我们知道SAR是一种主动微波成像雷达,一直以来都是是雷达遥感领域的研究热点,具有高分辨率、远距离探测、大范围成像,以及全天候、全天时工作等独特优势。
近年来,应用需求的增长推动了SAR技术的快速发展,工作模式从传统条带成像、聚束成像扩展到地面动目标指示 (GMTI)、海面广域监视与跟踪、逆合成孔径雷达 (ISAR) 成像、多极化成像、干涉测量 (InSAR) 等,新方法、新器件和新材料的采用不断提高了SAR的分辨率等性能指标,同时使设备的重量、体积、功耗逐步降低。
SAR载荷与无人机平台相结合成为了技术发展的必然,显而易见的性能提升之处:
SAR的主动成像能力弥补了无人机上光学传感器的不足,使系统具备全天候、全天时的探测能力;同时SAR的高分辨率和大范围成像特点大大提高了无人机的工作效率,降低了单次任务成本;此外,SAR的远距离侧视观测方式使无人机能够在安全距离外侦察目标,避免进入危险区域,从而提高任务的安全性。
整个SAR系统需要与无人机平台的航电、导航系统紧密配合,以实现按规划轨迹稳定飞行和数据的实时回传。无人机平台的高度和飞行特性对SAR成像几何有着重要的影响,不同类型的无人机所搭载SAR的工作模式、性能指标和实现方式各有差异。SAR载荷与无人机平台相结合成为了技术发展的必然,显而易见的性能提升之处:
SAR的主动成像能力弥补了无人机上光学传感器的不足,使系统具备全天候、全天时的探测能力;同时SAR的高分辨率和大范围成像特点大大提高了无人机的工作效率,降低了单次任务成本;此外,SAR的远距离侧视观测方式使无人机能够在安全距离外侦察目标,避免进入危险区域,从而提高任务的安全性。
整个SAR系统需要与无人机平台的航电、导航系统紧密配合,以实现按规划轨迹稳定飞行和数据的实时回传。无人机平台的高度和飞行特性对SAR成像几何有着重要的影响,不同类型的无人机所搭载SAR的工作模式、性能指标和实现方式各有差异。
高空大型无人机可以覆盖较大区域,成像范围广,但回波路径损耗增加。中低空小型无人机飞行高度低、速度慢,单次覆盖范围有限但可获得更高的分辨率和信噪比图像。小型无人机平台机动灵活,但对姿态稳定性要求更高,这对成像几何的精确测量和校正提出了挑战。
无人机飞行高度较低时,近、远距离间入射角变化较大,地表像素在斜距上的投影尺度不一致,需要在成像后进行地形校正,并且由于侧视角度的存在,地形起伏会造成图像的几何畸变(如坡地前向倾斜造成“foreshortening”现象等)。
当然,需要将高性能SAR压缩到小型无人机载荷内,还需要在天线技术、射频组件、信号处理芯片上取得进步,以满足重量、体积和功耗的严格约束。另外,更高分辨率和多模式SAR也意味着数据量呈指数增长,如何在无人机平台上实时处理或者在有限带宽下高效传输到地面,也将考验算法优化和通信技术。