世界星载SAR发展综述.doc

世界星载世界星载 SAR 发展综述发展综述 2006 年年 12 月月 2 说明说明 本文是作者收集相关资料整理而成 并没有一一验证所收本文是作者收集相关资料整理而成 并没有一一验证所收 集资料的真实性和准确性 如果本资料中有确实不正确的地方 集资料的真实性和准确性 如果本资料中有确实不正确的地方 请请 E mail 通知我 通知我 lifei 不胜感谢 不胜感谢 李李 飞飞 3 目目 录录 1 各国星载 SAR 发展概况 3 2 美国 5 2 1 SEASAT 海洋星 5 2 2 SIR A Shuttle Imaging Radar A 7 2 3 SIR B Shuttle Imaging Radar B 9 2 4 SIR C X SAR Shuttle Imaging Radar C X SAR 11 2 5 SRTM Shuttle Radar Topography Mission 14 2 6 Lacrosse 长曲棍球系列 19 2 7 Discover II 发现者 2 23 2 8 LightSAR 26 2 9 RADAR1 27 2 10 Magellan 28 2 11 Cassini 28 3 欧空局 29 3 1 ERS 1 ERS 2 29 3 2 Envisat ASAR 30 3 3 Cosmo Skymed 宇宙 地中海 33 3 4 TerraSAR X 36 3 5 SAR Lupe 38 4 俄罗斯 40 4 1 Almaz 钻石系列 40 4 2 Arkon 2 43 4 3 Kondor E 43 5 加拿大 44 5 1 RadarSAT 1 44 5 2 RadarSAT II 46 6 日本 48 6 1 JERS 1 Japan Earth Resources Satellite 48 6 2 ALOS PALSAR 50 7 以色列 52 7 1 TECSAR 52 8 印度 53 8 1 RiSAT 53 9 阿根廷 55 9 1 SAOCOM 55 10 韩国 57 10 1 ROK SAR Arirang V Kompsat 5 57 11 中国 59 12 总结 60 4 1 各国星载 各国星载 SAR 发展概况发展概况 SAR 是 20 世纪 50 年代提出并研制成功的一种微波遥感设备 也是微波遥感设备中发展最 迅速和最有成效的传感器之一 作为一种主动式传感器 它能不受光照和气候条件的限制实现 全天时 全天候对地观测 还可以透过地表和植被获取地表下信息 这些特点使它在农业 林 业 地址 环境 水文 海洋 灾害 测绘与军事领域的应用具有独特的优势 使得 SAR 收到 世界各国政府的高度重视与支持 在短短的 50 年间 从构思 实验室 机载 星载 其各个时 期的发展都相当迅速 各方面技术也不断发展与完善 1951 年 6 月美国 Goodyear 宇航公司的 Carl Wiley 首先提出频率分析方法改善雷达角分辨 率的方法 与此同时美国伊利诺依大学控制系统实验室独立地用非相参雷达进行实验 验证频 率分析方法确实能改善雷达角分辨率 1952 年第一个 SAR 系统研制成功 1953 年获得第一幅 SAR 图像 1957 年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的 SAR 系统获得第一张全聚焦的 SAR 图像 20 世纪 70 年代美国密歇根环境研究所 ERMI 和国家航空航天局喷气推进实验室 JPL 研制出 1 25GHz 和 9GHz 多极化合成孔径雷达 1972 年 JPL 进行了 L 波段星载 SAR 的机载校飞 1978 年 6 月 27 日 JPL 发射了载有 SAR 的海洋卫星 SEASAT 标志着合成孔径雷达已成功 进入从太空对地观测的新时代 标志着星载 SAR 由实验室研究向应用研究的关键转变 1981 年 11 月 12 日美国 哥伦比亚 号航天飞机搭载 SIR A 顺利升空 雷达影像上成功观 测到撒哈拉沙漠的地下古河道 显示了 SAR 具有穿透地表的能力 引起国际科技界的震动 1984 年 10 月 5 日美国进行了 挑战者 号航天飞机搭载 SIR B 的实验 1987 年 7 月原苏联发射的 COSMOS 1870 卫星上配备了一部分辨率为 25 米的 S 波段 SAR 系统 主要对人类无法进入的地区进行雷达成像测绘 监测海洋表面污染 鉴别海冰和对 厚冰区的舰船进行导航等 1988 年 12 月 2 日 美国航天飞机 亚特兰蒂斯 号将 长曲棍球 Lacrosse 军事侦察 卫星送入预定轨道 这是世界上第一颗高分辨率雷达成像卫星 1989 年 NASA 开展了一项星球雷达任务 Magellan 雷达观测金星计划 将 SAR 拓展到 研究其他星球的重要工具之一 1991 年 3 月 8 日 NASA 发射长曲棍球 2 1991 年 3 月 31 日 COSMOS 1870 的改进型 ALMAZ 1 由前苏联发射上天 搭载 S 波段 SAR 1991 年 7 月 1 日 ESA 发射了其第一颗地球资源卫星 ERS 1 可提供全球气候变化情况 5 并对近海水域和陆地进行观测 1992 年 2 月 11 日 日本发射地球资源卫星 JERS 1 携带 L 