简析聚束SAR技术发展与应用

孟禹彤　李淼　赵朋远

摘 要：文章主要介绍一种有全天时、全天候工作能力的高分辨率雷达——合成孔径雷达（SAR），它对于国民经济建设和国防技术现代化具有十分重大的意义。聚束SAR是一种成像模式，它是SAR中比较重要的一种，突破了传统条带SAR方位分辨率受限于真实天线孔径长度约束的特点，能够获得更高的方位向分辨率。文章简要介绍SAR和聚束SAR的发展及国内外研究现状及应用。

关键词：聚束SAR；研究现状；应用

1 引言

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）概念的提出始于上世纪50年代初期，1952年美国的Carl Wiley（来自于美国一家GOODYEAR航空公司）首先提出一种可以得到高的雷达方位分辨率和方法--多普勒频率分析法，其后SAR技术就在军事演习以及军事实战等各个方面得到了广泛的应用，这种技术在军事方面的广泛应用有助于增强一个国家的军事实力与国防能力，对于我国的国防建设有着重大的意义。合成孔径雷达概念的提出与应用突破了原始的雷达概念，赋予雷达更加新颖与现代化的定义，同时，在技术应用上，合成孔径雷达也突破了原有的雷达技术，在对于地面成像与信息接收方面有着更高的成就，使得接受信息更准确、更快速。信息接收速度的提高，大大增强了信息的流动性，为地面工作人员提供更多更具有使用性的信息，提高了地面工作的效率与地面工作的质量。合成孔径雷达技术（Synthetic Aperture Radar，SAR）正朝多波段、多模式、多极化和高分辨率方向发展。

2 常用SAR成像模式

SAR技术的应用，对于我国国民经济等各方面都有着很深刻的影响。但是随着社会的进步，人们又对SAR技术的发展与应用提出更高的要求，为了满足发展的要求，人们开始对SAR技术的多种应用模式进行深刻的研究。条带模式、聚束模式、扫描模式及逆SAR是人们常用的4种SAR成像模式。最基本的SAR成像模式是条带模式，这种模式下，天线的指动方向是不会随着雷达载体的变化而不断转变的，它会随着载体的运动轨迹获得与飞行的路径相互平行的区域，这种区域的形状一般是带状的，这种带状区域会呈现出一系列的微波图像，从而得到上百公里之间的条带宽度。聚束模式的天线波束指向在回波信号采集时间内始终对准成像区域，高分辨率的雷达图像是通过它延长对目标的照射时间来获得的，该模式适用于对外部景物进行精细成像。SAR的扩展模式是扫描模式，通过天线波束指向的变化，它能够实现不同子条带间的扫描，得到宽测绘带的雷达图像。

3 聚束式合成孔径雷达（Spotlight Mode SAR）

在SAR超高分辨率成像中一种重要的高分辨率成像模式，是聚束式合成孔径雷达（Spotlight Mode SAR）成像。该模式下，为了使得波束指向在采集回波信号时间内一直对准地面同一成像区域，雷达视线不断地进行着调整，这样极大地提高了成像区内目标的被照射时间，也叫做对目标回波的相干积累时间，增大了相干积累角，从而能够在较长的合成孔径时间内，获得普通条带SAR不能够有的细微方位分辨率。聚束SAR的方位分辨率不受限于真实天线孔径长度的约束，突破了传统条带SAR方位分辨率，并且聚束SAR可获得有关目标不同侧面的信息因其雷达波束可以不同的视角照射成像目标。所以基于上述特点，聚束SAR在自动目标探测（ATD）、目标识别、特征提取、运动目标检测（MTI）等领域具有极大的应用前景。

4 国外聚束式SAR发展现状

聚束式SAR在国外一些发达国家的个别实际系统中已经开始得到应用，并广泛地应用于多传感器信息融合以及高分辨率战场侦察等领域。在另一部由海军空中防御中心（NAWC）和ERIM联合研制的P-3/SAR系统中，聚束模式的成像分辨率为方位0.66m和距离0.33m，该系统搭载在海军P3C飞机上，并可以用于远程战略侦察。而其国家的APG76雷达同样也搭载有聚束成像的技术。TESAR（Tactical Enhanced SAR），研发于诺思罗普一格鲁曼（Northrop Grumman）公司，雷达工作于Ku波段，聚束模式下分辨率可达0.3m。国内目前着重于聚束SAR算法的仿真成像及机理研究。

随着数字信号处理理论的发展和数字处理机的出现，各种高效的自聚焦方法、运动补偿和SAR成像算法也随之产生。应用于聚束SAR的主要成像算法有距离徙动算法（RMA）、极坐标格式算法（PFA）、Chirp Scaling算法（CSA）、卷积反投影算法（CBP）、Frequency Scaling算法（FSA），主要的自聚焦算法有图移技术（Mapdrift）、相位梯度自聚焦算法（PGA）等。

5 结束语

合成孔径雷达（SAR）是二战后发展起来的一种高分辨率成像雷达，它可以全天时、全天候、远距离地获取照射区域的雷达图像。SAR采用较短的天线就能够获得方位和距离两个方向的高分辨率雷达图像，综合运用了脉冲压缩技术、合成孔径技术和数据处理技术。通过发射大带宽信号来实现距离向高分辨率的获得；利用雷达天线和目标之间的相对运动来实现方位向高分辨率，即利用多普勒效应通过数据处理的方法。SAR技术在军事领域与民事领域都有着很广泛的应用，在经济与科技都逐渐趋于现代的社会，SAR技术也朝着现代化、信息化、高速度、高效率的方向发展。聚束模式在SAR的众多工作模式中具有独特的优势。

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