科普 | 全球主要星载SAR简介

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，从构思一实验室一机载一星载，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。

一、国外星载SAR

星载SAR的研究主要集中在美国、加拿大。欧洲等发达国家。

1.美国Seasat卫星

美国是星载合成孔径雷达的发源地，早在1978年，美国国家航空航天局（NASA）就成功发射了第一颗SAR卫星——海洋卫星（Seasat）。其轨道高度为795km，分辨率为25m，测绘带宽度为100km。Seasat运行了100天，对地球表面多达1亿平方千米的面积进行了测绘，并且利用重复轨道干涉模式，首次在空间获得了地球表面的星载SAR干涉测量数据。

虽然Seasat卫星在不到一年的时间内因故障停止运行，但它为海洋观测和卫星遥感技术的发展奠定了基础。Seasat卫星的成功也催生了之后多颗遥感卫星，为地球科学研究做出了巨大的贡献。

2.欧空局ERS系统

ERS-1和ERS-2雷达卫星为欧空局分别于1991年和1995年发射，携带多种有效载荷，包括侧视合成孔径雷达和风向散射计等装置。ERS-1和ERS-2雷达卫星构成对同一地面访问时间相差一天的星对，使得两次取得的SAR数据之间的相干性得到了一定的保障，采用太阳同步晨昏轨道，该系统采用的是重复轨道干涉模式，卫星编队形式为跟飞。（苏州天镜韵湖智能科技有限公司www.sztjyh.cn）

ERS-1/2基线测量方法：轨道数据（星历数据）加上精密的轨道动力及引力模型计算获得。

3.日本JERS-1系统

JERS-1雷达系统是日本于1992年发射升空，采用太阳同步晨昏轨道，该卫星采用重复轨道干涉模式，但其轨道控制方式不佳，在交轨方向的基线分量不如日本之后发射的ALOS卫星。下表中基线长度是对JERS-1持续观测四年期间的基线变化范围。

JERS-1将两台光学传感器（OPS）和合成孔径雷达系统（SAR）置于同一平台上的卫星，三者的视场完全相同，地面分辨率基本一致，同一平台在同一时刻可得立体像对，主要用途是观测地球陆域，进行地学研究等。

4.加拿大RadarSat卫星

RadarSat雷达卫星由加拿大于1995年11月4日发射，具有7中模式、25种波束及不同入射角，因而具有多种分辨率、不同幅宽和多种信息特征，可用于全球环境、土地利用和自然资源监测等。

RadarSat雷达卫星除了有一个地面卫星数据接收站外，卫星上还载有磁带记录器，可覆盖全球。该卫星除陆地及海洋应用外，其还肩负两个方面的重要任务：一是对南极大陆提供第一个完全的高分辨率卫星覆盖，二是对全球产生多次卫星覆盖。

5.美国SRTM

2002年2月美国奋进号航天飞机发射升空，执行耗资3.64亿美元，称为“航天飞机雷达测绘使命（SRTM）”的空间飞行任务。它采用的方式为单航过双天线干涉测量，即在航天飞机上构建双天线实施InSAR地形测绘。该任务历经11天顺利完成任务，共计进行了222小时23分钟的数据采集工作，获取的雷达影像数据达9.8万亿字节，数据覆盖范围在北纬60°至南纬56°之间，覆盖面积超过1.19亿，数据产品为间距30m和90m的数字高程模型，相对测高精度为6m。（天线直径1.12m，交轨基线长度60m，顺轨基线长度7m，采用频段C/X，绝对测高精度：水平20m，垂直16m；相对测高精度：水平15m，垂直4m）。

6.欧洲ENVISAT卫星

ENVISAT雷达卫星属极轨对地观测卫星系列之一，于2002年3月升空。星上载有10种探测设备，其中4种是ERS-1/2所载设备的改进型。作为ERS-1/2雷达卫星的延续，ENVISAT雷达卫星数据主要用于监测环境，即对地球表面和大气层进行连续的观测，供制图、资源勘查、气象及灾害判断之用。

7.日本ALOS卫星

2006年1月日本发射了先进陆地观测卫星（ALOS），它携带有L波段相控阵合成孔径雷达（PALSAR），该卫星主要用于对全球陆地资源和环境实施全天候监测，在高分辨率模式下距离向分辨率优于2m，轨道定位精度10m，PALSAR有较高的距离向分辨率和较高的信噪比，并且在交轨方向对轨道有较好的控制。

8.意大利COSMO-SkyMed卫星

COSMO-Skymed（宇宙-地中海）观测系统是由4个低轨中型卫星形成的星座和军民两用地面数据分发机构组成，其星座中的每个卫星携带一个X波段、高分辨率、多极化SAR传感器。传感器的研制与生产由意大利阿莱尼亚航天公司（Alenia Spazio）和法国阿尔卡特公司合作研制完成。这4个卫星将能够实现针对大范围观测的较低分辨率宽扫成像模式和小范围高分辨率观测的聚束成像模式。