波段 SAR 系统 1994 年 NASA DLR 德国空间局 和 ASI 意大利空间局 共同进行了航天飞机成像雷 达飞行任务 SIR C X SAR 分别在 1994 年 4 月 9 日到 20 日和 9 月 30 日到 10 月 11 日进行了 两次飞行 SIR C 由 NASA 负责完成 是一部双频 L 波段 C 波段 全极化雷达 X SAR 由 DLR 和 ASI 共同建造 为单频 X 波段 单极化 VV 雷达 SIR C X SAR 首次实现了利用多频 多极化雷达信号从空中对地球进行观测 SIR C 图像数据有助于人们深入理解现象背后的物理 机理 深入开展植被 土壤湿度 海洋动力学 火山活动 土壤侵蚀和沙化等多项科学研究工 作 1995 年 4 月 21 日年 ERS 2 发射升空 1995 年 11 月 4 日加拿大成功发射了其第一颗资源调查卫星 RADARSAT 1 该星为商业应 用和科学研究提供全球冰情 海洋和地球资源数据 1996 年 NASA 开展了第二项星球雷达任务 观测土星的 Cassini 任务 用于开展观测 Titan 表面的物理状态 地形和组成成分等多项任务 进而推测其内部构造 1997 年 10 月 24 日 NASA 发射长曲棍球 3 2000 年 2 月 11 日 NASA 和 NIMA 美国国家测绘局 联合进行了为期 11 天的航天飞机地 形测绘任务 SRTM 采用 60 米长的可展开天线杆进行干涉测量 2000 年 8 月 17 日 NASA 发射长曲棍球 4 2002 年 3 月 1 日 ESA 发射 Envisat 卫星 搭载 ASAR 2005 年 4 月 30 日 NASA 发射长曲棍球 5 2006 年 1 月 24 日 日本发射 ALOS 搭载 PALSAR 可见 从 1978 年美国发射第一颗合成孔径雷达卫星 SEASAT 开始 很多国家都陆续大力 开展星载雷达的研究 根据不完全统计 已经发射或即将发射星载 SAR 的国家包括 美国 欧 空局 俄罗斯 日本 加拿大 中国 印度 以色列 韩国 阿根廷等 星载 SAR 从低分辨率 单极化 单一工作模式向高分辨率 多极化 多种工作模式发展 从 2D 向 3D 发展 下面分别予以介绍 6 2 美国 美国 2 1 SEASAT 海洋星 海洋星 1978 年 6 月 27 日 美国 NASA 从范登堡基地发射了 Seasat A 卫星 其上首次装载了合成 孔径雷达 工作在约 800 公里的高度上 入轨 10 天后星载 SAR 系统才首次启用 卫星飞行 105 天后 由于电源系统故障 于 1978 年 10 月 10 日终止飞行使命 其间 SEASAT 系统共工 作 500 次 每次 5 10 分钟 以 25 米的分辨率对地球表面 1 亿两千万平方公里的面积进行了测 绘 实现了全天时 全天候工作 Seasat A 标志着 SAR 技术已进入空间领域 开创了星载合成 孔径雷达的历史 其任务是论证海洋动力学测量的可靠性 在其短短的 3 个月工作时间内向地 面传回了大量有关陆地 海洋和冰面的图像 利用 Seasat A 的雷达图象 获得了大量从未得到 的地表信息 序号指标SEASAT SAR 1轨道倾斜角 108 7 高度 800 公里 2频率1 275GHz L 波段 3波长0 235 米 4极化HH 5分辨率 距离向 25 米 方位向 25 米 4 视 6入射角 视角 20 固定 7测绘带100 公里 8带宽19MHz 9数据处理方式光学 10PRF1463 1640Hz 11脉宽33 4us 12天线类型微带天线 13天线尺寸10 74 米 2 16 米 14天线增益35dB 15天线方位向波束宽度1 73 16天线距离向波束宽度6 2 17峰值功率1000w 18波束操控方式固定 19收发方式集中收发 20STC 范围9dB 21目的及应用海洋研究 SEASAT 1SEASAT 1卫星系统参数卫星系统参数 SEASATSEASAT雷达图像雷达图像 8 2 2 SIR A Shuttle Imaging Radar A 1981 年 11 月 12 日 美国 NASA 在肯尼迪航天中心利用哥伦比亚号航天飞机将 SIR A 送 上太空 该任务为期 3 天 于 1981 年 11 月 14 日降落在位于加州的爱德华兹空军基地 SIR A 是一部 HH 极化 L 波段合成孔径雷达 SAR 以光学记录方式成像 SIR A 共录取了 7 个半 小时的数据 对 1000 万平方公里的地球表面进行了测绘 获得了大量信息 其中最著名的是发 现了撒哈拉沙漠中的地下古河道 引起了国际学术界的巨大震动 它是构成 NASA OSTA 1 的一个组成部分 主要目的是让人们更多地获取地表信息 并作为地球观测的科学平台 序号指标SIR A 1轨道 倾斜角 38 高度 259 公里 2频率1 275GHz L 波段 3波长0 235 米 4极化HH 5分辨率 距离向 40 米 方位向 40 米 6 视 6入射角 视角 47 固定 7测绘带50 公里 8带宽6 MHz 9数据处理方式光学 10PRF1464 1824 11脉宽30 4 us 12天线类型Corporate feed 13天线尺寸9 4 米 2 16 米 14天线增益N A 15天线方位向波束宽度N A 