轻小型无人机的FMCW-SAR载荷与技术发展

"轻小型无人机的合成孔径雷达载荷" 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是无人机遥感技术中的重要组件，尤其在轻小型无人机中，其需求日益增长。SAR利用飞行过程中积累的数据模拟大型天线阵列的效果，从而实现高分辨率的成像，不受天气条件限制，能在全天候、全天时条件下工作，并具有穿透云雾、植被的能力。这使得SAR在军事侦察、地形测绘、灾害监测、环境监控和农林勘查等多个领域有着广泛的应用。 传统的SAR系统如LynxSAR，重量较大，例如早期的LynxSAR在捕食者无人机上重达54kg，工作在Ku波段，具备较高的分辨率和作用距离。然而，随着轻小型无人机的发展，对SAR载荷的重量、功耗和体积要求更为严格。这就催生了MiniSAR等更小型化的系统，尽管它们在一定程度上降低了重量，但牺牲了部分性能，如探测距离的缩短。 为了进一步满足小型化的需求，出现了调频连续波体制的FMCW-SAR，如NanoSAR，其重量仅为1.5kg，具有低功耗、简单的收发系统和处理流程，更适合搭载在轻小型无人机上。尽管FMCW-SAR在某些性能指标上可能不如脉冲体制的SAR，如作用距离和测绘带宽，但其在小型化和复杂度控制上的优势不容忽视。 Lynx SAR是一种高度先进的SAR系统，由Sandia国家实验室和通用原子公司(GA-ASI)共同开发，它可以在多种有人和无人驾驶平台上运行，特别适合GA-ASI的Predator、I-GNAT或ProwlerII无人机。Lynx SAR具备多种模式，包括SAR、GMTI/DMTI和MWAS，可以穿透各种恶劣环境，提供高分辨率图像。其SAR模式下有聚束和条带两种，聚束模式用于局部高分辨率成像，条带模式则能拼接成大面积的图像。此外，通过相干变化检测(CCD)、幅度变化检测(ACD)和自动人造物体检测(AMMOD)等算法，可以有效地对比不同时间的SAR图像，发现地表的微小变化，这对于监测活动目标和环境变迁非常有用。 轻小型无人机的合成孔径雷达载荷是一个技术密集且不断发展的领域，其目标是实现更轻便、更高效、功能更全面的雷达系统，以适应多样化的应用场景和不断提升的任务需求。随着技术的进步，未来的SAR系统将在保持高性能的同时，进一步减小体积、减轻重量，为无人机提供更强大的观测能力。