷达上的图像则要明亮得多。德国宇航研究中心（DLR）对实验型SAR（E-SAR）做过测试，雷达的工作波段包括P、L、C和x波段，天线极化为水平的图像表明：L波段上可见的草丛中的跑道在更低频率图像上并不明显；而X波段回波对表面粗糙程度更加灵敏，但对比度相对较低。后向反射能量的极化同样会影响接收机的检测能力。因此SAIl可以根据它们在水平（H）和垂直（V）极化时的发射和接收能力予以分类，某些雷达能够在所有4种组合形式下工作．即HH即可以不直接飞越某一地区而能、W、HV、对该地区进行地图测绘。

三、合成孔径雷达的性能优势

战斗机通常把射击瞄准雷达和目标识别雷达装在飞机前部，经可以达到0.3mAPG-76雷称为前视雷达。由于雷达天线大小和分辨率高低成正比关系，所以天线一般做得很大，有的达10m长。合成孔径雷达利用电子扫描的方式来代替机械式的天线单元辐射，让小天线也能够起到大天线的作用。

1．全天候。SAIl能全天候工作，能有效地穿透某些掩盖物和伪装。SAIl整天线波束的指向，使波束始终使用的是l3-30cnl的微波波段，“聚焦”照射在同一目标区域。由于微波比可见光和红外辐射穿透能力更强，所以通常用来探测云雾笼罩着的目标，以及深埋于地下或积雪下的物体。大多数的SAIl都工作于x波段或更高的频段，这种频率不能穿透树叶进行探测。UHF波段的雷达能够穿透树叶并能提供比x波段更好的全天候性能。用合成孔径雷达探测不含水分的土壤时，可穿透30m的地层探测到深埋在地下的物体。

2．远距离。SAR具有防区外探测能力，到0.66m。美国G-76雷达也具备更远距的工作能力。另外，程中要不断地调整天线波束的指与红外和电光传感器不同，SAR向，使其始终指向同一块地面的分辨力与距离是无关的，它不会随着距离的增加而降低。

3．高分辨能力。SAR能够以很高的分辨力提供详细的地面测绘资料和图像，系统和天线惯性测量机这种能力对于现代侦察任务至关重要，也是SAR最值得推崇的优越之处。目前SAIl的分辨能力已成像分辨力将会更高。

随着技术的迅速进步，机载处理器也有望达到这样的运算速度。最突出的是雷达的成像难以解释，这不是SAR所特有的问题，而是所有雷达都普遍存在的问题。不同于直观图像，人们必须经过训练才能确认雷达图像所否定这种说法，认为现在的SAR图像已经非常完美，与普通照片的相像程度已经达到了85％，但是多数专家们则认为，SAR刚刚开始由抽象图像到直观图像的转变。为了最大程度地发挥SAR的优势，尽量弥补其不足，雷达越来越多地作为多传感器系统的一个组成部分与其他传感器配合使用。目前的一个发展趋势是将来自各种不同传感器的信息，比如来自电光传感器和来自SAIl的信息融合起来。

参考文献：

[1]刘黎平，双线偏振雷达探测的云和地物回波的特性及其识别方法[J].高原气象，1996,03.

[2]曹俊武，模糊逻辑法在双线偏振雷达识别降水粒子相态中的研究[J].大气科学，2006.11.

[3]张亚萍，雷达定量估测区域降水波束阻挡系数的计算[J].南京气象学院学报，2008.08.

作者简介：

余松茂，男，湖北汉川人，63816部队，研究方向：火箭发射的跟踪测量。