空天資訊創新研究院“星載SAR有源定標器”透過使用者驗收

近期，微波成像技術國家級重點實驗室承擔的星載SAR有源定標器組織驗收。該專案研製的星載SAR有源定標器為國內首臺多波段星載SAR有源定標器，工作頻段覆蓋L、C、X、Ka四個波段，可為後續3米差分干涉L-SAR、20米高軌L-SAR、1米C-SAR以及珞珈二號01星等多顆衛星進行常態化定標，用於星載SAR系統方向圖測量、定標常數的測量、相對輻射定標、絕對輻射定標以及影象質量評價等科學任務。

該專案有源定標器採用“自動化、無人值守”模式研製，使用者可透過遠端操控軟體對裝置實現實時操控和狀態監測，透過遠端引數注入的方式實現有源定標器對星載SAR系統的在軌定標試驗，大幅提升了遙感衛星的外場定標效率。

有源定標器作為一種雷達高度計的在軌定標儀器，於二十世紀八十年代被提出。二十一世紀初，基於彎管型有源定標器的雷達高度計的後向散射係數在軌定標工作開始開展，使後向散射係數的測量值達到了一定的精度。二十世紀九十年代，基於訊號重建體制的重建型有源定標器問世，但至今未能查到重建型有源定標器應用於任何雷達高度計的後向散射係數在軌定標工作中。海洋二號衛星是中國首顆海洋動力環境衛星。其主載荷雷達高度計已進入正常業務化執行。為提高其對海面風速的測量精度，需對高度計進行後向散射係數測量的在軌定標，獲得全系統絕對測量偏差。

利用地面有源定標器對機載或星載SAR成像資料進行定標是實現定量微波遙感的重要手段，有源定標器可以在不改變裝置體積的情況下，透過調節內部放大器增益來獲得較大的雷達截面積，但有源定標器定標精度受信雜比以及不同極化通道間訊號干擾的影響，傳統的解決方法給定標場選擇和定標裝置研製帶來困難。

輻射定標是使用者需要計算地物的光譜反射率或光譜輻射亮度時，或者需要對不同時間、不同感測器獲取的影象進行比較時，都必須將影象的亮度灰度值轉換為絕對的輻射亮度，這個過程就是輻射定標。在遙感器發射之前對其進行的波長位置、輻射精度、空間定位等的定標，將儀器的輸出值轉換為輻射值。有的儀器內有內定定標系統。

但是在一起執行之後，還需要定期定標，以監測儀器效能的變化，相應調整定標引數。機上定標用來經常性的檢查飛行中的遙感器定標情況，一般採用內定標的方法，即輻射定標源、定標光學系統都在飛行器上，在大氣層外，太陽的輻照度可以認為是一個常數，因此也可以選擇太陽作為基準光源，透過太陽定標系統對星載成像光譜儀器進行絕對定標。

獲取空中、地面及大氣環境資料，計算大氣氣溶膠光學厚度，計算大氣中水和臭氧含量，分析和處理定標場地及訓練區地物光譜等資料，獲取定標場地資料時的幾何參量和時間，將獲取和計算的各種引數帶入大氣輻射傳輸模型，求取遙感器入瞳時的輻射亮度，計算定標係數，進行誤差分析，討論誤差原因。

SAR是解析度較高的相干成像雷達系統，它是透過天線給物體發射能量，同時也透過SAR接收能量，全部的能量都透過電子裝置記錄下來，最後形成影象。合成孔徑雷達中的孔徑就是天線的長度，SAR系統透過衛星或者飛機的向前運動形成合成孔徑，即一個長的天線，只要物體返回的能量能達到孔徑發射出的光束寬度內，這個物體就可以形成影象被儲存下來。與其它大多數雷達一樣，合成孔徑雷達透過發射電磁脈衝和接收目標回波之間的時間差測定距離，其解析度與脈衝寬度或脈衝持續時間有關，脈寬越窄解析度越高。

SAR透過脈衝壓縮技術改善距離解析度，它與發射訊號的頻寬有關，頻寬越大，解析度越小；透過合成孔徑技術改善方位分辨力，條帶SAR理論上可以達到天線尺寸的1/2，聚束SAR解析度更小。高的分辨力要求採用小的天線而不是大的天線，並且與距離和波長無關。當然，受到其他因素的影響，天線孔徑也不可能無限小。

合成孔徑雷達通常裝在飛機或衛星上，分為機載和星載兩種。

合成孔徑雷達按平臺的運動航跡來測距和二維成像，其兩維座標資訊分別為距離資訊和垂直於距離上的方位資訊。方位解析度與波束寬度成正比，與天線尺寸成反比，就像光學系統需要大型透鏡或反射鏡來實現高精度一樣，雷達在低頻工作時也需要大的天線或孔徑來獲得清晰的影象。由於飛機航跡不規則，變化很大，會造成影象散焦。必須使用慣性和導航感測器來進行天線運動的補償，同時對成像資料反覆處理以形成具有最大對比度影象的自動聚焦。

因此，合成孔徑雷達成像必須以側視方式工作，在一個合成孔徑長度內，發射相干訊號，接收後經相干處理從而得到一幅電子鑲嵌圖。雷達所成影象畫素的亮度正比於目標區上對應區域反射的能量。總量就是雷達截面積，它以面積為單位。後向散射的程度表示為歸一化雷達截面積，以分貝（dB）表示。地球表面典型的歸一化雷達截面積為：最亮+ 5 dB，最暗-40 dB。合成孔徑雷達不能分辨人眼和相機所能分辨的細節，但其工作的波長使其能穿透雲和塵埃。

新聞來源：中國科學院空天資訊創新研究院