空间微波遥感技术发展现状及趋势

张润宁 王国良 梁健 张旭 王旭莹

(1 中国空间技术研究院遥感卫星总体部，北京 100094)

(2 航天东方红卫星有限公司，北京 100094)

微波是频率范围在300 MHz～300 GHz之间的无线电波，空间微波遥感技术是以空间飞行器作为微波遥感器的支撑平台，对远距离目标实施观测、识别和分析的技术总称，是空间技术和遥感技术的综合。

空间微波遥感技术具有如下的独特优势[1-2]：①能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作的能力；②不受光照的影响，可以全天时工作；③具有一定的地表和森林植被的穿透能力，对研究植被覆盖和检测隐蔽目标等具有很好的作用；④具有多极化信息获取能力，可获得更丰富、更全面的目标信息；⑤可以提供不同于可见光和红外遥感所能提供的某些信息，比如主动微波遥感具有测量距离和相位信息的能力，可以用于大地水准面的测量和三维信息的获取等，还可以用于海洋动力学特性的研究等；⑥具有大幅宽观测、不受地域限制的优势。

由于基于空间平台的空间微波遥感技术的上述特点，目前已成为对地和对宇宙观测的重要手段，受到各国的广泛重视。在军事成像侦察与监视、地形测绘、打击效果评估、灾害与环境监测、资源调查及海洋研究、空间科学探测等领域显示出广泛的应用价值和巨大的潜力[3]。

微波遥感载荷一般分为有源和无源两类。有源微波遥感载荷工作时需要向目标发射电磁波，然后再接收从目标反射或散射回来的电磁信号。无源微波载荷无需向目标发射电磁波，仅被动地接收目标辐射的电磁波。常用的星载微波遥感载荷有合成孔径雷达(SAR)、高度计、微波辐射计、散射计等。本文以合成孔径雷达、雷达高度计、微波辐射计、微波散射计等典型载荷为代表对空间微波遥感技术的发展现状及发展趋势进行分析。

1 空间微波遥感技术发展现状

1.1 星载合成孔径雷达

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)作为一种主动式微波成像遥感器，通过发射宽带调频信号和脉冲压缩技术实现距离向高分辨率，通过方位合成孔径技术获得方位向高分辨率。

从1978年美国发射第1颗SAR卫星“海洋卫星”(Seasat)开始，星载SAR逐渐成为对地观测领域的研究热点，很多国家都陆续开展了星载SAR技术研究并制定了相应的星载SAR卫星系统发展规划。进入21世纪以来，世界上多个航天强国相继部署了各自的星载SAR卫星系统，并实现了SAR卫星的更新换代，其中美国发射了5颗“未来成像架构”(FIA)卫星，俄罗斯发射了一颗秃鹰-E(Kondor-E)卫星，以色列发射了1颗地平线-10(Ofeq-10)卫星，韩国发射了阿里郎-5(kompsat-5)卫星，欧洲航天局发射了2颗“哨兵-1(Sentinel-1)”卫星，印度发射了雷达成像卫星-1(RISAT-1)。同时，美国、德国、意大利、加拿大等国家都对其现有的SAR卫星进行更新换代。英国、阿根廷、西班牙等国家也已发射自己的首颗SAR卫星[4-5]。

美国在其第一代“长曲棍球”(Lacrosse)雷达侦察卫星系列之后，相继发射5颗“未来成像架构”(Future Image Architecture，FIA)雷达卫星，其轨道高度为1100 km，成像最高分辨率优于0.3 m，整星质量约3300 kg，采用了大型伞状反射面天线。

德国在其陆地观测系列卫星中发射了2颗雷达卫星，第1颗陆地雷达-X频段卫星(TerraSAR-X)于2007年发射，第2颗于2010年发射。2颗星载SAR组成X频段陆地合成孔径雷达-附加数字高程测量(TanDEM-X)编队(如图1所示)，并能够协同工作实现干涉测绘功能，TerraSAR-X除了能够实现条带、扫描、滑动聚束等功能外还在轨验证了能够去除星载波束扫描合成孔径雷达(ScanSAR)模式中扇贝效应的TOPS模式、能够进行高分辨率成像及识别的凝视聚束模式以及可以进行海洋宽幅监测的超宽幅ScanSAR模式，其凝视聚束模式分辨率最高可达0.8 m(距离向)×0.16 m(方位向)。

