孟禹彤　李淼　趙朋遠(yuǎn)

摘 要：文章主要介紹一種有全天時(shí)、全天候工作能力的高分辨率雷達(dá)——合成孔徑雷達(dá)（SAR），它對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)防技術(shù)現(xiàn)代化具有十分重大的意義。聚束SAR是一種成像模式，它是SAR中比較重要的一種，突破了傳統(tǒng)條帶SAR方位分辨率受限于真實(shí)天線孔徑長(zhǎng)度約束的特點(diǎn)，能夠獲得更高的方位向分辨率。文章簡(jiǎn)要介紹SAR和聚束SAR的發(fā)展及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：聚束SAR；研究現(xiàn)狀；應(yīng)用

1 引言

合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）概念的提出始于上世紀(jì)50年代初期，1952年美國(guó)的Carl Wiley（來自于美國(guó)一家GOODYEAR航空公司）首先提出一種可以得到高的雷達(dá)方位分辨率和方法--多普勒頻率分析法，其后SAR技術(shù)就在軍事演習(xí)以及軍事實(shí)戰(zhàn)等各個(gè)方面得到了廣泛的應(yīng)用，這種技術(shù)在軍事方面的廣泛應(yīng)用有助于增強(qiáng)一個(gè)國(guó)家的軍事實(shí)力與國(guó)防能力，對(duì)于我國(guó)的國(guó)防建設(shè)有著重大的意義。合成孔徑雷達(dá)概念的提出與應(yīng)用突破了原始的雷達(dá)概念，賦予雷達(dá)更加新穎與現(xiàn)代化的定義，同時(shí)，在技術(shù)應(yīng)用上，合成孔徑雷達(dá)也突破了原有的雷達(dá)技術(shù)，在對(duì)于地面成像與信息接收方面有著更高的成就，使得接受信息更準(zhǔn)確、更快速。信息接收速度的提高，大大增強(qiáng)了信息的流動(dòng)性，為地面工作人員提供更多更具有使用性的信息，提高了地面工作的效率與地面工作的質(zhì)量。合成孔徑雷達(dá)技術(shù)（Synthetic Aperture Radar，SAR）正朝多波段、多模式、多極化和高分辨率方向發(fā)展。

2 常用SAR成像模式

SAR技術(shù)的應(yīng)用，對(duì)于我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)等各方面都有著很深刻的影響。但是隨著社會(huì)的進(jìn)步，人們又對(duì)SAR技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用提出更高的要求，為了滿足發(fā)展的要求，人們開始對(duì)SAR技術(shù)的多種應(yīng)用模式進(jìn)行深刻的研究。條帶模式、聚束模式、掃描模式及逆SAR是人們常用的4種SAR成像模式。最基本的SAR成像模式是條帶模式，這種模式下，天線的指動(dòng)方向是不會(huì)隨著雷達(dá)載體的變化而不斷轉(zhuǎn)變的，它會(huì)隨著載體的運(yùn)動(dòng)軌跡獲得與飛行的路徑相互平行的區(qū)域，這種區(qū)域的形狀一般是帶狀的，這種帶狀區(qū)域會(huì)呈現(xiàn)出一系列的微波圖像，從而得到上百公里之間的條帶寬度。聚束模式的天線波束指向在回波信號(hào)采集時(shí)間內(nèi)始終對(duì)準(zhǔn)成像區(qū)域，高分辨率的雷達(dá)圖像是通過它延長(zhǎng)對(duì)目標(biāo)的照射時(shí)間來獲得的，該模式適用于對(duì)外部景物進(jìn)行精細(xì)成像。SAR的擴(kuò)展模式是掃描模式，通過天線波束指向的變化，它能夠?qū)崿F(xiàn)不同子條帶間的掃描，得到寬測(cè)繪帶的雷達(dá)圖像。

3 聚束式合成孔徑雷達(dá)（Spotlight Mode SAR）

在SAR超高分辨率成像中一種重要的高分辨率成像模式，是聚束式合成孔徑雷達(dá)（Spotlight Mode SAR）成像。該模式下，為了使得波束指向在采集回波信號(hào)時(shí)間內(nèi)一直對(duì)準(zhǔn)地面同一成像區(qū)域，雷達(dá)視線不斷地進(jìn)行著調(diào)整，這樣極大地提高了成像區(qū)內(nèi)目標(biāo)的被照射時(shí)間，也叫做對(duì)目標(biāo)回波的相干積累時(shí)間，增大了相干積累角，從而能夠在較長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間內(nèi)，獲得普通條帶SAR不能夠有的細(xì)微方位分辨率。聚束SAR的方位分辨率不受限于真實(shí)天線孔徑長(zhǎng)度的約束，突破了傳統(tǒng)條帶SAR方位分辨率，并且聚束SAR可獲得有關(guān)目標(biāo)不同側(cè)面的信息因其雷達(dá)波束可以不同的視角照射成像目標(biāo)。所以基于上述特點(diǎn)，聚束SAR在自動(dòng)目標(biāo)探測(cè)（ATD）、目標(biāo)識(shí)別、特征提取、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTI）等領(lǐng)域具有極大的應(yīng)用前景。