16天线距离向波束宽度N A 17波束操控方式固定 18收发方式集中收发 19峰值功率1000W 20目的及应用陆地地质研究 SIR ASIR A系统参数系统参数 9 2 3 SIR B Shuttle Imaging Radar B 1984 年 10 月 5 日 美国 NASA 利用挑战者号航天飞机将 SIR B 送上太空 该任务代号为 STS 41G 到 1984 年 10 月 13 日 为期一周 SIR B 也是一部 HH 极化 L 波段合成孔径雷达 SAR 它是构成 NASA OSTA 3 的一个组成部分 序号指标SIR B 1轨道 倾斜角 57 高度 225 272 352 公里 2频率1 282GHz L 波段 3波长0 235 米 4极化HH 5分辨率 距离向 17 58 米 方位向 25 米 4 视 6入射角 视角 20 55 7测绘带10 60 公里 8带宽12MHz 9数据处理方式光学 数字 10PRF1464 1824 11脉宽30 4 us 12天线类型Corporate feed 13天线尺寸10 7 米 2 16 米 14天线增益N A 15天线方位向波束宽度N A 16天线距离向波束宽度N A 17波束操控方式机械扫描 18收发方式集中收发 19峰值功率1000W 20目的及应用陆地及海洋研究 SIR BSIR B系统参数系统参数 10 2 4 SIR C X SAR Shuttle Imaging Radar C X SAR SIR C X SAR 是在 SIR A SIR B 基础上发展起来的 SIR C X SAR 于 1994 年 4 月由美国 NASA 利用航天飞机将其送上太空 引入了很多新技术 是当时最先进的航天雷达系统 表现 在 1 运行在地球轨道高度上的第一部多波段同时成像雷达 它共有 3 个波段 由美国研制 L 和 C 波段 SAR 德国 意大利研制 X 波段 SAR 2 运行在地球轨道高度上的第一部高分辨 率 4 种极化 HH HV VH 和 VV 同时成像的雷达 X SAR 只有 VV 极化 3 由于采用 相控阵天线 其下视角和测绘带都可在大范围内改变 该系统今后将随航天飞机作多次飞行 主要应用于环境监视和资源勘探等商业目的 SIR C 天线设计如下 C 波段和 L 波段采用微带天线 C 波段采用缝隙波导天线 天线总 尺寸为 12 0m 3 7m C 波段天线由 18 个面板组成 每个面板有 28 个 T R 组件 共 504 个 T R 组件 L 波段由 18 个面板组成 每个面板有 14 个 T R 组件 共 252 个 T R 组件 天线结构图如下 SIR C 工作状态图 11 SIR C X SAR序号指标 L 波段C 波段X 波段 1轨道倾斜角 57 高度 225 公里 2频率1 25GHz5 3GHz9 6GHz 3波长0 24 米0 0566 cm0 03125 cm NE 0 40dB 35dB 22dB 4极化HH VV VH HVVV 5极化隔离度 25dB 39dB 6分辨率距离向 25m 13m 米 方位向 30 米 4 视 20m 10m 米 25 米 4 视 7入射角 视角 20 55 8测绘带15 90 公里15 40 公里 9带宽10MHz 20MHz 40MHz 10数据处理方式数字 11PRF1395 1736 12脉宽33 8 16 9 8 5 us 13天线类型微带裂缝波导 14天线尺寸 12 0 2 9512 0 0 712 0 0 4 15天线增益36 4 dB 42 7 dB44 5 dB 16天线方位向波束宽度1 0 0 25 0 14 17天线距离向波束宽度5 16 5 16 5 5 18波束操控方式电扫 19收发方式分布式 T R 组件 20峰值功率4400W1200 W1400 W 21数据率90 Mbits s90 Mbits s45 Mbits s 22数据格式 8 4 BFPQ 23目的及应用多参数观测 SIR C X SAR系统参数 12 2 5 SRTM Shuttle Radar Topography Mission 项目开始时间 August 1996 项目完成时间 March 2001 项目周期 60 months 42 months start to launch 18 months data processing 1 SRTM 的任务 SRTM 的主要目标是收集干涉雷达数据 生成几乎可以覆盖全球的全球数字高程模 DEM 此模型覆盖 56 度至 60 度纬度的地球表面 SRTM 数据的应用领域十分广泛 尤其在测绘 地壳形变及军事等领域具有十分重要的应 用 具体而言 主要包括如下几个方面 1 地质学 地球物理学 地震研究 火山监控及遥感图像数据的配准等 2 土木工程 土地理捌及通信线路的确定等 3 飞行模拟器 任务悬姑 导弹与武器制导 演习及战场管理等 2 SRTM 的背景 SRTM 是航天成像雷达 C X 波段合成孔径雷达 SIR C X SAR 改进型的任务 它已 分别于 1994 年 4 月和 10 月两次成功完成 SRTM 的 SIR C 和 X SAR 雷达设备各增加了第 二个接收机通道和只用于接收的第二根天线 这两根天线装在长 6O 米可伸缩的天线杆一端 这是第一部装载在航天器上环绕地球轨道进行单次通过测量的干涉仪 