图1 德国TanDEM-X双星编队示意图

在下一代TerraSAR系统(TSX-NG)中，距离向分辨率将由目前的0.8 m提高到0.2 m，TSX-NG还会利用3～5颗组网的形式以提高对成像需求的响应时间。

俄罗斯在2013年的发射Kondor-E卫星，质量约为1150 kg，部署在高度约500 km的太阳同步轨道，其有效载荷为S频段合成孔径雷达，载荷天线为口径6 m的网状反射面天线，其聚束模式分辨率为1 m，如图2所示。

图2 俄罗斯Kondor-E星载SAR整星结构示意图

加拿大于2019年发射了“雷达卫星星座任务”(RCM)星座，RCM星座为“雷达卫星”(RadarSat)系列的后续系统，与RadarSat系列卫星相比，RCM星座仍采用C频段SAR载荷，并新增了舰船自动识别系统(AIS)，卫星质量由RadarSat-2的2200 kg降为1400 kg，RCM星座三星运行于同一轨道面，等相位分布，三星组网后可通过干涉测量实现地表形变的监测。

近年来国内星载SAR卫星也取得了突出的成就，频段覆盖L、S、C、X、Ka等频段，其技术水平整体达到国际先进水平。

2012年我国发射了由航天东方红卫星有限公司抓总研制的首颗民用的环境一号-C(HJ-1-C)SAR卫星(图3)，卫星采用CAST2000小卫星平台，整星重约830 kg，有效载荷为S频段SAR，其采用了6.0 m×2.8 m的可折叠式网状抛物面天线，其条带模式成像分辨率为5 m，环境一号C卫星成功发射取得了重要的技术及应用成果，填补了我国星载构架式可展开天线技术领域的空白，首次实现星载集中式SAR体制在轨检验和成像，并首次开展了S频段SAR图像数据在环境减灾领域的应用研究[6]。

图3 HJ-1-C卫星在轨示意图

HJ-1-C卫星后续星目前正在进行工程研制，其标称分辨率仍为5 m，通过增大天线口径并对馈源进行优化设计，其系统灵敏度在HJ-1-C卫星的基础上提升了约2～3 dB，相比于HJ-1-C单极化，后续星可选择单极化、双极化、四极化，同时通过增大观测幅宽提升了对目标区域的重访与覆盖能力，星上增加了数据应急处理分系统，具备星上实现SAR图像几何校正、成像等功能的能力，可优先将应急数据下传到地面，卫星预计于2022年发射。

2016年成功发射了由中国空间技术研究院抓总研制的我国首颗C频段全极化多模式SAR卫星——高分三号(GF-3)卫星(图4)，GF-3卫星具有高分辨率、大成像幅宽、高辐射精度、多成像模式和长时工作的特点，能够全天候和全天时实现全球海洋和陆地信息的监视监测，GF-3卫星有20种工作模式，最高分辨率达到1 m，整星质量2779 kg。卫星发射以来已经成为资源监测、灾害应急不可或缺的重要手段，广泛应用于国民经济的各行业[7]。

图4 GF-3卫星在轨示意图

此外由中国空间技术研究院遥感卫星总体部抓总研制的世界首颗高轨SAR卫星已进入正样研制阶段，高轨SAR卫星运行于地球同步轨道，具备大幅宽、快重访的能力，可向用户提供分辨率优于20～50 m的SAR图像，有效满足防灾减灾及应急监测需求，同时兼顾国土资源、地震、水利、气象、海洋、环保、农业、林业等行业应用需求。

近年来随着设计理念及星上电子器件和机电产品技术的不断进步，微小型SAR卫星成为空间微波遥感领域的新热点。特别是2018年以来，以芬兰“冰眼”(ICEYE)系列卫星、美国Capella系列卫星(图5)、日本Strix卫星和QPS卫星为代表，世界各国共研制发射了20余颗微小SAR卫星，均为百千克量级，最高分辨率可达0.5 m。与大中型SAR卫星单星或小规模星座组网应用相比，各国计划建设的微小SAR卫星星座规模达到几十颗至上百颗。微小型SAR卫星的批量化研制、规模化部署和网络化运行将带来空间微波遥感应用模式和商业模式的新变革。

图5 美国Capella卫星在轨示意图

1.2 星载雷达高度计

雷达高度计(Radar Altimeter)是主动式工作的微波遥感器，传统的雷达高度计以飞行器的轨道为基准，向地面发射电磁脉冲，并接收地面反射的回波，通过测量发射信号和接收信号之间的时间延迟，来测量与其垂直的地球表面的距离[8]。

