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第 37 卷 第 5 期 孙宝申： 合成孔径成像的应用及发展 789

SAR 成像雷达的参数，表 2 给出了系统常用频率及
3 合成孔径雷达的发展
波长范围。
1951年，美国Goodyear公司的Wiley [2] 首先提 表 2 SAR 系统常用频率及波长范围
出用频率分析方法改善雷达角分辨率，此概念最先 Table 2 Frequency and wavelength ranges
应用在射电天文学及雷达成像。 common used in SAR systems
数个月后，美国伊利诺依大学及密歇根大学的
研究人员独立研发了SAR。密歇根大学的研究人员 频带 Ka Ku X C S L
于1957 年给出了最早的合成孔径图像。但是，由于 频率/GHz 40~25 17.6~12 12~7.5 7.5~3.75 3.75~2 2~1
图像质量及分辨率都不高，当时几乎取消了 SAR的 波长/cm 0.75~1.2 1.7~2.5 2.5~4 4~8 8~15 15~30
研究计划。当时的分辨率指标是约 16 m，现在已经
注：L、C 及 X 是最常用的频带。P 及 L 频带用于叶簇穿透、地表
进入了SAR的兴盛时期。表1列出一些星载及机载 下成像以及生物量估计；C、S 及 X 频带用于海洋、冰层及沉陷监
测；X 及 Ku 频带用于积雪监测；X 及 Ka 用于高分辨率成像。
表 1 一些星载及机载 SAR 成像雷达的参数 [3]
4 合成孔径(侧扫)声呐的发展
Table 1 Parameters of some orbital and
airborne SAR systems [3]
海洋占据地球表面约 70% 的面积，是人类开展
交通运输、军事斗争和获取资源的场所。这就必须
型号 年份 分辨率 频带
有在海洋中观测、通讯、导航、定位的工具。在海洋
SIR-A 1981 40 m × 40 m L
中可检测很多物理场，如：磁场、水压场、尾流场、
航天 SIR-B 1984 25 m × 17 m L
温度场等。这此物理场的可检测距离大致与源本身
飞机 SIR-C 1994 10 m × 30 m L,C,X
尺度同一量级，不能在水中远距离传递信息。而水
X-SAR/SRTM 2000 25 m × 25 m C,X 声技术在其中扮演了重要的角色。声波是迄今为
Lacrosse 1988 < 1 m × 1 m X 止在水中唯一能有效地远距离传递信息的物理场。
ERS-1 1991 26 m × 28 m C 声波与电磁波的衰减之比如下：10 kHz 声波在水中
衰减仅约 1 dB/km，10 kHz电磁波在水中衰减高达
J-ERS-1 1992 18 m × 18 m L
3000 dB/km。
RADARSAT 1995 10 m × 9 m C
实孔径侧扫声呐(Side scan sonar, SSS)多为拖
卫星 ENVISAT 2002 25 m × 25 m C
曳方式工作，如图3所示。
TerraSAR-X 2006 <1 m × 1 m X
最早的侧扫声呐实验是 Hagemann(1958) 为美
RadstarII 2007 3 m × 3 m C
国海军完成的，直到1980年才解密发表。基于Hage-
SAR-Lupe 2006 < 1 m × 1 m X
mann 的工作，西屋公司 (Westinghouse) 在 20 世纪
IGS-2b 2008 30 cm × 30 cm X
60 年代初建造了第一台实用的侧扫声呐。很快，侧
DOSAR 1989 < 1 m × 1 m S,C,X,Ka 扫声呐就成为海底调查、海底成像方面的重要工具，
CARABAS-II 1997 3 m × 3 m VHF 揭示了海底上很多以往不为人知的细节。商用侧扫

PAMIR 2003 10 cm × 10 cm X 声呐系统最早用于海洋水下考古，特别是寻找沉船。
与实孔径侧视雷达相似，实孔径侧扫声呐沿运
Lynx 1999 10 cm × 10 cm Ku
动方向有恒定的波束开角，由声呐换能器的实际孔
飞机 MISAR 2003 0.5 m × 0.5 m Ka
P,L,S,C, 径确定，侧扫声呐水平波束及声图见图4。
RAMSES 1994 10 cm × 10 cm
X,Ku,Ka,W 实孔径侧扫声呐技术特性可归纳为水平波束
MEMPHIS 1997 20 cm × 20 cm Ka,W 恒定角分辨率，它与对波长归一化的阵长成反比，

E-SAR 1994 1.5 m × 1.5 m P,L,S,C,X θ = = λ/L。其中，阵元或天线水平长度为 L；工作
F-SAR 2006 30 cm × 20 cm P,L,S,C,X 频率时，波长为 λ。距离增加时，水平线分辨率降低，
δ = = R × θ = = R×(λ/L)。