合成孔径雷达高度计.pdf

83 2013 年 11月号总第210 期 合成孔径雷达高度计 文 / 许可 传统的雷达高度计在进行高度测量的 时候采用脉冲有限方式进行高度测量，它 利用了电磁波的频率和幅度信息, 没有利 用相位信息, 其测高精度一般为2cm 左右 （ 4m 有效波高） 。目前一种新型的合成孔 径雷达高度计（SAR高度计）,除了利用 了传统的电磁波幅度和相位信息以外, 还 利用了相位信息。SAR 高度计在相位信息 的处理上，利用了沿航迹向的多谱勒信息， 这一点与合成孔径成像雷达很相似，但又 有所不同。合成孔径成像雷达通过天线波 束测视的方式获取二维图像（或通过干涉 测量获得三维图象）；而 SAR 高度计通过 天线波束指向天底点正视的方式，获得沿 航迹向星下点一维的绝对高度信息。由于 SAR 高度计将孔径合成的思想引入到传统 高度计中来，其测高精度提高到1cm 左右， SAR 高度计标志着新一代卫星高度计技术 的面世。 由 于 SAR 高 度 计 测 高 精 度 较 之 传 统 高度计提高了1 倍，在海洋中尺度测量、 海 洋 深 度 测 量、 高 精 度 海 洋 重 力 场 测 量 等 方 面 将 发 挥 重 要 作 用。 欧 洲 计 划 中 的 Sentinel-3和 Jason-CS 卫星都将采用SAR 高 度 计 的 工 作 模 式， 中 国 目 前 也 开 展 了 SAR 高度计的相关研究并将应用于未来的 海洋卫星中。 在技术上SAR 高度计采用了延时多谱 勒补偿技术，沿航迹向的信号历史经过处 理都对高度测量做出贡献，这样高度计利 用了更多的辐射能量，而传统的雷达高度 计主要利用了脉冲有限足迹内的能量进行 高度测量。SAR 高度计的发射信号采用了 大时带积的线性调频信号，该信号经过海 面的后向散射后产生的回波信号通过天线 中国科学院微波遥感技术重点实验室 HY-2A星雷达高度计天线 高科技与产业化 . 月刊84 进入接收机，这时SAR 高度计将发射信号 复制了一份在接收机内与回波信号进行混 频，即去斜处理， 完成了时间频率的转换， 再经过下变频后进行A/D采集处理。SAR 高 度 计 将 采 集 的 A/D信 号 存 储 在 存 储 器 内，在沿航迹维进行FFT 变换，然后进行 距离延时校正。在每个多谱勒频率单元内， 距离向数据进行逆FFT 变换、滤波、多视 处理后形成同一位置的多视数据，进而获 图1 SAR 高度计与传统高度计性能比对 取 SAR 高度计回波信号。通过对回波信号 的跟踪处理得到高度测量信息。 图 1 给出了SAR 高度计和传统高度计 的测高精度比对结果。从图中可以看出在 4m 有效波高的前提下，SAR高度计的测 高精度达到了1cm，而传统高度计的测高 精度在2cm 左右。在有效波高和后向散射 系数的测量方面，SAR 高度计的测量精度 也比传统高度计有显著的提升。 干涉式微波辐射计与静止轨道微波 文 / 吴季 刘浩 微波辐射计的星载应用所面临的最大 限制来自于空间分辨率。微波辐射计的被 测信号为不相干噪声，无法应用有源SAR 的成像机理，因此其空间分辨率完全决定 于接收天线的物理口径。然而，天线大则 重量大，航天应用成本高，技术难度太大， 更严重的问题是传统的辐射计需要对天线 进行机械扫描，这在很多星载情况下非常 COVER STORY封面专题