通过对雷达高度计直接测量的雷达回波波形的信息提取可以获得海面高度、有效波高等数据产品，进一步开展数据产品的反演数据可获得包括海洋地球物理学、海洋动力学、海洋气候与环境、海冰监测等诸多应用领域的专题应用产品。雷达高度计测量技术目前已经成为重要的用于海洋观测不可或缺的遥感手段。

自1973年美国的天空实验室(Skylab)验证了星载雷达高度计的方案以来，雷达高度计经历了近50年的发展，测量精度也从最初的米级提高到了现在的厘米量级。目前装载了雷达高度计的卫星绝大部分来自美国和欧洲，美国和法国合作研制的Jason系列卫星是高度计卫星最典型的代表，目前在轨的可提供高度计应用数据的卫星包括美/法的Jason系列卫星、欧洲航天局的“冷星”(CryoSat)系列卫星和我国的海洋二号系列卫星等[9]。

星载雷达高度计的发展经历了传统星下点高度计、星下点合成孔径雷达高度计以及宽刈幅干涉型高度计三种体制的发展历程，其中Jason-3卫星、CryoSat-2、Sentinel-3A/B卫星采用了合成孔径雷达高度计，其利用卫星运动，经多普勒锐化将天线波束变成多个子波束，每个子波束在传统圆形天线足迹内形成条带状的波束足迹，即采用合成孔径技术提高了沿轨迹空间分辨率，同时在卫星飞行过程中，条带区域内的目标被子波束依次扫视，将不同位置接收的回波信号进行延迟距离校正后叠加，实现目标的多次测量，提高了信噪比，比起传统回波波形，合成孔径雷达高度计的回波前沿更陡峭，信噪比更高，从而获得更高的测距精度[10-11]。

宽刈幅雷达高度计规划包括Jason-CS、SWOT等[12-15]，使用了干涉型成像高度计。干涉型成像高度计采用干涉技术获取高程信息的原理，虽然理论上绝对测高精度不及传统高度计，但其具有宽刈幅观测能力，可以大大提高海面高度和有效波高的探测效率，同时其通过各种差分校正技术和信号处理手段，可以在宽刈幅内获得相对高的测高精度满足特定的应用需求，此外可以获得海洋波浪谱信息，兼顾了海洋和陆地的成像功能，SWOT卫星的观测刈幅可达120 km，如图6所示。

图6 SWOT卫星在轨效果图

我国目前已发射的海洋二号系列卫星采用传统雷达高度计，测高精度优于5 cm；合成孔径雷达高度计也已进入工程研制阶段；2016年9月16日，由中科院国家空间中心研制的三维成像微波高度计随天宫二号空间实验室发射升空开展原理验证工作，成为国际上第一个实现宽刈幅高度测量的三维成像高度计，在400 km的轨道高度上在定轨精度20 cm的条件下实现了幅宽30～35 km，相对测高精度为8.2 cm的指标。

1.3 星载辐射计

星载微波辐射计是一种被动式微波遥感设备，通过接收被观测场景辐射的微波能量来探测目标特性。当微波辐射计的天线主波束指向地面时，天线收到地面辐射、地面散射和大气辐射等辐射流量，引起天线视在温度的变化。天线接收的信号经放大、滤波、检波和再放大后，以电压的形式给出。对微波温度探测辐射计的输出电压进行定标后，即建立起输出电压与天线视在温度的关系，就可以确定所观测目标的亮温度，该温度值包含了辐射体和传播介质的一些物理信息[16]。

星载微波辐射计已发展成为观测大气与地球表面的重要遥感手段，具有全天候、全天时的对地观测能力，可获取大气温度、湿度、水汽、降雨含量、海冰分布等地表、海洋和大气的重要信息，是气象卫星和海洋卫星的重要遥感载荷。

美国的Seasat系列卫星、国防气象卫星(DMSP)、“诺阿”(NOAA)气象卫星、“科里奥利”(Coriolis)卫星都搭载了微波辐射计，我国的风云三号卫星、云海一号卫星、海洋二号系列卫星(图7)也搭载了微波辐射计[17]，目前海洋二号系列卫星已成功发射4颗，海洋二号B星、C星、D星相继于2018年、2020年、2021年成功发射并在轨稳定运行，三星组网构成我国首个海洋动力环境卫星星座。

