从1978年美国发射第1颗SAR卫星SEASAT开始,星载SAR逐渐成为对地观测领域的研究热点,很多国家都陆续开展了星载SAR技术研究并制定了相应的星载SAR卫星系统发展规划。进入21世纪以来,世界上多个航天强国相继部署了各自的星载SAR卫星系统,并实现了SAR卫星的更新换代。近十几年来,星载合成孔径雷达在系统体制、成像理论、系统性能、应用领域等方面均取得了巨大发展,SAR图像的几何分辨率从初期的百米提升至亚米级。从早期单一的工作模式,到现在的多模式SAR;从固定波束扫描角(条带模式)到一维波束扫描(聚束模式,滑动聚束模式),再发展到二维波束扫描模式(Sentinel 的TOPS模式,TecSAR 的马赛克模式等);从传统单通道接收到新体制下多通道接收,同时实现高分辨率与宽测绘带;从单一频段、单一极化方式发展到多频多极化;从单星观测发展到多星编队或多星组网协同观测,实现多基地成像与快速重访。
图1 星载SAR发展趋势与典型星载SAR系统/概念示意图
目前,新体制星载SAR技术的研究与应用已成为我国对地观测领域的重点发展方向。中国科学院空天信息创新研究院邓云凯研究员团队在其多年研究工作的基础上,针对星载SAR技术发展趋势展开论述,从高几何分辨率、高分辨率宽测绘带成像、多基地、多维度成像、轻小型化等方面探讨未来星载SAR的发展趋势。该工作已发表在《雷达学报》2020年第1期“合成孔径雷达技术”专刊2“未来星载SAR技术发展趋势”(邓云凯,禹卫东,张衡,王伟,刘大成,王宇)。
图2 传统体制SAR向新工作模式的发展
图3 中科院空天院航天微波遥感系统部16通道机载DBF-SAR成像结果
当前,我国星载SAR已实现分辨率从米级到亚米级、系统体制从正侧视条带向方位扫描聚束、从单通道向多通道、极化方式从单一极化到全极化的技术跨越。随着技术的不断进步,未来星载SAR将在体制、概念、技术、模式等方面取得突破,包括高分辨率宽测绘带成像、多基地、轻小型化、智能化等,从而不断拓展星载SAR的观测维度,实现多维度信息获取。随着技术的继续发展和人们对多维地球观测信息的需求不断增长,星载SAR将以高分辨率宽测绘带、分布式多基成像、多星协同组网等技术手段,为人类提供多时序、多层次、多角度、多模式的综合对地观测数据,满足不同应用场景的需求。