推荐综述｜面向综合环境监测的星载SAR技术发展

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邓云凯,张衡,范怀涛, 等. 面向综合环境监测的星载SAR技术发展[J]. 中国空间科学技术, 2023, 43(2): 32-46.

DENG Y K, ZHANG H, FAN H T, et al. Forthcoming development trend of spaceborne SAR technology for earth environment monitoring[J].Chinese Space Science and Technology, 2023, 43(2): 32-46(in Chinese).

一、文章导读

1.研究背景

星载合成孔径雷达（syntheticaperture Radar，SAR）是一种以卫星为平台的主动式微波成像传感器，通过发射宽带调频信号和脉冲压缩技术实现距离向高分辨率成像，通过方位虚拟合成孔径技术实现方位向高分辨率成像。星载SAR图像包含丰富的几何、辐射及相位信息，是全天时、全天候对地观测的主要技术手段。

近年来，面向地质圈、生物圈、水文圈和土壤圈的全球陆海环境综合监测成为人们的关注热点，应用广度的拓展与传统技术的局限，为星载SAR体制、技术的深入研究提供了前所未有的机遇和挑战。在此时代背景下，中科院空天院牵头完成了国家重点研发计划“地球观测与导航”重点专项项目“星载新体制SAR综合环境监测技术”，围绕星载SAR成像新概念、新体制与新技术（多 通 道、变 重 频、数 字 波 束 形 成 (Digital Beamforming，DBF）、多发多收（Multi-Input Multi-Output，MIMO）、分布式 SAR、混合极化等），开展全链路、全方位深入研究，在理论、技术、方法和应用层面突破了系列关键核心技术，取得了系列创新性成果，并成功应用于中国 LT-1以及后续多型星载SAR研制任务。

本文基于项目研究成果，对面向全球综合环境监测的星载SAR技术发展进行论述，主要从超大幅宽成像、高灵敏度成像、多极化成像、多维度干涉以及综合环境监测星座架构设计等方面探讨未来星载SAR在地球动态环境监测领域的发展趋势。

2.文章梗概

针对中国微波遥感对地观测在信息维度、反演精度、观测效率和体系架构等方面存在的问题，基于国家重点研发计划“星载新体制SAR综合环境监测技术”的研究内容与成果，探讨了面向综合环境监测的若干未来星载SAR技术发展。在超大幅宽成像方面，提出分段渐变重频时序设计方案和基于最优线性无偏估计的低过采样变重频数据处理算法，实现了跨盲区大幅宽星载SAR成像；在宽幅星载SAR高灵敏度成像方面，提出中频数字波束合成高效星上实时处理架构和加权因子快速生成算法，采用16通道机载飞行试验数据验证，图像信噪比提升约11.2dB；在多极化星载SAR成像方面，分别提出一种简缩极化分解算法及混合全极化方位模糊抑制方法，在P/L波段机载飞行试验中得到验证；在高精度干涉SAR技术方面，提出基于改进相位补偿方案的层析SAR处理方法，利用P波段全极化层析SAR数据验证，获得优于0.9m的森林高度反演精度；在综合环境监测星座架构设计方面，针对广域地表高程、地表形变、海浪谱能量、洋流速度和生物量应用，完成品质因数达100的高分宽幅SAR卫星方案，其观测效能和观测维度较目前在轨SAR卫星有大幅提升。

3.总结与展望

在民用天基遥感领域，未来星载SAR发展需面向国家经济转型升级与生态文明建设、“一带一路”倡议实施与新型城镇化发展规划实施、地球科学研究等重大需求，围绕陆海资源、生态环境、地形测绘与灾害监测等重要应用，在体系、体制、技术、机理、处理、反演与应用等各方面不断探索。

可以预见的是，这些新体制、新模式、新技术将为人类提供前所未有的高时效、多层次、多维度遥感观测数据，未来星载SAR在对地观测乃至宇宙探测中将发挥更加重要的作用。但是，下一代高性能SAR卫星在系统工程实现、海量数据高效处理、多源数据智能提取方面也面临更加严峻的挑战，要求星载SAR在概念、设计、仿真、研制、集成、测试、处理、应用等多方面开展全链路的技术突破。

二、作者简介

邓云凯，中国科学院空天信息创新研究院研究员，博士生导师，从事星载成像雷达系统设计、成像基础理论及微波遥感理论研究。

张衡，中国科学院空天信息创新研究院副研究员，从事多基星载SAR信号处理、系统设计、多基线干涉SAR信号处理等。

来源：《中国空间科学技术》2023年第2期