图7 海洋二号卫星在轨示意图

微波辐射计目前的发展方向主要包括全极化辐射计及综合孔径辐射计[18]。

传统的微波辐射计只是测量目标微波辐射的H和V极化分量的辐射亮温。研究表明除了H和V极化分量，Stokes矢量的其它分量即两个极化分量的复相关分量，能够提供更多的关于目标的信息，由此星载全极化微波辐射计得到了快速的发展和应用，全极化微波辐射计可以测量海面微波辐射全部4个Stokes参数，与传统的微波辐射计只能测量水平和垂直极化两个Stokes参数(TV、TH，前两个Stokes参数)相比，第3和第4个Stokes参数对于粒子分布的方向非常敏感，这是测量大气有关粒子分布方向信息很好的两个候选参数，通过反演获得测量海面风场(风速、风向)信息，美国的Coriolis卫星搭载了全极化辐射计，其测温精度达到0.75 K，并能够提供高精度的海面风场测量数据，我国全极化微波辐射计也已进入工程研制。

星载微波辐射计要提高空间分辨率，就必须设法增大天线的物理口径，而天线物理口径过大对于其星载应用会带来很大的困难，综合孔径微波辐射测量技术将一个大口径天线等效分割成若干个小口径天线的思想，通过基线设计和组合干涉测量得到所有的小口径天线组合的测量结果，并对这些干涉测量结果进行相干处理，来得到被测目标的辐射亮温，美国于2002年发射的HYDROSTAR辐射计为综合孔径辐射计，其工作在L频段，采用一维稀疏天线阵，在交轨方向采用孔径综合技术，在顺轨方向采用天线真实口径进行观测，其星下点分辨率为27 km，目前在轨运行的土壤湿度和海洋盐度卫星(SMOS)搭载的MIRAS为全球首个二维综合孔径微波辐射计，其具有1000 km观测幅宽、40 km分辨率和1 K灵敏度[19-21]。

1.4 星载散射计

星载微波散射计是专门用来从空间大范围定量测量被观测面(或体)散射特性即后向散射系数的有源微波遥感器，星载微波散射计对海面风矢量的测量是通过在不同方位角测量海面同一区域的归一化雷达后向散射系数，并利用后向散射系数和海面风的几何模型函数来推导出海面风的速度和方向，从而得到海洋表面的矢量风场。星载微波散射计的基本体制主要包括笔形波束(也称为点波束)体制和扇形波束体制两类。笔形波束体制的分辨能力通常靠角度测量来获得，扇形波束体制的分辨力由距离测量来获得，也可由速度测量来获得[22-23]。

美国发射了海洋卫星-A(Seasat-A)，它首次证明了散射计可以对海洋上空的风矢量进行全天候测量。自Seasat-A以后，美国、欧空局、日本等先后研制并成功发射了多个散射计，其中最具代表的是NASA喷气推进实验室(JPL)研制的NSCAT扇形波束微波散射计和SeaWinds笔形波束微波散射计[24]。

星载散射计的两个重要的发展方向为扇形波束圆锥扫描体制散射计以及极化散射计，扇形波束圆锥扫描体制结合了点波束圆锥扫描以及扇形波束的优势，通过获取扫描过程中对同一目标的不同入射角观测值无模糊反演风场矢量，航天东方红卫星公司研制的中法海洋卫星(CFOSAT-1)搭载了一台扇形波束扫描散射计，风速测量精度达到2 m/s[25]，如图8所示。

图8 中法海洋卫星在轨效果图

星载散射计的另一个发展方向是极化散射计，极化散射计同时测量常规的同极化后向散射系数，以及同极化和交叉极化的雷达回波的相关系数。利用同极化和极化相关信号的对称性质的差异可以解决风向模糊问题，同时提高整个观测带内的风向反演性能。此外，采用极化散射计还有可能将大气中雨的影响去掉，提高降雨情况下风的反演精度。

