SAR的工作模式“知多少”？

大家知道合成孔徑雷達(dá)（SAR）是一種利用雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)把尺寸較小的真實(shí)天線孔徑用數(shù)據(jù)處理的方法合成一較大的等效天線孔徑的雷達(dá)，從而獲得較高的方位分辨率。 SAR有不同的工作模式，如條帶模式、掃描模式、聚束模式、動(dòng)目標(biāo)模式和干涉模式等。在不同的工作模式下，天線的指向和波束形狀不同。天線形式影響了合成孔徑雷達(dá)的覆蓋范圍、分辨率和信噪比等性能指標(biāo)。

條帶模式

Stripmap SAR

天線指向保持不變，勻速掃過(guò)地面，得到連續(xù)的條帶圖像。天線不需要掃描，反射面天線或相控陣天線均可實(shí)現(xiàn)，這是SAR最經(jīng)典的一種工作模式。



條帶模式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得高分辨率的地面圖像，適用于細(xì)節(jié)豐富的地面目標(biāo)觀測(cè)，如城市、道路等。但是，由于覆蓋面積較小，所以不適用于大面積地面的觀測(cè)。

掃描模式

ScanSAR

天線指向隨著雷達(dá)平臺(tái)移動(dòng)而改變，天線在距離方向進(jìn)行多次掃描，獲得寬幅度的圖像覆蓋范圍，從而提高觀測(cè)效率和數(shù)據(jù)利用率。但是掃描SAR衛(wèi)星也需要犧牲方位向分辨率和信噪比，以及面臨多普勒頻移和波束指向等技術(shù)難題。



ScanSAR要求天線能在距離向進(jìn)行機(jī)械掃描或者電子掃描方式。該模式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲得大面積的地面圖像，適用于大規(guī)模地面的觀測(cè)，如氣候變化、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等。但是，由于需要在大范圍內(nèi)掃描，所以分辨率相對(duì)較低。

聚束模式

Spotlight SAR

天線指向在一定范圍內(nèi)跟蹤一個(gè)目標(biāo)區(qū)域，增加對(duì)該區(qū)域的觀測(cè)時(shí)間，得到高分辨率的圖像。因此，聚束模式要求天線在方位向能進(jìn)行機(jī)械掃描或電子掃描。



聚束模式通過(guò)對(duì)多個(gè)波束的回波進(jìn)行合成，可以獲得這些小區(qū)域的高分辨率圖像，提高了觀測(cè)的效率，但是覆蓋面積較小。

地面動(dòng)目標(biāo)模式

GMTI SAR

該模式用于檢測(cè)和跟蹤地面上的移動(dòng)目標(biāo)，通過(guò)分析不同時(shí)間的雷達(dá)回波，可以獲取目標(biāo)的動(dòng)態(tài)信息，如速度和方向。 該模式的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)動(dòng)態(tài)目標(biāo)，如車輛、船只等，但是對(duì)靜態(tài)目標(biāo)的觀測(cè)效果不佳。它要求天線在方位向具有兩個(gè)或者兩個(gè)以上的通道，具體的通道的間距和數(shù)量與動(dòng)目標(biāo)性能相關(guān)。

干涉模式

Interferometric SAR

使用兩個(gè)或多個(gè)天線同時(shí)或先后觀測(cè)同一區(qū)域，利用相位差信息獲取地形高程或表面變化等信息，從而實(shí)現(xiàn)地表運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)、地質(zhì)、地形圖繪制等應(yīng)用。但是干涉SAR衛(wèi)星也需要更精確的軌道控制和定軌技術(shù)，以及更復(fù)雜的干涉處理和相位解纏算法。



這種模式的優(yōu)點(diǎn)是可以獲取精確的地面高度信息，適用于地形測(cè)繪和地殼形變監(jiān)測(cè)等。但是，需要同時(shí)發(fā)射多個(gè)波束，所以系統(tǒng)復(fù)雜度和計(jì)算量較大。 本文僅列出了有限的幾種模式，若需要實(shí)現(xiàn)全部SAR模式，則需要兩幅多通道相控陣天線。

審核編輯：劉清