科技前沿▏合成孔径激光成像雷达技术
合成孔径雷达原理
合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar，简称SAR)是五十年代发展起来的一种新型雷达体制，合成孔径雷达就是利用遥感平台的移动，将一个小孔径的天线安装在平台侧方，以代替大孔径的天线，提高方位分辨率的雷达。SAR能全天候、全天时地提供高分辨率的雷达图像。SAR成像已经广泛应用于军事及国民经济的许多领域。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
合成孔径雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。若直接把各单元信号矢量相加，则得到非聚焦合成孔径天线信号。在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。这一过程与全息照相相似，差别只是合成线阵天线是一维的，合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似，故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。
合成孔径雷达应用
合成孔径雷达主要用于航空测量、航空遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等。它能发现隐蔽和伪装的目标，如识别伪装的导弹地下发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。在导弹图像匹配制导中，采用合成孔径雷达摄图，能使导弹击中隐蔽和伪装的目标。合成孔径雷达还用于深空探测，例如用合成孔径雷达探测月球、金星的地质结构等。
合成孔径激光成像雷达（也称光学SAR）是在超远距离达到厘米量级成像分辨率的唯一光学手段，在军事和空间领域有着重大应用前景。其特点包括：①激光主动成像，适合全天时使用，具有接近光学可见成像的高视觉性，成像速度快；②雷达应用范围广泛，适合于空间对地超分辨率观察，空间远程活动目标超分辨率成像等应用；③在军事上更适合对世界上最先进的隐形飞机进行超远程精确成像。
美国合成孔径雷达研究进展
美国已于2002年取得了合成孔径激光成像雷达的核心关键技术突破，实现了实验室尺度缩小装置的合成孔径激光二维成像，并在此基础上，2006年，由雷神公司和诺格公司分别研制成功机载合成孔径激光成像雷达样机，进行了多种野外试验，目前已向应用拓展。
美国三大防务公司的合成孔径雷达（SAR）专家们正在开发一种新的雷达成像技术，旨在透过云层探测和跟踪移动目标，同时拥有目前红外瞄准系统在晴朗天气下所具有的相同能力。美国国防部高级研究计划局（DARPA）的雷达科学家们选择了雷声公司导弹系统分部、Nuvotronics有限责任公司和BAE系统公司电子系统分部开展视频合成孔径雷达（ViSAR）项目的初始阶段工作。ViSAR寻求开发适于飞行的极高频（EHF）雷达激励器和接收器、合成孔径雷达景象仿真工具以及新型的EHF雷达处理算法。
来自雷神公司、Nuvotronics公司和BAE系统公司的工程师将开发能够以高帧速率提供高清图像的EHF视频合成孔径雷达技术，同时减少尺寸、重量和功率（SWAP）。即将到来的ViSAR系统设计和开发阶段，将设计一个适于飞行的EHF高功率放大器，其提供足够的功率，使合成孔径雷达能透过云层生成影像。
我国合成孔径雷达发展进程
我国自2008年开始合成孔径激光成像雷达技术的研究，目前已经取得阶段性突破进展。已实现实验室尺度缩小合成孔径激光成像雷达装置的二维目标的同时距离向和方位向的成像，实现了合成孔径激光雷达的光学、光电子学和计算机处理的全过程贯通。这是世界上第三个成功的实验报道。
与美国实验采用的光纤光学结构不同，我国采用了空间光学结构，虽然增加了实验难度，但将更具有实用化前景。同时，由于光学合成孔径成像雷达与微波合成孔径雷达在实施方法上的根本不同，无法直接移植微波雷达的概念和原理，这也使得光学合成孔径成像雷达的研究具有很高的挑战性。我们在研究过程中，创造性的提出并解决了一系列的空间域光学科学问题，时间域光学科学问题和统计光学科学问题，也相应系统性地发展了总体设计、光学天线、接收/发射光电子系统和图像处理等关键技术，为实现实验室尺度缩小合成孔径激光成像雷达，以及未来的样机装置奠定了坚实基础。
本项目成果目前在国内起着引领作用，项目的基础研究成果特别是空间域光学问题上的研究具有高度创新性，填补了国际研究的空白，并迅速得到了国际同行的肯定。
合成孔径雷达与测绘
从国家测绘局获悉，我国科研人员历时3年研发的“机载多波段多极化干涉合成孔径雷达测图系统”通过专家验收。这套测图系统突破了多项核心技术，使我国复杂地形区域测图将不再受雨雪云雾，山峦沟壑等恶劣的天气和地理条件制约，成功实现全天时、全天候从万米高空获取高分辨率测绘数据，快速成图，及时动态监测地理国情。
我国幅员辽阔，大面积多云雾地区难于获取光学影像。近年来，国家西部测图工程、第二次全国土地调查等工程的实施，加剧了对机载SAR测图系统的迫切应用需求。此外在灾情监测评估方面，急需利用机载SAR测图系统的机动灵活、高分辨率、高精度等优势，提高国家灾害应急能力。然而受发达国家技术壁垒的影响，长期以来我国无法引进先进的机载SAR测图系统与技术。
据介绍，由中国测绘科学研究院牵头研制成功的机载SAR测图系统，研发了具有自主知识产权的机载SAR数据获取集成系统，开发了工作站、地面数据处理系统，编制了系列技术规定，为国家培养了一支专业技术队伍，显著提升了我国SAR遥感数据获取与处理能力。这个机载SAR测图系统是目前唯一可以在测绘困难地区实现全天时、全天候快速成图的遥感手段，具有传统光学遥感技术不可比拟的独特优势。世界各国都力争通过这项技术抢占测绘科技制高点。
据悉，该系统已成功应用于我国西部测图工程横断山脉区域约11万平方千米、陕西渭南地区1200平方千米的SAR影像数据获取和1∶1万、1∶5万比例尺产品测制。专家指出，该系统可广泛用于地形测绘、应急响应、资源调查监测、重大工程建设监测和国防安全等领域，提升我国对地观测技术水平，具有广阔的应用前景。
（依据网络资料综合编写）