合成孔徑雷達的研究熱點解析

導讀：合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar），是利用合成孔徑原理，實現(xiàn)高分辨的微波成像，具備全天時、全天候、高分辨、大幅寬等多種特點，最初主要是機載、星載平臺，隨著技術的發(fā)展，出現(xiàn)了彈載、地基SAR、無人機SAR、臨近空間平臺SAR、手持式設備等多種形式平臺搭載的合成孔徑雷達，廣泛用于軍事、民用領域。

SAR用一個小天線作為單個輻射單元，將此單元沿一直線不斷移動，在不同位置上接收同一地物的回波信號并進行相關解調(diào)壓縮處理。一個小天線通過“運動”方式就合成一個等效“大天線”，這樣可以得到較高的方位向分辨率，同時方位向分辨率與距離無關，這樣SAR就可以安裝在衛(wèi)星平臺上而可以獲取較高分辨率的SAR圖像。

SAR研究熱點之一：新體制論證

SAR系統(tǒng)設計追求的目標：圖像質(zhì)量高（空間和輻射分辨率高），成像幅寬大，具備多模式（掃描、可變?nèi)肷浣菞l帶、斜視、聚束）、多波段、全極化、三維成像、動目標檢測與成像能力，對平臺運動姿態(tài)變化的適應能力強。為此，SAR平臺必須安裝精密的導航和姿態(tài)測量系統(tǒng)（GPS/INS/IMU），多平臺之間必須采用精密的時間同步設備（如原子鐘、GPS授時等），SAR系統(tǒng)必須采用全極化相控陣天線（靈活的波束掃描能力、大功率合成能力和良好的魯棒性）、采用極高頻率穩(wěn)定度的振蕩源、增大發(fā)射信號帶寬（有時必須采用子帶合成）、多通道同時接收處理，以及與系統(tǒng)設計相適應的靈活、穩(wěn)定、實時性強的成像與圖像處理算法。新系統(tǒng)設計中的三大同步（時間、空間和相位）、波位設計、性能指標分析和各種誤差源的影響分析等是研究熱點·

SAR從發(fā)明至今，from strip mode， to spotlight and scan mode，分辨率的提升帶來很多系統(tǒng)硬件、成像算法的不斷改進和發(fā)展。單極化至全極化，同樣也影響著SAR硬件不斷更新?lián)Q代。此外，用戶對SAR系統(tǒng)的穩(wěn)定性和定量特性要求越來越高，也促使SAR不斷增強變壯。

SAR研究熱點之二：新體制和特殊應用條件下的成像

在一些新體制SAR 、小平臺（如無人機）SAR、大斜視應用（如彈載）條件下的成像算法，常常遇到以下情況：

（1）由于分辨率的提高或/和成像幅寬的增大，方位和距離的耦合不再能夠忽略，算法的實時性也經(jīng)受考驗；

（2）小平臺的運動補償困難，難以連續(xù)獲得滿足質(zhì)量要求的圖像；

（3）大斜視角工作，距離走動需要精確補償，圖像質(zhì)量難以保證；

（4）為了減小算法運算量，減小成像算法對平臺姿態(tài)穩(wěn)定性的依賴，或者濾除相干斑，需要采用時域/頻域子孔徑成像算法；

（5）在缺乏可用的雷達平臺運動傳感器數(shù)據(jù)時，必須采用基于實測數(shù)據(jù)參數(shù)估計的自聚焦算法；

（6）適用于超高分辨率成像的子帶合成算法；

（7）InSAR的基線估計與相位解纏；

（8）不規(guī)則飛行路徑下的雙/多基地SAR成像；

（9）工程化算法與實時成像處理器設計。

實時成像，實時顯示，實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)纫幌盗懈咭蟾咚疁实腟AR特征，促使SAR不斷向更高層次研究。不僅，無人機將會自帶SAR系統(tǒng)，并根據(jù)GMTI技術實現(xiàn)自動目標識別，自動實時打擊目標。也許這就是未來戰(zhàn)爭的可怕之處，沒有軍隊的來到，來到的卻是一群戴著導彈的無人機。。。。

SAR研究熱點之三：圖像處理

相干斑抑制，圖像增強，幾何校正，數(shù)字高程圖（DEM）生成，像素點定位（有地面控制點和無參考點兩種），輻射/極化定標，目標檢測，特征提取（民用需求廣）與識別（軍事需求廣），多傳感器圖像融合（多波段、多極化SAR圖像的融合，SAR圖像與光學圖像的融合），等等。SAR圖像的質(zhì)量評估也是一大難點。

如果說前兩個屬于系統(tǒng)級、硬件級、成像級，那么這個階段則屬于后續(xù)圖像處理，用戶使用前的階段。主要在民用會大展宏圖，如遙感圖像的優(yōu)化，災害目標的提取等等。

SAR研究熱點之四：運動目標檢測與成像

SAR的軍事應用迫切需要解決地面慢速運動目標的檢測與成像問題。難點：目標非合作運動，強雜波背景。兩類主要方法：單通道SAR系統(tǒng)采用基于運動目標參數(shù)估計的檢測與成像（也可以采用鄰近單元雜波對消，但效果不好），多通道SAR系統(tǒng)采用基于雜波對消的運動目標檢測與成像（DPCA、STAP）。運動目標的精確定位困難。

SAR研究熱點之五：ISAR運動補償與成像

四類典型目標：飛機、艦船、彈道導彈和太空飛行器。目標的非合作運動給運動補償帶來困難。并非所有運動姿態(tài)的數(shù)據(jù)都能進行成像，需要進行數(shù)據(jù)選擇。多目標的成像是一大難點。前不久看了月球照片，才知道原來月球的SAR圖像是通過地球上（貌似是世界上最大的一個坑，一個大半圓形的坑，是一個巨型雷達）的雷達成像，采用的原理就是ISAR。

SAR研究熱點之六：SAR的干擾和抗干擾

干擾樣式主要有噪聲干擾、相干干擾（用偵察到的雷達信號參數(shù)和待保護區(qū)域的散射強弱分布構造響應的場景分布來產(chǎn)生）和復合干擾（噪聲干擾和相干干擾的復合）三種。SAR的抗干擾技術主要有低截獲概率波形設計、重頻和載頻捷變、空域自適應干擾對消三類。SAR系統(tǒng)的抗干擾效果評估也是一大難點，主要考慮干擾樣式對圖像質(zhì)量的影響，干擾設備對SAR發(fā)射信號參數(shù)捕獲和實施干擾的難度不予考慮。

這些年從事和SAR圖像的工作，知道的東西也漸漸增多，如果說SAR是一項技術，可以；如果說SAR是一項科學，也可以；可以簡單理解成一個二維矩陣；再可以擴展理解成多維的二維矩陣；也可以理解成地物與微波作用后的結果顯示；更可以理解為一群數(shù)字經(jīng)過這樣那樣折騰而出來的圖像；當然，它是雷達產(chǎn)物，更是傳感器與目標之間存在相對運動而形成的特定成像手段。SAR的思想很美妙，有了它，我們發(fā)現(xiàn)合成孔徑聲吶的出現(xiàn)，也許將來還會有合成孔徑***出現(xiàn)。。。，總之SAR的發(fā)展現(xiàn)在很熱火，未來也更加發(fā)達。