SAR卫星成像详解，雷达如何穿透云层

SAR卫星成像使用雷达而非可见光，因此位于500至600 km高空的卫星可以穿透云层和黑夜拍摄地面，目前最好的商业系统已能分辨远小于一米的目标。这种全天候、全天时的能力，使合成孔径雷达从小众政府工具转变为军事和商业情报的核心来源。

SAR成像如何工作

SAR卫星携带一副天线，以一定角度向地面发射微波脉冲，并记录反射回来的回波。每个回波根据往返时间告诉系统某个表面有多远，并反映反射强度。单个小天线只能产生模糊的图像，因此SAR利用卫星自身的运动。卫星飞行时，会从同一地点采集数百个相互重叠的回波，并通过信号处理将其合成，形成一副长达数百米的巨大“合成”天线的效果。

这种合成孔径正是小型雷达能够获得清晰分辨率的原因。处理过程还利用相对运动引起的微小频率变化，即多普勒频移，把每个回波精确定位在飞行轨迹上。最终图像按反射率显示亮度：平静的水面因将信号反射开而显得很暗，而金属结构、拐角和舰船则显得很亮。

SAR与光学卫星影像对比

光学影像仍然更容易判读，两种来源通常会融合使用。当云层遮住目标，或决策不能等到日出时，SAR可填补空白。它还避开了黑暗和烟雾造成的大部分隐蔽问题，不过它无法穿透厚金属或地下结构。

SAR卫星的波段与模式

运营商需要在覆盖范围与清晰度之间权衡。宽幅模式可覆盖数百公里，但分辨率较粗，适合发现舰船。聚束模式则操纵波束在同一区域停留更久，可产生最清晰的图像，但覆盖范围小得多。一些公司宣称这些模式下的分辨率约为25 cm或更好，这些数字属于制造商声称。

SAR在军事上有何用途

军事用户看重SAR的持续监视能力。典型任务包括跟踪海上舰船、发现基地内的飞机和车辆，以及不论天气如何都监视港口或机场活动。相干变化检测会比较同一地点的两幅图像，标出光学比较会漏掉的履带痕迹、挖掘阵地或被扰动的土壤。干涉测量，即InSAR，可测量地面形变，并能揭示沉降、施工或挖掘隧道的迹象。

乌克兰战争让这项技术为更广泛的受众所知。小型卫星运营商的商业SAR影像被政府和分析人士用于在阴天监测部队调动和打击毁伤情况，显示出私营星座如何补充国家系统。关于其中一家运营商的公司概况，请参阅我们关于ICEYE的文章。

哪些SAR卫星在轨运行

政府系统包括欧洲哥白尼Sentinel-1系列、意大利的COSMO-SkyMed、德国SAR-Lupe的后继者SARah、加拿大的RADARSAT星座、日本的ALOS-2，以及美国国家侦察办公室的机密卫星。中国的国家计划正在发射越来越多的遥感（Yaogan）系列雷达卫星，而中国的能力主要由官方媒体描述，因此其性能数据属于制造商或官方声称。

ICEYE、Capella Space和Umbra等商业企业已发射数十颗小型雷达卫星，把重访时间从数天缩短到数小时。这一趋势是向扩散式低地球轨道网络转变的大势的一部分，我们在军用低轨星座指南中对此有所说明。雷达处理还与AESA雷达背后的物理原理相关，后者利用许多小型收发单元以电子方式操纵波束。

SAR卫星常见问题

卫星中的SAR是什么意思？

合成孔径雷达，一种利用卫星自身运动模拟大得多的雷达天线的技术。

SAR能穿透云层吗？

能。微波可穿透云、雨和烟雾，因此SAR在几乎任何天气下都能对地表成像。

SAR卫星能看到地下吗？

实际意义上不能。L波段等较长波长能轻微穿透干燥土壤和植被，但SAR并不是观察深埋物体的工具。

SAR图像有多清晰？

政府和商业的聚束模式可达到亚米级细节，一些运营商宣称约为25 cm。

为什么SAR图像看起来有颗粒感？

相干雷达回波相互干涉，产生斑点图案，分析人员通过滤波和多视处理来减弱它。