SRTM 是 NASA 美国宇 航局 NIMA 国防部国家测绘局 和 DLR 德国宇航中心 的一个合作项目 NASA 的喷气推进实 验室 JPL 负责 C 波段雷达系统 天线杆 姿态与轨道测定仪 AODA 以及 C 波段数据处理 DLR 负责 X 波段雷达系统 X SAR 的系统工程 理论 操作 校准和数据处理 ASTRIUM 是 X SAR 飞机硬件部分的研发 集成和测试的主要承包商 意大利空间局 ASI 与 DLR 于 1994 年合作完成了飞机硬件部分的飞行实验和数据处理 13 3 SRTM 的硬件组成 SRTM 由两个雷达系统组成 NASA 的 JPL 雷达在 c 波段 波长 5 6 厘米 工作 DLR 系统 在 x 波段 波长 3 厘米 工作 基线由 60 米长的可伸缩天线杆结构构成 此结构伸出轨道飞行器 的货舱 伸出端带有 c 波段与 x 波段雷达的第二根天线 由地面点反射回的雷达信号被内外侧 的两根天线接收 它们路径相同但时间稍微不同 相位差是由于很小的距离差所导致 由于精 确知道对于任何时间的地面点航天飞机在太空的位置和姿态 就能算出目标高度 这种首次在 太空的单次通过 SAR 干涉仪不会受不稳气压的影响 也不会受到由于遇到多次通过干涉测量而 造成目标反向散射的短时抗相关干扰 3 1 主雷达天线 主雷达天线结构图 主雷达天线由 2 条天线和 1 台计算天线位置数据的姿态与轨道测定电子仪 AODA 组成 每条天线由能发射和接收雷达信号的特殊面板制作 第一条天线称作 C 波段天线 可接收和发 射波长为 5 6 cm 的雷达信号 第二条天线称为 X 波段天线 该天线可接收和发射波长为 3cm 的雷达信号 所有这两种波长都曾在 1994 年的 SIR C X SAR 试验中用于测绘和其他学科的 研究 AODA 的主要功能是测量天线杆长度 测姿与测轨 AODA 由电子测距仪 觇标跟踪仪 惯性导航仪 恒星跟踪仪及 GPS 接收机等 5 部分组成 电子测距仪利用舱外天线上的角反射器 能非常精确地量测天线杆的长度 精度达到土 3mm 觇标跟踪仪利用舱外天线上的 3 根发光二 极管 LED 觇标来量测舱外天线相对于主雷达天线的位置 恒星跟踪仪由高性能的相机 计算 机和含有大量恒星目录的数据库组成 用于确定 SRTM 相对于恒星的姿态及舱外雷达天线的相 对运动 惯性导航仪可非常精确地量测姿态变化 所得数据与恒星跟踪仪得到的数据相结合 则可得到 SRTM 相对于恒星的绝对方位 惯导数据可用于推求随时问变化的姿态航天飞机上装 有的 2 台与舱外 GPS 天线相连的 GPS 接收机 主要用于测定轨道 14 AODO结构图 3 2 舱外天线 舱外天线与天线杆的另一端相连 它由 2 条雷达天线 即 C 波段和 X 波段 2 条 GPS 天 线 3 根发光二极管 LED 觇标及角反射器组成 2 条雷达天线仅接收雷达信号 雷达信号的发射 由主天线来完成 仓外天线结构图 3 3 SRTM 可伸缩天线杆 用于 SRTM 使命的天线是一种可伸缩铰接式天线杆 该天线杆由 87 个立方形框式部件组 成 直径为 1 12m 重量为 290kg 天线杆展开达 60m 在航天飞机起飞和着陆期间 天线杆装 在一金属罐内 天线杆由装在金属罐内的马达驱动 以展开天线杆 航天飞机上的一名宇航员 还可以利用手持马达人工展开天线 天线杆在太空的展开图 15 4 SRTM 的主要产品 SRTM 的数字产品主要包括如下几种 1 LEVEL 2 地形高程数据集 绝对水平和高程精度分别为士 20 m 和士 16 m 范围为 5 度 5 度 高程数据间隔为 1 弧 秒 约 30m 2 带状正射纠正图像数据集 采样间距为 15 m 15 m 单个文件的覆盖区域为 60 km 450 60 km 4500 km 最后移交给 NIMA 进行镶嵌 3 随机高误差数据集 4 系统高程误差模型 5 最终检核报告及全球高程误差模型 6 数字高程图像产品 有以颜色表示高程的雷达图像 带彩色干涉条纹的雷达图像 晕 渲地貌 互补色立体像对 叠置有雷达图像并以颜色表示高程的透视图 晕渲地貌透视图 叠 置有陆地卫星或其他图像的透视图 等高线图 立体像对 SRTM序号指标 C 波段X 波段 1轨道倾斜角 57 高度 233 公里 2频率5 3GHz9 6GHz 3波长0 0566 cm0 03125 cm NE 0 35dB 22dB 16 4极化HH VV VH HVVV 5极化隔离度 25dB 39dB 6分辨率距离向 30 米 方位向 30 米 4 视 30 米 30 米 4 视 7测高精度10 米6 米 8入射角 视角 15 55 17 60 9测绘带225 公里50 公里 10带宽10MHz9 5MHz 11数据处理方式数字 12PRF1344 15501440 1674 13脉宽34 us40 us 14天线类型平面相控阵裂缝波导阵列 15舱内天线尺寸 12 0 0 7512 0 0 4 16舱外天线尺寸 只接收 8 0 0 756 0 0 4 17天线增益42 7 dB44 5 dB 18天线方位向波束宽度0 25 0 14 0 28 19天线距离向波束宽度5 16 5 5 20波束操控方式电扫 21收发方式分布式 T R 组件 22峰值功率1200 W1700 W 23数据率180 