9.加拿大RadarSat-2卫星

RadarSat-2是加拿大第二代地球观测卫星，于2006年12月发射升空，它几乎保留了RadarSat-1的所有优点，雷达采用C波段，HH极化，数据分辨率3-100m，幅宽10-500km，设计使用寿命为7年，采用多极化工作模式，轨道定位精度15m，能够大大增加可识别地物或目标的类别，能够左视和右视，并且可以实现相互转换，主要用于测绘以及环境和自然资源的监测等方面。

10.德国TanDEM-X卫星

TerraSAR-X计划于1997年启动，由德国联邦教育及研究部、德国航空航天中心及Astrium Gmbh公司三家单位合作研制，并于2007年6月发射升空。TerraSAR-X是一颗新的高分辨率SAR卫星，其上搭载的SAR传感器工作于X波段，波长3.2cm，多极化、多模式成像。这颗卫星外形近似于六角形的棱柱，长约5.2m，直径约2.3m，发射重量1t以上。广泛应用于农业和林业管理、地址调查、海事监测和制图，在军事侦察领域也具有非常高的应用潜力。

德国TanDEM-X卫星任务是利用两颗TerraSAR-X卫星进行编队飞行的一个高精度的雷达干涉测量系统，第一颗TerraSAR-X卫星于2007年发射升空，计划使用寿命为5年，第二颗TerraSAR-X卫星于2009年发射升空，计划使用寿命为5年，两颗卫星有三年的工作交叠期，德国预计在这三年种生成全球的高精度DEM数字高程模型，高程定位精度优于2m，DEM格网间距为12m。

11.Sentinel-1卫星

Sentinel-1是ERS-1/2、EnviSat卫星的后继星，同时也是欧洲空间局（European Space Agency, ESA）全球环境和安全监视（即哥白尼计划）系列卫星的组成部分。Sentinel-1作为一个星座由两颗C波段SAR卫星组成，Sentinel-1A于2014年4月3日发射升空，Sentinel-1B于2016年4月25日发射升空。Sentinel-1A与Sentinel-1B组成SAR卫星星座，重访周期由单星12天缩短至双星6天，两星在同一轨道平面内相差180°。其应用领域包括极地环境和海冰监测、地表形变监测、森林监测、水资源管理与土壤保护，食物安全与农作物监测，全球制图等.

二、国内星载SAR

虽然我国在星载SAR技术领域起步较晚，但是经过20多年的努力，我国在该领域也取得了重大技术突破，缩短了与世界先进国家的差距。

1.高分三号

高分三号卫星（GF-3）于2016年8月10日成功发射，是我国首颗分辨率达到1米的C频段多极化合成孔径雷达(SAR)卫星，自然资源部为其主用户。

GF-3星的分辨率可以达到1米，是世界上分辨率最高的C频段、多极化卫星。同时卫星获取的微波图像性能高，不仅可以得到目标的几何信息，还可以支持用户的高定量化反演应用；卫星具备12种成像模式，涵盖传统的条带成像模式和扫描成像模式，以及面向海洋应用的波成像模式和全球观测成像模式；功率达万瓦级，可以获取高性能的微波图像，同时是我国首颗连续成像时间达到近小时量级的合成孔径雷达卫星；卫星成像幅宽大，与高空间分辨率优势相结合，既能实现大范围普查，也能详查特定区域，可满足不同用户对不同目标成像的需求。

GF-3星在系统设计上进行了全面优化，具有高分辨率、大成像幅宽、多成像模式、长寿命运行等特点，主要技术指标达到或超过国际同类卫星水平，显著提升了我国对地遥感观测能力，是高分专项工程实现时空协调、全天候、全天时对地观测目标的重要基础。

2.1米C-SAR

1米C-SAR卫星（2颗） 是空基规划首批立项的业务星，与高分三号卫星实现组网运行，以满足海陆观测快速重访需求，为我国多极化合成孔径雷达（SAR）卫星数据业务化应用提供支撑。1米C-SAR卫星充分继承高分三号卫星的成熟技术，主载荷仍为C频段多极化SAR载荷，并在高分三号卫星的基础上，扩展了船舶监测、星上SAR实时处理与自主轨道保持能力，提高了成像质量、探测效能以更好的满足海洋、应急、国土、地质、环保、水利农业、气象及海军等多个行业用户的应用需求。

1米C-SAR 01星和02星分别于2021年11月23日和2022年4月7日成功发射，相比于高分三号卫星，1米C-SAR采用了TOPSAR模式替代传统扫描模式，极大程度地降低了宽幅成像存在的“扇贝效应”。增加了AIS船舶定位技术，及时更新海上船舶的位置信息并引导对船舶成像和识别，及时掌握海洋气象、航行信息等数据，有助于保障海上生命安全、提高航行的安全性。此外，增加了星上实时处理器，在特定观测模式下可以即时进行数据处理，省去了数据处理的中间环节，对应急救援具有重要意义。

3.海丝一号

2020年12月22日，由中国电子科技集团公司第三十八研究所和天仪研究院联合研制的我国首颗商业SAR卫星“海丝一号”搭载长征八号运载火箭在文昌卫星发射中心成功发射。“海丝一号”历时1年完成研制，整星重量小于185kg，成像最高分辨率1m，可以全天候、全天时对陆地、海洋、海岸进行成像观测，具有轻小型、低成本、高分辨率的特点。“海丝一号”是我国首颗轻小型SAR卫星，是国际上首个C波段小卫星，可为海洋环境、灾害监测及国土调查等领域提供服务。

