合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)作為一種主動式微波成像傳感器，通過發(fā)射寬帶調(diào)頻信號和脈沖壓縮技術(shù)實現(xiàn)距離向高分辨率，通過方位合成孔徑技術(shù)獲得方位向高分辨率。與光學(xué)及高光譜遙感手段相比，SAR具備全天時、全天候的成像能力，獲得的圖像能夠反映目標(biāo)微波散射特性，而且具有一定的穿透性，是獲取地物信息的一種重要技術(shù)手段。星載SAR是以衛(wèi)星等空間飛行器為運動平臺，具備全球觀測能力，在全球軍事偵察、環(huán)境遙感、自然災(zāi)害監(jiān)測及行星探測等領(lǐng)域發(fā)揮了不可替代的作用。

從1978年美國發(fā)射第1顆SAR衛(wèi)星SEASAT開始，星載SAR逐漸成為對地觀測領(lǐng)域的研究熱點，很多國家都陸續(xù)開展了星載SAR技術(shù)研究并制定了相應(yīng)的星載SAR衛(wèi)星系統(tǒng)發(fā)展規(guī)劃。進入21世紀(jì)以來，世界上多個航天強國相繼部署了各自的星載SAR衛(wèi)星系統(tǒng)，并實現(xiàn)了SAR衛(wèi)星的更新?lián)Q代，如歐空局(ESA)發(fā)射了接替EnviSAT的Sentinel-1。近十幾年來，星載合成孔徑雷達(dá)在系統(tǒng)體制、成像理論、系統(tǒng)性能、應(yīng)用領(lǐng)域等方面均取得了巨大發(fā)展，SAR圖像的幾何分辨率從初期的百米提升至亞米級。從早期單一的工作模式，到現(xiàn)在的多模式SAR；從固定波束掃描角(條帶模式)到波束掃描(聚束模式，滑動聚束模式)，再發(fā)展到二維波束掃描模式(Sentinel的TOPS模式，TecSAR的馬賽克模式等)；從傳統(tǒng)單通道接收到新體制下多通道接收，同時實現(xiàn)高分辨率與寬測繪帶；從單一頻段、單一極化方式發(fā)展到多頻多極化；從單星觀測發(fā)展到多星編隊或多星組網(wǎng)協(xié)同觀測，實現(xiàn)多基地成像與快速重訪。目前，新體制星載SAR技術(shù)的研究與應(yīng)用已成為我國對地觀測領(lǐng)域的重點發(fā)展方向。

本文將圍繞星載SAR技術(shù)發(fā)展趨勢展開論述。主要從多方面探討未來星載SAR的發(fā)展趨勢。

1.高分辨率SAR成像：空間幾何分辨率是星載SAR系統(tǒng)的核心性能指標(biāo)，直接反應(yīng)了SAR系統(tǒng)對目標(biāo)與地物的描述能力，高分辨率能夠更為精細(xì)地反映目標(biāo)特征信息，便于目標(biāo)識別和特征提取，在航天軍事偵察、地形測繪及災(zāi)害評估等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。近20年來，為了使星載SAR系統(tǒng)實現(xiàn)高分辨率成像，各國專家學(xué)者們一直在不懈地尋找新的雷達(dá)工作體制和方法，因此，高分辨率星載SAR一直是國際星載SAR技術(shù)發(fā)展的重點。

2.高分辨率寬幅成像：傳統(tǒng)星載SAR系統(tǒng)參數(shù)間存在復(fù)雜的相互制約關(guān)系，其成像幾何指標(biāo)方位分辨率與成像幅寬無法同時提高，表現(xiàn)為最小天線面積、二維模糊^[22]以及等效噪聲后向散射系數(shù)(Noise Equivalent Sigma Zero, NESZ)等指標(biāo)約束，并共同構(gòu)成對星載SAR的系統(tǒng)性能約束。目前，方位向多波束在與其它工作體制或模式相結(jié)合時的高魯棒性信號重構(gòu)、誤差估計等方面仍需進一步研究；變PRF技術(shù)需深入研究時變收發(fā)時序設(shè)計、缺失數(shù)據(jù)恢復(fù)、數(shù)據(jù)均勻化重建等問題；DBF技術(shù)在SAR中的應(yīng)用已被德國DLR、美國NASA和中國AIR-CAS等多個研究機構(gòu)通過試驗完成初步驗證，但若實現(xiàn)在星載SAR中的工程應(yīng)用，仍需解決高相干性合成算法、高效處理架構(gòu)、高精度幅相標(biāo)定等工程技術(shù)問題；MIMO-SAR需重點解決實用化正交波形設(shè)計、高精度回波分離等問題。

3.星載雙/多基SAR：自2000年伊始，雙/多基SAR憑借其獨特優(yōu)勢，日益獲得研究者的重視。從2004年開始，每年的SAR領(lǐng)域最權(quán)威的兩個國際會議IGARSS和EUSAR都會設(shè)立一個關(guān)于雙基SAR的分會。由于多基SAR收發(fā)分置的系統(tǒng)屬性，和單基SAR相比，多基SAR具備多項獨特優(yōu)勢：(a)收發(fā)分置，視角可變。可獲取目標(biāo)多角度散射特性信息，實現(xiàn)多角度融合；(b)基線配置機動靈活。根據(jù)不同觀測區(qū)域的測量精度要求，靈活調(diào)整發(fā)射端和接收端的基線距離，獲取地面高程和地面運動目標(biāo)信息；(c)靜默接收，隱蔽性強。接收機無需發(fā)射電磁波，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不易被對方的偵查裝置偵查到；(d)系統(tǒng)構(gòu)型多樣，收發(fā)系統(tǒng)可搭載于衛(wèi)星、飛機、地面裝置等。未來可實現(xiàn)“一星發(fā)射多星接收”的分布式多基SAR系統(tǒng)，可同時實現(xiàn)高分辨率與超寬幅成像。

4.高維度觀測：得益于SAR成像利用的電磁波信息具有的頻率、幅度、相位、極化等特性，可從SAR圖像中提取出觀測目標(biāo)的多維度信息。如利用極化SAR技術(shù)可用于獲取地物的取向、形狀、粗糙度、介電常數(shù)等物理特性；干涉SAR技術(shù)可用于獲取場景的高精度數(shù)字高程模型(DEM)、洋流測速、冰川位移、地表形變監(jiān)測等；SAR極化干涉技術(shù)在森林高度和生物量反演、地物覆蓋分類、農(nóng)作物參數(shù)反演和城市建筑識別與高度估計等應(yīng)用領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用；SAR層析技術(shù)可實現(xiàn)城市的三維重建和森林的垂直結(jié)構(gòu)反演。