2 空间微波遥感技术应用需求分析

2.1 星载合成孔径雷达

随着星载合成孔径雷达技术以及地面数据处理与反演技术的进步，各应用行业对星载合成孔径雷达提出了诸多新的应用需求。

2.1.1 高分宽幅成像需求

在应用中，一方面期望SAR具有很高的分辨率以获得更多的目标细节信息，另一方面同时期望SAR可以对场景目标进行大范围观测，自SAR技术应用于遥感观测以来，高分辨率和宽测绘带一直是牵引SAR技术发展的两个主要引擎，传统的星载SAR体制在空间分辨率与测绘带之间存在制约关系，需要采用新的体制及技术手段解决高分辨与宽覆盖之间的矛盾，在充分考虑星上资源约束的情况下实现相对高分宽幅。

2.1.2 定量化应用需求

当前各行业用户对SAR卫星定量化应用支持能力提出了很高的要求，这就要求SAR图像辐射精度和几何精度等性能指标达到较高的应用水平才能反演出高精度的行业应用信息，这需要卫星设计、研制、数据处理、定标等各个环节来共同保证。

2.1.3 地理测绘及地表形变测量需求

SAR卫星通过干涉测量可获得场景内的高度信息，进而获得DEM信息，自然资源管理、交通运输、应急管理对DEM信息的获取提出了迫切的要求，此外通过差分干涉可获得地表形变信息，这对灾害预警、重要基础设施地质环境监测具有重要意义，这些需求对卫星轨道控制、干涉基线测量与保持、干涉数据处理都提出了较高的要求。

2.1.4 穿透探测需求

低频电磁波具有一定的穿透性，利用其对植被的穿透性可以实现对生物量的估计，利用电磁波对沙漠、冰川、冻土等介质的穿透性可以实现地下目标探测、全球气候变化研究。

2.1.5 快速重访的需求

传统的星载SAR受轨道重访周期的限制无法满足某些特定的应用需求，卫星应急应用及战术侦察对重访提出了较高的要求，可通过增加卫星平台左右侧视机动能力、多星组网、高轨SAR等技术手段满足快速重访的需求。

2.2 星载雷达高度计

2.2.1 高的测高精度和高时空分辨率需求[26]

传统雷达高度计为星下点的测量，对观测物理现象的时空分辨率通过轨道星下点轨迹的合理设计来保证，中小尺度的海洋现象既需要提高空间分辨率也需要提高其时间分辨率(及缩短重访周期)以获取其高的时空谱信息，此外高精度的海洋重力场及海底地形反演对测高精度和空间分辨率也提出了更高的要求。

2.2.2 近岸观测能力需求

近岸区域，雷达高度计回波受到陆地回波及较大有效波高的影响，测距精度较差，但近岸区的海洋现象对海洋生物、生态系统以及污染物的扩展都有重要影响，这就要求在近岸区域能够实现高精度的测量。

2.3 星载辐射计

全球性的高精度海洋温度测量对海洋动力环境与海洋生态环境的反演至关重要，海洋温度是决定海气界面水循环和能量循环的一个重要参数，从而决定全球的水循环和能量收支平衡。台风的强度、频率、发生和登陆位置很大程度都决定于其下垫面海水温度对台风的维持、促生和衰减过程。大尺度的气候变化包括厄尔尼诺、南方涛动和北大西洋涛动，都具有明显的海面温度变化特征，高空间分辨率、高精度的海面温度测量对海洋动力环境监测、海洋环境预报、防灾减灾都具有重要意义。

2.4 星载散射计

星载散射计用于对海面风场的测量，海面风场作为海洋环流的主要驱动力，调制着海洋与大气之间的热通量、水汽通量、气溶胶粒子通量等，进而调节海洋与大气之间的耦合作用，最终确定并保持着全球或区域的气候模式。风速的分布决定着波高的分布以及海洋涌浪的传播方向，并能预测涌浪对船只、近岸建筑以及海岸带的影响。因此，高精度、高空间分辨率海面风场监测对于理解海洋与大气之间的相互作用、开展海洋大气领域、近岸船舶航行等至关重要。

3 空间微波遥感技术发展趋势分析

3.1 星载合成孔径雷达

3.1.1 多种成像模式

早期SAR成像基本模式包括条带、扫描、聚束模式，在高分宽幅、三维成像、图像质量提升等需求的牵引下，SAR成像模式向着更多样化的趋势发展，逐步衍生出了滑动聚束、马赛克、TOPS、层析SAR、阵列SAR的等新型成像模式及成像体制，未来随着信息获取自由度的扩展及数据处理方法的技术进步，解决特定需求的新成像模式及成像体制将不断涌现[27]。