4.巢湖一号

巢湖一号卫星由长沙天仪空间科技研究院有限公司研制，是中国“天仙星座”项目的首发星，于2022年2月27日在文昌航天发射场成功发射。

依托天仪全球自动地面站网络及SAR遥感卫星全天时全天候获取稳定预期遥感影像的特性，巢湖一号卫星将具备6小时应急成像能力，为用户提供更加精准、高效、可靠的SAR卫星遥感数据服务。

巢湖一号卫星是中国“天仙星座”项目的首发星，其应用需求由天地信息网络研究院（安徽）有限公司提出，天仪研究院为卫星总体，中国电子科技集团公司第三十八研究所（简称“中国电科38所”）为载荷总体，联合负责卫星的研制。这也是天仪研究院与中国电科38所继联合研制我国首颗商业SAR卫星海丝一号后的第二次合作。

相比我国首颗商业SAR卫星海丝一号，巢湖一号卫星进一步优化了卫星平台和雷达载荷设计，使得卫星在成像幅宽、分辨率、最大成像时长、数据传输、轨控等核心能力上均有了显著的提升，并增加了区域多点目标的连续成像能力、精密定轨能力及在轨AI处理功能。

5.齐鲁一号

齐鲁一号卫星是中科院重点部署项目“天基资源网络化服务体系构建与在轨验证”研发的首颗网络化智能微波遥感小卫星，由中科院空天信息创新研究院作为项目总体、中科院微小卫星创新研究院作为卫星总体，联合国家空间中心、中科大、信工所等优势单位研制，山东产业技术研究院为用户单位。

齐鲁一号卫星搭载了国内首台Ku谱段SAR载荷、智能载荷、空间路由器、激光通信机等新型载荷，主要开展在轨实时任务规划、SAR数据智能处理和直接面向终端的智能信息服务等关键技术验证，与后续发射的齐鲁二号、齐鲁三号卫星开展星间组网通信、在轨信息融合和智能协同等应用验证，为中国天基系统网络化和智能化发展提供支撑，推动中国天基系统应用服务模式转变和服务效能提升。

齐鲁一号主要为山东国土、城建、农业、林业、能源、防灾减灾等行业提供遥感服务。

6.宏图一号

航天宏图一号卫星星座搭载长征二号丁火箭发射升空并成功入轨。这是国际上首个“1+3”车轮编队构型的分布式干涉SAR卫星星座，由“一主加三辅”四颗卫星组成，主星发射雷达信号，主辅四星接收散射信号，可实现多基线干涉成像，在城市地质灾害监测、海洋监测、洪涝灾害监测、地表沉降监测等方面具备极大优势。

该组卫星具备对全球非极区进行1:5万比例尺测绘能力，可以快速高效进行全球陆地高精度测绘；具备毫米级形变监测能力，能够为地面沉降、塌陷、滑坡等灾害的勘查和防治提供数据支撑，是早期识别复杂地区重大地质灾害隐患的“利器”；具备亚米级高分宽幅成像能力，可以全天候和全天时对地高质量成像观测，整体技术达到国际领先水平。

7.珞珈二号01星

珞珈二号（光音二号）01星由武汉大学、山东锋士等单位牵头研发，是全球首颗Ka频段高分辨率SAR卫星，具有较高的先进性和创新性，高频Ka频段遥感同时具有光学和微波的优点，极大地丰富了探测手段，能满足目标识别级的遥感感知的高分辨率、视频等多种探测需求，最高分辨率能达到0.5米。同时，具备“穿云透雨”的能力，可提供全天候的监测服务，能提高大范围、广区域“天”基监测感知手段和信息服务能力，将有力推动空天信息、智能水利领域的科技创新与产业应用。

珞珈二号（光音二号）01星主要用于验证SAR遥感新体制雷达技术和导航增强技术等功能。是国际首颗遥感成像、气象探测和水利应用一体化卫星，具备穿云透雨能力，可提供全天候、全天时、全覆盖的监测服务，可有效解决遥感数据在行业应用中 “用时少”、“不用时多”的痛点和难点，提供大范围、广区域“天”基监测感知手段和能力。该星搭载各种星载传感器，能够主动或被动获取各种波段，可以反演水文要素，如水域面积、水面高程等，然后通过水利数学模型推演流速、流量等间接指标，进而研发太空水文站、太空水质站、减灾监测平台、水资源精细化管理平台等各种行业产品。此外，还可以通过Ka频段高分辨率SAR成像识别微小形变，监测大坝变形和地表形变，识别地质灾害。基于卫星遥感技术的地质灾害识别可为风险早期识别、精准定位监测目标打下良好基础，在目标地质灾害隐患点动态监测、跟踪分析等方面相较传统手段具有精度高、覆盖广、成本低廉等优势，同时为反滑坡等地质灾害诱发成因与演变规律提供技术支撑。