分享一個(gè)不錯(cuò)的SAR在遙感和空間碎片監(jiān)測(cè)等方面的應(yīng)用案例

SAR有許多應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步也正在將SAR系統(tǒng)推向以前未曾想到的領(lǐng)域，最近商業(yè)SAR星座的發(fā)展尤其如此。SAR已被用于地球和其他行星的遙感、遠(yuǎn)距離空間物體的三維成像、軌道空間碎片的成像、軍事應(yīng)用以及導(dǎo)航輔助。每個(gè)領(lǐng)域都有不同的目標(biāo)、獨(dú)特的問(wèn)題和局限性，以及專(zhuān)門(mén)的SAR成像系統(tǒng)。

遙感

由于SAR可以在各種海拔、各種天氣條件下產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像，并且可以晝夜運(yùn)行，因此它已成為地球及其環(huán)境遙感最有效的工具之一。這包括地表測(cè)繪、冰川變化、海冰觀測(cè)、風(fēng)向、降雨、侵蝕、風(fēng)暴潮和干旱預(yù)測(cè)。通過(guò)提供有關(guān)洪水、水流、基礎(chǔ)設(shè)施損壞和緊急疏散路線(xiàn)等信息，SAR已被用于協(xié)助救災(zāi)工作。

除了繪制地球特征外，SAR還被用于繪制遙遠(yuǎn)的行星。1989年，圖1所示的“麥哲倫”飛船從亞特蘭蒂斯號(hào)航天飛機(jī)的貨艙中部署。麥哲倫任務(wù)產(chǎn)生了98%金星表面的高質(zhì)量SAR圖像，分辨率為120×300米。圖2給出了金星表面的SAR圖像。數(shù)據(jù)顯示，金星85%的表面被火山流覆蓋，表面特征可以存在數(shù)百萬(wàn)年。圖3顯示了金星表面的撞擊坑和火山層的SAR圖像。

一種被稱(chēng)為干涉SAR（InSAR）的技術(shù)可以檢測(cè)厘米量級(jí)的表面變化。InSAR聯(lián)合同一場(chǎng)景的兩個(gè)或多個(gè)SAR圖像，從不同平臺(tái)位置生成的圖像顯示了場(chǎng)景的地形，而在不同時(shí)間拍攝的圖像顯示場(chǎng)景中的變化。該技術(shù)可用于監(jiān)測(cè)地震引起的地質(zhì)變形。該方法于1992年首次用于研究地震，此后被廣泛使用。

InSAR還用于監(jiān)測(cè)和預(yù)測(cè)火山噴發(fā)，包括相關(guān)的地表變形、巖漿分布變化、火山擴(kuò)張和地質(zhì)錯(cuò)位。InSAR還可導(dǎo)出數(shù)字高程模型，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）的航天飛機(jī)雷達(dá)地形任務(wù)于2000年在奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)上使用了這種方法，以獲得坦桑尼亞?wèn)|非裂谷沿線(xiàn)火山口高地的高程測(cè)量。該區(qū)域的圖像如圖4所示。

森林和農(nóng)業(yè)的健康與土壤和水域的質(zhì)量有關(guān)，這在氣候相互作用中至關(guān)重要。茂密的森林和農(nóng)業(yè)覆蓋大片土地的信息通常很難獲取，這使得機(jī)載和衛(wèi)星SAR有利于測(cè)繪森林砍伐和退化、預(yù)測(cè)森林火災(zāi)、估計(jì)標(biāo)準(zhǔn)森林高度和測(cè)量森林生物量。

表1總結(jié)了遙感應(yīng)用中使用的系統(tǒng)及其關(guān)鍵特征

空間碎片監(jiān)測(cè)

軌道碎片對(duì)衛(wèi)星和人類(lèi)太空飛行構(gòu)成嚴(yán)重危害。自2000年11月以來(lái)，國(guó)際空間站（ISS）一直有宇航員居住。由于軌道碎片，國(guó)際空間站每年大約進(jìn)行一次碎片規(guī)避演習(xí)。此外，包括SAR、互聯(lián)網(wǎng)、通信、導(dǎo)航、偵察和天氣預(yù)報(bào)在內(nèi)的衛(wèi)星業(yè)務(wù)在今天幾乎是普遍的。這些因素使得不僅必須了解測(cè)量系統(tǒng)提供的當(dāng)前碎片環(huán)境，而且還需要使用建模工具來(lái)模擬并預(yù)測(cè)未來(lái)的碎片環(huán)境。

圖5 目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的相對(duì)旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的ISAR圖像

NASA的軌道碎片計(jì)劃辦公室成立于1979年，旨在解決這些具有挑戰(zhàn)性的問(wèn)題。對(duì)于1000千米或以下的高度，NASA可以依靠地面雷達(dá)的測(cè)量來(lái)表征小碎片的分布。

此外，地面雷達(dá)的測(cè)量也可用于通過(guò)逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）技術(shù)生成高分辨率圖像。ISAR類(lèi)似于SAR，不同之處在于合成孔徑是由目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)而非雷達(dá)平臺(tái)產(chǎn)生，如圖5所示。這種類(lèi)型的首批雷達(dá)之一便是美國(guó)高級(jí)研究計(jì)劃局（ARPA）Lincoln C波段可觀測(cè)雷達(dá)（ALCOR），其分辨率為50厘米。

圖6 美國(guó)國(guó)家航空航天局小型有效載荷進(jìn)入空間實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星模型的緊湊距離圖像數(shù)據(jù)，用于描述1-GHz和8-GHz雷達(dá)帶寬之間的分辨率差異。

此后不久，ARPA贊助了分辨率為25厘米的X波段Haystack遠(yuǎn)程成像雷達(dá)（LRIR），隨后是分辨率為6厘米的Ka波段毫米波（MMW）雷達(dá)，最近是分辨率為3厘米的W波段Haystack超寬帶衛(wèi)星成像雷達(dá)（HUSIR），圖6直觀表現(xiàn)了1GHz和8GHz之間的圖像分辨率差異。

審核編輯：陳陳