3.1.2 频段的扩展以及多频段的融合

对SAR系统而言低频段具有很好的穿透性能，可实现植被、浅层地表以及冰川、冻土的穿透，可应用于生物量估计、地质研究、次地表目标探测等领域；高频段SAR系统具备近光学的成像能力，图像目标细节特征清晰、棱角明显，更有利于目标的识别确认，可应用于精细化农业分类、精确有效灾害监测和评估、高效精准边防、海防、海上救援，SAR系统在现有成像频段的基础上向更高频及更低频的方向发展。在机载多频段SAR的基础上，星载SAR系统也将也不断涌现。

3.1.3 极化与干涉SAR的融合

同一目标对不同极化信号有不同的响应，每种极化可以获得各自独特的信息，因此多极化测量获得的极化矩阵数据可以提高目标散射特性的获取能力，考虑不同的应用场景及系统实现代价，SAR成像的极化方式由传统的单极化系统向全极化、圆极化、简缩极化SAR的方向发展。

干涉体制的相干系数的测量与多极化体制的散射矩阵的测量相结合可以同时获得散射体的高度信息和结构信息。

3.1.4 SAR产品空间、时间维度的发展

SAR成像空间维度的发展主要为由传统的二维成像向三维成像发展，SAR三维成像主要基于层析SAR，利用SAR卫星在层析高度维的多次飞行实现合成孔径，在传统二维成像的基础上实现三维成像。传统侧视SAR卫星可通过多次航过将高度维作为层析方向，实现三维成像。下视层析雷达通过多航过层析实现跨航向的高分辨，高度向高分辨通过大带宽信号脉压实现，航向高分辨通过合成孔径技术实现。

SAR成像时间维度的发展主要为通过多孔径技术实现视频SAR成像，视频SAR具备更强的动态信息获取能力，由于SAR成像的合成孔径时间远大于光学图像的曝光时间，故运动目标由于长合成孔径时间的原因会产生散焦和移位，对视频SAR而言动目标的重聚焦与重定位是数据处理的难点问题。

在时间维度上差分干涉SAR通过长时间序列的积累，可以用于跨年度的时间尺度的毫米量级的微小地表形变的监测。

3.1.5 SAR卫星平台多样化发展

卫星轨道高度由传统的低轨向超低轨、中轨、高轨方向发展，超低轨道SAR卫星相对低轨卫星而言具有发射功率低、天线尺寸小、易于小型化实现等独特优势，中高轨道SAR卫星以其大幅宽、快重访成像备受青睐。

对SAR卫星平台而言，其向超大型平台及微小型平台两个方向发展，超大型平台主要应用于地球同步轨道SAR卫星、长时间开机SAR卫星，微小型平台主要应用于实现单一特定功能的SAR卫星。

此外SAR卫星平台向着分布式或者编队的方向发展，分布式SAR是将SAR载荷及其天线按照一定的要求或规律分解分置在不同卫星上，各卫星按一定的构形编队飞行并协同工作的多天线雷达体制，能够通过多基线、多视角、多波段、多极化等提供的互补信息，完成宽测绘带高分辨成像、超分辨成像、高程反演、动目标检测等多种任务。

3.2 雷达高度计

测高精度、时空分辨率是雷达高度计应用过程中的重要指标，雷达高度计目前测高精度达2～3 cm，网格产品分辨率达到10～20 km；雷达高度计的发展历程是提升测高精度与时空分辨率的过程，在传统星下点高度计的基础上为提高其沿轨迹向的分辨率及测高精度，发展出了合成孔径高度计。为了满足高时空分辨率的需求，形成了多星编队测高、干涉型成像高度计等技术体制，典型干涉型成像高度计系统为SWOT计划，其测量示意图如图9所示，其在一定程度上实现了时空分辨率的有效提升。未来雷达高度计将向着更高测高精度、更高时空分辨率的方向发展[28]，有望实现高程精度优于1 cm，网格分辨率优于10 km的产品。

图9 宽刈幅干涉高度计(SWOT)测量示意图

3.3 星载辐射计

星载辐射计向着更高测温精度、更高空间分辨率的方向发展，测温精度由目前的0.5～1 K向优于0.5 K发展，高测量精度依靠硬件系统及数据处理技术进步保证；空间分辨率目前为50～100 km，热流阻挡层、热盐环流等海洋现象的观测目标对空间分辨率提出了更高的要求，高空间分辨率通过大口径天线或合成孔径实现，当前已有在轨应用的合成孔径辐射计系统。此外，全极化辐射计也是辐射计发展的重要方向之一，通过测量全部4个Stokes参数反演得到海面风场的信息，利用全极化辐射计实现传统辐射计与散射计的功能。