Mbits s90 Mbits s 24数据格式8Bits6Bits 25目的及应用干涉测量 SRTM 系统参数 17 2 6 Lacrosse 长曲棍球系列长曲棍球系列 长曲棍球总体图 1 概述 美国于 1977 年开始研制 深蓝 INDIGO 雷达卫星 并于 1982 年 1 月 21 日发射成功 这是 1 颗试验型卫星 但只运行了 122 天 长曲棍球 LACROSSE 卫星于 1983 年批准立项 直至 1986 年才由当时担任美国中央情报局局长的乔奇 布什批准启动 至今已发射 5 颗 长曲棍球 卫星由美国前麦道公司 现合并到波音公司 和洛 马公司研制 长曲棍球 卫星已成为美国卫星侦察情报的主要来源 美国军方计划再订购 6 台 长曲棍球 卫星上的 SAR 每台 SAR 价格约 5 亿美元 1 星体构造 主体呈八棱体 长 8 12m 直径 4m 2 卫星重约 14 500kg 天线展开直径约 20m 太阳能 3 典型轨道 近地点 670km 远地点 780km 倾角 57 和 68 4 系统配置 双星组网 5 由于采用大型抛物面天线 所以提高了 SAR 的分辨率和信噪比 它采用 X L 两个 频段和双极化方式 其地面分辨率达到 1 m 标准模式 3 m 宽扫模式 和 0 3 m 精扫模式 在宽扫模式下 其地面覆盖面积可达几百平方千米 6 它采用大型太阳电池翼 展开长度为 50 m 可以为庞大的卫星 12 t 提供足够的功率 7 星上装有 GPS 接收机和雷达高度计 故能进行精密测量 18 8 采用 TDRSS 实现大容量高速率数据的实时传送 可以在全球范围内执行侦察任务 美国的 Lacrosse 系统即为极化系统 长曲棍球 卫星是当今世界上技术先进的雷达侦察 卫星 它能够穿透云雨层向地面传输清晰的卫星图片美国在南斯拉夫战争 伊拉克战争以及阿 富汗战争中用其进行了卫星电子战 The Satellite Wars 取得了很好的作战效果 长曲棍球 雷达成像卫星 共发射了 5 颗 4 颗在轨服役 卫星名称发射时间发射器 Lacrosse 11988 年 12 月 2 日阿特兰蒂斯号航天飞机 Lacrosse 21991 年 3 月 8 日大力神 4A Titan 4 03A Lacrosse 31997 年 10 月 24 日大力神 4A Titan 4 03A Lacrosse 42000 年 8 月 17 日大力神 4B Titan 4 03B Lacrosse 52005 年 4 月 30 日大力神 4B Titan 4 03B 五颗 长曲棍球 卫星发射时间表 2 技术指标 1 Lacrosse 1 名称参数 说明 发射地Kennedy Space Center 肯尼迪航天中心 轨道 远地点 近地点447 437 km PlatformSpace Shuttle Atlantis 阿特兰斯航天飞机 轨道运行周期93 4 minutes 轨道高度275 km 倾斜角57 0 天线rectangular antenna 48 feet long and 12 feet wide NORAD Number19671 USA 31 分辨率最好分辨率约 1 米 大多数图像为 3 米 目前状态完成使命 1997 年脱轨坠毁 波长3 cm 频率10 GHz 天线尺寸 8m 2m 19 2 Lacrosse 2 名称参数 说明 发射地范登堡空军基地 轨道 远地点 近地点662 420 km PlatformTitan IV A 倾斜角68 0 NORAD Number21147 USA 69 分辨率最好分辨率约 1 米 大多数图像为 3 米 目前状态服役 3 Lacrosse 3 名称参数 说明 发射地范登堡空军基地 轨道 远地点 近地点679 666 km PlatformTitan IV A 倾斜角57 0 NORAD Number25017 USA 133 分辨率最好分辨率约 1 米 大多数图像为 3 米 目前状态服役 替代 Lacrosse 1 4 Lacrosse 4 名称参数 说明 发射地范登堡空军基地 轨道 远地点 近地点695 689 km 675 572 PlatformTitan IV B 重量14 500 kg 倾斜角68 0 68 1 NORAD Number26473 USA 152 分辨率最好分辨率约 1 米 大多数图像为 3 米 目前状态服役 替代 Lacrosse 2 注 Lacrosse 4 在初始轨道运行后做了自适应调整 括号内为调整后的相应参数 5 Lacrosse 5 名称参数 说明 发射地Cape Canaveral 轨道 远地点 近地点718 712 km PlatformTitan IV B 重量16 000 kg 倾斜角57 0 NORAD Number28646 USA 182 分辨率最好分辨率约 0 3 米 大多数图像为 1 米 目前状态服役期 20 21 2 7 Discover II 发现者发现者 2 1 开发单位 U S Air Force 美国空军 Defense Advanced Research Projects Agency DARPA National Reconnaissance Office NRO 国家情报局 计划开始时间 1998 年 2 月 预计完成时间 2010 