4 國(guó)外聚束式SAR發(fā)展現(xiàn)狀

聚束式SAR在國(guó)外一些發(fā)達(dá)國(guó)家的個(gè)別實(shí)際系統(tǒng)中已經(jīng)開始得到應(yīng)用，并廣泛地應(yīng)用于多傳感器信息融合以及高分辨率戰(zhàn)場(chǎng)偵察等領(lǐng)域。在另一部由海軍空中防御中心（NAWC）和ERIM聯(lián)合研制的P-3/SAR系統(tǒng)中，聚束模式的成像分辨率為方位0.66m和距離0.33m，該系統(tǒng)搭載在海軍P3C飛機(jī)上，并可以用于遠(yuǎn)程戰(zhàn)略偵察。而其國(guó)家的APG76雷達(dá)同樣也搭載有聚束成像的技術(shù)。TESAR（Tactical Enhanced SAR），研發(fā)于諾思羅普一格魯曼（Northrop Grumman）公司，雷達(dá)工作于Ku波段，聚束模式下分辨率可達(dá)0.3m。國(guó)內(nèi)目前著重于聚束SAR算法的仿真成像及機(jī)理研究。

隨著數(shù)字信號(hào)處理理論的發(fā)展和數(shù)字處理機(jī)的出現(xiàn)，各種高效的自聚焦方法、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和SAR成像算法也隨之產(chǎn)生。應(yīng)用于聚束SAR的主要成像算法有距離徙動(dòng)算法（RMA）、極坐標(biāo)格式算法（PFA）、Chirp Scaling算法（CSA）、卷積反投影算法（CBP）、Frequency Scaling算法（FSA），主要的自聚焦算法有圖移技術(shù)（Mapdrift）、相位梯度自聚焦算法（PGA）等。

5 結(jié)束語

合成孔徑雷達(dá)（SAR）是二戰(zhàn)后發(fā)展起來的一種高分辨率成像雷達(dá)，它可以全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離地獲取照射區(qū)域的雷達(dá)圖像。SAR采用較短的天線就能夠獲得方位和距離兩個(gè)方向的高分辨率雷達(dá)圖像，綜合運(yùn)用了脈沖壓縮技術(shù)、合成孔徑技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)。通過發(fā)射大帶寬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)距離向高分辨率的獲得；利用雷達(dá)天線和目標(biāo)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)方位向高分辨率，即利用多普勒效應(yīng)通過數(shù)據(jù)處理的方法。SAR技術(shù)在軍事領(lǐng)域與民事領(lǐng)域都有著很廣泛的應(yīng)用，在經(jīng)濟(jì)與科技都逐漸趨于現(xiàn)代的社會(huì)，SAR技術(shù)也朝著現(xiàn)代化、信息化、高速度、高效率的方向發(fā)展。聚束模式在SAR的眾多工作模式中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱岱寅，朱兆達(dá).方位掃描SAR區(qū)域成像研究[J].航空學(xué)報(bào)，2005，26（2）：208～213.

[2]孫兵，周蔭清，陳杰，等.高速俯沖SAR成像方法研究[J].電子與信息學(xué)報(bào)，2004，26（增刊）：173～180.

[3]孫進(jìn)平.機(jī)載聚束模式合成孔徑雷達(dá)的成像算法研究[D].北京：北京航空航天大學(xué)，2001，9.

[4]Mark A. Richards著， 邢孟道， 王彤， 李真芳， 等譯. 雷達(dá)信號(hào)處理基礎(chǔ)[M]. 北京： 電子工業(yè)出版社， 2008， 320～322.

[5]Ian G. Cumming， Frank H. Wong著，洪文，胡東輝，等譯.合成孔徑雷達(dá)成像——算法與實(shí)現(xiàn)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[6]毛新華.PFA在SAR超高分辨率成像和SAR/GMTI中的應(yīng)用研究[D].南京：南京航空航天大學(xué)，2009.endprint