全极化辐射计可利用所有极化方式获取多种海面物理信息，有效提高了观测效率，合成孔径辐射计可实现高空间分辨率辐射亮温观测，将二者有机结合，把全极化模式和合成孔径技术用于同一微波辐射计天线，形成高分辨率、多功能的全极化合成孔径辐射计(FPIR)可进一步提高微波遥感卫星的工作效率。

3.4 星载散射计

星载散射计主要通过不同方位对海面同一观测单元进行测量，通过对后向散射系数的测量无模糊反演风速与风向信息；更高的测量精度依靠更多的测量自由度保证，目前风速测量精度优于2 m/s，通过全极化、双频、扇形波束圆锥扫描增加极化、频率、入射角的自由度，多自由度信息获取后通过数据处理及模型修正能够进一步提升星载散射计的测量精度，未来星载散射计将围绕多自由度信息获取以实现高精度无模糊反演风场信息为目标继续发展。

4 发展建议

4.1 统筹规划，构建我国空间微波遥感体系

在梳理不同行业用户需求的基础上，针对不同探测要素的测量方法，结合现有空间微波遥感系统现状及技术体制发展趋势，进行统筹规划，制定我国空间微波遥感体系的发展战略，最大限度发挥体系的应用能力。

4.2 重点构建满足特定需求的高性能卫星系统

针对不同用户的特定需求，发展功能相对专一的空间微波遥感系统是满足“高精尖”应用需求的最佳策略，在此基础上，明确卫星系统体系定位的前提下，不同卫星系统担负各自的职责，通过体系内部不同系统协同工作实现不同要素、不同维度的探测以满足多样化应用的需求。

4.3 关注载荷多种技术路线及技术体制融合发展

针对空间微波遥感各类载荷的发展路线，结合实际应用需求，在分析各技术体制与技术路线特点的基础上，将各种技术体制取长补短，进行多种技术路线与体制的融合设计。以最佳的系统方案和工程代价满足应用需求并保证相关领域的技术水平处于国际前沿。

4.4 重视空间微波器件的技术突破与工程实现

当前在微波载荷模式设计、数据处理算法研究等领域已取得诸多研究成果和工程产品，技术水平已达到同国外并跑甚至领跑的水平，但空间微波器件以及与其相关的材料、工艺等基础学科与日益增长的需求尚有差距，未来需更加重视空间微波器件及其相关基础学科的发展。

4.5 优化星地一体化指标体系，充分挖掘潜在应用效能

空间微波遥感载荷探测要素复杂，数据获取和处理过程中星地一体关联性强和耦合关系复杂，目前地面处理和产品反演能力成为制约微波遥感卫星效能充分发挥的瓶颈，单靠提升星上硬件产品的性能和精度已不能提升最终产品精度，对星地一体化指标及其匹配性必须给予充分重视，此外，后续需加大对数据处理与反演模型的研究和投入，并通过理论分析、仿真计算、试验、定标等多种手段辨识空间微波遥感载荷探测过程中的各类误差因素，并对反演和补偿方法进行星地一体化优化，进一步提升空间遥感器的使用效能和定量化应用水平。

4.6 研究信息识别能力提升的方法

卫星获取的数据最终是要进入信息提取和识别的环节，在卫星以及载荷系统的设计时既要关注传统工程参数指标(比如分辨率、信噪比等)的实现，也要关注影响人工判读甚至机器判断的定性、定量的非工程参数性质的指标，同时要关注和研究适应未来机器智能判读和识别的指标体系。此外，随着遥感器性能指标的不断提升，传统的信号模型和处理算法已经不能完全适应和充分发挥遥感器的潜在性能，为此，必须对相关的散射模型、处理及反演方法进行深入研究，以进一步适应未来智能化处理的发展需求。

5 结束语

空间微波遥感技术发展取得了巨大的进步，探测要素测量精度不断提升，各种满足特定需求的新概念、新技术、新体制不断涌现，相关技术已逐步突破，其工程化进程也在稳步推进，未来空间微波遥感将以更高的性能、更灵活的配置、更加智能化和更加面向大众的方式在国民经济建设、国家安全保障和人民生活领域作出更大的贡献。