年 2 用途 Discoverer II 希望能够提高对战场的监测和侦察能力 通过多星协作实现对全球地面 目标的精确监控 1 高距离分辨率地面动目标检测 HRR GMTI 2 合成孔径雷达成像 3 获得高分辨率数字地形高程数据 DTED 最初 Discoverer II 计划包含 24 颗近地轨道卫星 入射角约为 54 度 组成 Walker 星座 轨道高度为 770km 现在的 Discoverer II 计划先会研制并发射两颗 HRR GMTI SAR 卫星用于实 验 这两颗卫星集成 TES Tactical Exploitation System 战术拓展系统 系统 将对其进行一 年的在轨观测论证 这些论证将未将来的多星星座系统在技术可行性 耗资 任务完成能力等 方面提供可靠的参考 3 特点 1 跟踪并检测地面运动目标 2 高分辨率成像 3 收集高精度的数字地面高程信息 4 战场数据的实时传送 5 证明类似计划在资金消耗方面是可以接受的 单星制作费用 小于 100million 20 年 的生命周期内的费用 小于 10billion 6 战争时期与和平时期都可以应用 在和平时期可以用于监测是否存在运送大规模杀伤 性武器的船只等 4 Discoverer II 处理结构 关键在于提高雷达出处理的实时性能 如果要实现 GMTI 功能 在线处理器的运算速度必 须达到 1 TOPS Tera operation per second 以上的吞吐量 而且整个处理器的设计不能超过卫 星的重量和功率限制 因此 VLSI 超大规模集成电路 和并行处理技术成为整个处理器的技 术关键 其中 STAP 技术是实现 GMTI 功能的关键 考虑天线尺寸为 2 5m 16m 卫星速度为 7km s 在这种参数下 运动目标与杂波主瓣往往是混叠的 也就是说运动目标淹没在杂波主瓣 中 STAP Sapce Time Adaptive Processing 技术就用于抑止地杂波 从而将被杂波掩盖了的 运动目标检测出来 22 5 Discoverer II 不同工作模式下的参数 条带模式 grazing angleslope anglesquint angle collection rate km2 s IPR 127045700 0003m ScanSAR grazing angleslope anglesquint angle collection rate km2 s IPR 127045100 0001m 聚束模式 grazing angleslope anglesquint angle target areas km2 IPR 1270454 40 3m GMTI 模式 grazing angleslope anglesquint angle collection rate km2 s detectable velocities 67002 000 0001 3 58 6 Discoverer II 平台参数和雷达参数 平台参数 Altitude770km Latitude coverage 65 65 grazing angle limit12 slope angle limit70 cone angle limit45 orbital inclination53 reflector1000kg weight planar1500kg on board memory 160 Gbits downlink rate548Mbps growth to 1 096Gbps uplink command rate 200Kbps 雷达参数 类型合成孔径雷达 工作模式条带 聚束 扫描 GMTI 波段X band 600MHz 带宽 峰值功率1kw 天线尺寸5 8m T R 模块350 reflector 2800 planar 方位 1 电子波束指向 俯仰 20 20 指向精度 4 观测带宽度 km 20 可变 2 11 Cassini 继 Magellan 宇宙飞船观测金星计划后 1996 年 NASA 开展了第二项星球雷达任务 观 测土卫六土星 Titan 的 Cassini 任务 用于开展观测 Titan 表面的物理状态 地形和组成成分 等多项任务 进而推测其内部构造 Cassini 上搭载的 SAR 工作于 Ku 波段 HH 极化 距离向 分辨率 400 1600m 方位向 600 2100m 具体技术参数见下表 系统参数取值 飞行高度 km 1000 4000 轨道倾角 可变 波长 cm 2 2 极化HH 入射角 14 35 4 方位向分辨率600 2100 距离向分辨率400 1600 视数4 32 观测带宽度 km 68 311 26 3 欧空局 欧空局 3 1 ERS 1 ERS 2 1991 年 7 月以德国 英国 法国 意大利等 12 个成员国组成的欧洲空间局 ESA 利用阿里 亚娜 4 火箭发射了欧洲的地球资源卫星 ERS 1 European Remote Sensing Satellite 卫星采用 法国 SPOT I 和 SPOT II 卫星用的 MK 1 平台 装载了 C 波段 SAR 采用 VV 极化天线 获得 了 30m 空间分辨率和 100km 观测带宽的高质量图像 这也是该组织第一次用星载 SAR 技术对 