高分三号成像模式介绍

高分三号成像模式介绍

被誉为“天眼工程”的我国高分辨率对地观测系统重大专项迎来重要时刻。解放日报·上观新闻记者从中国航天科技集团公司获悉，由该集团抓总研制的我国首颗1米分辨率C频段多极化合成孔径雷达卫星高分三号正式投入使用。

据介绍，高分三号是世界上成像模式最多的合成孔径雷达（SAR）卫星，具有12种成像模式。它不仅涵盖了传统的条带、扫描成像模式，而且可在聚束、条带、扫描、波浪、全球观测、高低入射角等多种成像模式下实现自由切换，既可以探地，又可以观海，达到“一星多用”的效果。

分辨率达到１米，就能看清地面上的小轿车、海上行驶的船只。高分三号的空间分辨率是从１米到500米，幅宽是从10公里到650公里，不但能够大范围普查，一次可以最宽看到650公里范围内的图像，也能够清晰地分辨出陆地上的道路、一般建筑和海面上的舰船。由于具备１米分辨率成像模式，高分三号卫星成为世界上Ｃ频段多极化SAR卫星中分辨率最高的卫星系统。而且它能同时发射、接收水平波和垂直波，是我国首颗多极化SAR卫星，帮助人们更好地分辨、识别地上、海上物体。此外，高分三号卫星还是我国首颗设计使用寿命8年的低轨遥感卫星，能为用户提供长时间稳定的数据支撑服务，大幅提升了卫星系统效能。

SAR按扫描方式分类：

合成孔径雷达按波束扫描方式一般分为三种模式:条带式SAR、聚束成像SAR 和扫描式SAR。

条带式SAR，其波束指向与载体的飞行方向是固定的，波束扫描平行于飞行航迹的一条条带区域，并得到该条带区域的雷达图像。该模式成像技术相对简单，适合进行大面积的测绘，星载条带式SAR的测绘带宽可达几百公里。

聚束式SAR，其波束始终指向成像景物，可以对景物进行长时间的观测，获得长的合成孔径，从而获得高的方位分辨率。该模式适合于对景物进行精细成像。

扫描式SAR，它是条带模式和聚束模式的结合体，它根据实际情况选择用条带模式或者聚束模式对景物进行粗略或者精细成像。

无论那种成像方式其基本原理是相同的，都基于距离多普勒原理。雷达成像中距离分辨率都是通过发射宽频带信号进行接受匹配滤波得到窄脉冲，方位分辨率通过对散射点回波信号的多普勒历程进行相干积累得到。

高分三号成像模式（细分12种）：

条带成像模式（6种）

条带模式是星载SAR 最常用的成像模式，在条带模式工作时，雷达以一个固定视角对地面进行照射（如上图所示）。星载SAR 一般工作在脉冲模式，即以一定的频率（PRF）向地面发射脉冲并接收地面反射的回波信号。在距离向，星载SAR 通过发射宽带线性调频信号（Linear Frequency Modulation，LFM）并用匹配滤波器来提高分辨率。而在方位向，星载SAR 使用较宽的天线波束，通过对多个脉冲进行相干积累以提高分辨率。这样，从单个目标来看，雷达信号从不同角度进行照射，相当于一个较大的天线孔径，这就是合成孔径的原理。一般的星载SAR 都具有条带模式，目前的大部分星载SAR 都以条带模式为常用工作模式。

高分三号在条带成像模式下能够实现的分辨率及测绘带宽如下：

滑动聚束成像模式

滑动聚束模式是一种新颖的SAR成像模式，它通过控制天线辐照区在地面的

移动速度来控制方位分辨率，其成像的面积比聚束SAR大，并且其分辨率可以高于相同天线尺寸条带SAR的分辨率，它可以在高分辨率和大面积成像中做出更好的权衡。图像也不会产生扇贝效应，因此是一种比较有应用价值的工作模式。高分三号在该模式下能够实现分辨率1m，成像面积10km*10km。

条带SAR和滑动聚束SAR的基本原理是相同的，都是通过对平台运动所产生的多普勒频率进行分析从而提高方位分辨能力，因而对大部分概念和术语，三者基本一致，但各模式又拥有跟其他模式不同的特性。

扫描成像模式（ScanSAR）（3种）

ScanSAR是星载SAR宽测绘带观测的重要模式，它通过在多个子测绘带（subswath）间切换，来扩展其一次通过观测地区时的观测带宽度，从而实现宽测绘带观测（如图2.3 所示）。星载SAR 工作于ScanSAR模式时，首先在第一个子测绘带工作一段时间，再切换到第二个子测绘带。对所有子测绘带完成扫描后，再回到第一个子测绘带继续工作。为了地面图像能够连续，ScanSAR需要在合成孔径时间内完成对所有子测绘带的观测，在每个测绘带观测的时间就会比较少。从目标的角度看，就是把原来的合成孔径时间，与在同一方位向不同测绘带的目标分享，各占一段。因此，相比条带模式，ScanSAR可以说是牺牲一部分的分辨率来换取了宽的测绘带。

高分三号能够采用ScanSAR模式成像，它工作于C波段，有全球监测、宽、窄三种扫描模式，测绘带宽分别为650km、500km 和300km，分辨率分别为500m×500m、100m×100m 和50m×50m。

波成像模式（无相关资料，按概念推测应该为滑动聚束成像模式的一种特例）

波成像模式分辨率及成像范围为：

10m/5 km*5 km(全极化)

(连续两次观测间隔约50 km)

高低入射角成像模式

高分三号在成像时的常规入射角为20 ～50度，在扩展入射角成像模式时10 ～60度。其分辨率及带宽分别为：

低入射角25 m／130 km(双极化)

高入射角25m／80 km(双极化)。