2 衛星的主動感測酬載

SAR 是衛星中常見的主動感測酬載類型。如同任何雷達系統，SAR 從天線發射無線電波脈衝或頻率啁啾，電波傳播到目標後反射，再由同一支天線接收。測量電波往返所需時間，即可計算出與目標之間的距離。 然而，由於衛星相對於地面目標呈一定角度飛行 (請參閱 圖 2-1)，反射能量的大小取決於目標的平滑度和角度。

圖 2-1 無線電波反射平滑表面目標

例如，平滑的水面會將用於雷達感測的所有無線電波反射到接收器 (即天線) 以外的地方。反射能量的多寡會以灰階影像顯示，白色區域表示高反射，黑色區域表示低反射。

無線電波也可以從多個物體反射。例如，電波先從水面反射，然後再從樹木反射，這稱為雙重反射。雙重反射會使平滑水面在 SAR 影像中呈現明亮，而不是黑暗，因為無線電波會先從水面反射，然後再從樹木反射，如 圖 2-2 中所示。

圖 2-2 無線電波的雙重反射

雷達頻率是重要屬性，會大幅影響雷達能觀測到的目標。無線電波只會從比波長大的物體反射。

無線電波反射的屬性，讓雷達能穿透雲層，甚至能看到地面的植被。極低頻雷達甚至能穿透土壤，以測量濕度或偵測光學成影無法偵測的特徵。

雷達的另一個特點是其孔徑大小。雷達的有效大小與雷達波束掃描地面時的光點大小成反比。光點大小稱為雷達的方位角解析度，即衛星區分兩個鄰近物體的能力。較大的雷達會在地面上產生較小的光點，並具有較佳的方位角解析度。遺憾的是，考慮到超大型雷達的大小和重量，將其發射到太空並不實際。然而，系統設計人員可以利用電腦處理技術，讓雷達看起來比其實際大小更大。這種方法利用衛星相對於其目標移動的事實，並藉由多個重疊雷達光點脈衝的反射來合成孔徑。

在衛星中實作 SAR 儀器需要非常專業的射頻 (RF) 元件。圖 3 顯示在衛星中實作 SAR 的雷達成影酬載典型方塊圖。

圖 2-3 雷達成像酬載方塊圖

雷達成像酬載中的高速資料轉換器有助於判斷雷達的性能與架構。例如，射頻取樣資料轉換器可直接將雷達頻帶轉換為數位資訊以處理。這些資料轉換器最重要的需求為：

• 高於最大輸入頻率的類比輸入頻寬。
• 大於雷達訊號瞬時頻寬兩倍的取樣率。
• 高訊號雜訊比及無雜散動態範圍，可滿足所需頻率的系統性能需求。
• 可耐輻射以滿足任務需求。

例如 AFE7950-SP 射頻取樣收發器可提供以下功能：

• 10.6GHz – 3dB 類比輸入頻寬，可支援從 L 頻帶到 X 頻帶的射頻取樣。
• 六個 3GSPS 類比轉數位轉換器 (ADC) 和四個 12GSPS 數位轉類比轉換器 (DAC)。1.2GHz 的最大瞬時頻寬可提供更佳的範圍解析度，並可實作抗干擾技術。
• 優於– 155dBc/Hz 的雜訊頻譜密度和第三階互調失真 (IMD3) >76dBc 至 5GHz 輸入頻率，可實現高接收器靈敏度。
• 接腳相容的 100krad/75MeV 可用於低地球軌道 (LEO) 至地球靜止軌道 (LEO)。

另一種主動式感測器使用雷射做為照明光源，而非雷達的電磁波，但仍適用使用時間測量距離的相同原則。然而，雷射的工作頻率很高，波長很短，無法穿透地面上的雲或其他物體，因此需要明確的條件。雷射系統不使用天線，而是使用光電二極體來接收和測量從目標反射的雷射。圖 2-4 顯示此類型系統的方塊圖。

圖 2-4 雷射成像方塊圖

如 圖 2-4 所示，光二極體感測器陣列後接轉阻放大器，將其電流輸出轉換為資料轉換器可取樣的電壓。在此情況下，資料轉換器必須速度夠快，才能針對反射光脈衝的上升邊緣和波形取樣，這取決於雷射上升時間和脈衝重複率。