地球进行大面积成像观测 1995 年 4 月 21 日 欧空局发射了类似性能的 ERS 2 卫星 目前 ERS 2 仍在在轨运行 至今已积累了 11 年对地观测资料 ERS 系列卫星是民用卫星 主要用途是对陆地 海洋 冰川 海岸线成象 序号指标ERS 1 2 1轨道 倾斜角 38 高度 259 公里 2频率5 3GHz C 波段 3波长0 56 米 4极化VV 5分辨率 距离向 26 3 米 方位向 30 米 6入射角 视角 23 固定 7测绘带80 4 公里 8带宽15 5MHz 9数据处理方式数字 10PRF1640 1720 Hz 11脉宽37 12 us 12天线尺寸10 米 1 米 13峰值旁瓣比方位向 20 dB 距离向 18 dB 14模糊度方位向 20 dB 距离向 31 dB 15天线方位向波束宽度N A 16天线距离向波束宽度4 8 17指向经度方位向 1 km 距离向5 5km2 系统响应时间30 次 天 波段X 分辨率6 年 启动时间 1989 年 发射时间 1995 年 11 月 总 体 指 标 参 数性 能 轨道轨道高度 789km 轨道倾角 98 6 卫星重量2750 kg 设计寿命5 年 频率 波段5 3GHz C 波段 波长5 6cm 极化HH 空间分辨率10 100m 1 入射角20 59 1 测绘带500km 1 天线尺寸 15m 1 5m 带宽11 6 MHz 17 3 MHz 30MHz 数据处理方式数字 星上记录方式磁带记录 43 脉宽 42 s 平均功率300W 峰值功率5KW 天线类型有源缝隙波导 图像指标 注释 1 Radarsat1 有 7 种波束模式 25 种成像方式 具体的各种模式参数如下 工作模式性 能 标准波束宽观测带高分辨率低入射角SCANSAR2 波束SCANSAR4 波束 空间分辨率 24m 26 m 32m 26 m 9m 8m43m 26 m 35m 35 m 100m 34m 52 m 100m 测绘带宽度105km158km49km170km310km310km520km520km 入射角范围20 49 20 39 37 48 10 23 20 39 20 39 20 49 20 49 视数441411418 44 5 2 RadarSAT II RADARSAT 2 空中姿态模拟图空中姿态模拟图 Radarsat 2 是由 CAS Canadian Space Agency 和 MDA MacDonald Dettwiler and Associates Ltd 联合出资开发的星载合成孔径雷达系统 Radarsat 2 是加拿大继 Radarsat 1 之后 的新一代商用合成孔径雷达卫星 为了保持数据的连续性 Radarsat 2 继承了 Radarsat 1 所有的 工作模式 并在原有的基础上增加了多极化成像 3 米分辨率成像 双边 dual channel 成 像和 MODEX Moving Object Detection Experiment Radarsat 2 与 Radarsat 1 拥有相同的轨道 但是比 Radarsat 1 滞后 30 分钟 这是为了获得两星干涉数据 Radarsat 2 的用途是给用户提供 全极化方式的高分辨率的星载合成孔径雷达图像 在地形测绘 环境监测 海洋和冰川的观测 等方面都有很高的实用价值 基本情况 启动时间1998 年 发射时间2007 年 3 月 国家加拿大 重量2280 kg 使用年限7 年 轨道参数 Geometrynear polar sun synchronous Altitude798km Inclination98 6 degrees Period100 7 minutes Repeat cycle24 days Orbits per day14 45 Ascending node18 00 hrs SAR 天线参数 有源天线C Band T R modules 载波频率C band 5 405 GHz 极化方式HH HV VH VV 带宽11 6 17 3 30 50 100 MHz 孔径长度15 metres 孔径宽度1 37 metres 重量750 kg Polarization Isolation 25dB 不同工作模式下的分辨率 入射角和极化方式 Approximate Resolution Beam Mode Nominal Swath WidthRangeAzimuth Approximate Incidence Angle Polarization Ultra Fine20km3m3m30 40 Multi Look Fine50km8m8m30 50 Selective Single Polarization Fine Quad Pol25km12m8m20 41 Standard Quad Pol25km25m8m20 41 Quad Polarization Fine50km8m8m30 50 Standard100km25m26m20 49 Wide150km30m26m20 45 ScanSAR Narrow300km50m50m20 46 ScanSAR Wide500km100m100m20 49 Selective Polarization Extended High75km18m26m49 60 Extended Low170km40m26m10 23 Single Polarization 不同工作模式下的雷达参数 Beam ModePRF Hz Pulse Width us Band Width MHz sample length Data Rate Mbps Ultra Fine168842100161426 3 Multi Look Fine130042100328445 4 Fine Quad Pol2800423015054 7 Standard Quad Pol28002117 2810826 2 Fine13304230328113 9 Standard13004211 5855575 3 Wide13244211 5863087 1 ScanSAR Narrow 42 79 5 ScanSAR Wide 42 77 3 Extended High13704211 5846766 8 Extended Low13754217 2837188 7 46 6 日本 日本 6 1 JERS 1 Japan Earth Resources Satellite 日本地球资源卫星示意图日本地球资源卫星示意图 JERS 1 Fuyo 1 是由 NASDA MITI STA NASDA National Space Development Agency Japan 日本航天发展局 MITI Ministry of International Trade and Industry Japan 日本国际工 业贸易部 STA Science and Technology Agency Japan 日本科技部 这三家共同负责完成的一 个雷达卫星项目 NASDA STA 负责卫星平台 MITI 负责载荷 该卫星的主要用途包括地质 研究 农业林业应用 海洋观测 地理测绘 环境灾害监测等 该卫星载有两个完全匹配的对 地观测载荷 有源 SAR 和无源多光谱成像仪 JERS 1 卫星于 1992 年 2 月 11 日在 Tanegashima 空间中心被发射升空 1998 年 10 月 11 日 JERS 1 发生故障 很可能是姿态控制系统故障 使得该卫星终止了寿命 因此总工 JERS 1 总共在轨工作了 6 年半 设计寿命是两年 序号指标JERS 1 1轨道 倾斜角 98 高度 570 公里 2频率1 275GHz L 波段 3波长0 235 米 4极化HH 5卫星重量1400kg 6分辨率 距离向 18 米 方位向 18 米 3 视 47 7入射角 视角 35 21 8测绘带75 公里 9带宽15MHz 10数据处理方式数字 11PRF1505 8 1606 0 Hz 12脉宽35 us 13天线类型Array of 1024 microstrip radiation elements 14天线尺寸11 9 米 2 2 米 15天线增益33 5dB 16天线方位向波束宽度N A 17天线距离向波束宽度N A 18波束操控方式N A 19收发方式N A 20峰值功率1100W 1500W 21数据量化3bits 22数据率60 Mbit s 23目的及应用资源勘查 48 6 2 ALOS PALSAR Alos 即 Advanced Land Observing Satellite 先进陆地观测卫星 日本 NASDA 机构于 1993 年开始了 ALOS 卫星系统的概念性研究以及相应的遥感传感器制造和试验研究 直到 2006 年 1 月 24 日发射 ALOS 采用高分辨率和微波扫描 主要用于发展陆地探测技术 在测图 区域 性观测 灾害监测 资源调查等方面做出了贡献 ALOS 卫星携带三种遥感传感器 1 全色立体测图传感器 PRISM Panchromatic Remote Sensing Instruments for Stereo Mapping 主要为了获取数字高程模型和立体测图目的 2 新型可见光和近红外辐射计 AVNIR 2 Advanced Visible and Near Infrared Radiometer Type 2 主要用于精确的土地覆盖观测 3 相阵型 L 波段合成孔径雷达 PALSAR Phased Array Type L band Synthetic Aperture Radar 主要为了实现全天候的陆地观测 1轨道准太阳同步回归轨道 高度 691 65km 赤道 倾角 98 16 度 回归天数 46 天 2频率1270MHz L band 工作模式High Resolution 高分辨率 SCANSRE 扫描 全极化 3极化HH or VVHH HV or VV VH HH or VVHH HV VV VH 4带宽28MHz14MHz14 28MHz14MHZ 5入射角9 9 50 8 9 7 26 2 18 43 8 30 6地面分辨率7 0 44 3m14 0 88 6m100m 多视 24 1 88 6m 7数据量化5 bits5 bits5 bits3 或 5 bits 8数据率240 Mbit s120 或 240 Mbit s240 Mbit s 9测绘带40 70km250 350km30km 10天线尺寸 8 9m 3 1m 11数据处理方式数字 12脉宽27u