合成孔径雷达技术描绘救灾的未来

IEEE电气电子工程师学会 2022-09-26 16:38

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SYNSPECTIVE


合成孔径雷达(SAR)行业目前正经历快速增长。


在日本,由于群岛自然灾害的统计数字过多,对SAR成像的需求更加明显。不幸的是,无论是地震和海啸,还是台风、洪水和火山爆发,日本都经常遭受这些灾难。为了让中央和地区政府能够及时评估洪水、无法通行的道路、建筑物倒塌、火山灰和熔岩沉积物等损害,日本航天公司Synspective认为,没有比即将推出的基于合成孔径雷达(SAR)的24小时全天候卫星图像服务更好的方法了。


该公司成立于2018年,是小型SAR卫星技术的接受者,该技术来自日本政府开发高端研发技术的ImPACT计划。Synaspective有两颗卫星在轨道上运行,第三颗卫星将于9月中旬由位于加利福尼亚州的火箭实验室的电子火箭从新西兰发射。


Synspective公司东京总部的董事兼总经理Toshihiro Obata表示:“大约2026年,我们计划拥有30颗低地球轨道SAR卫星星座。” (据Obata称,Synspective迄今已收到约2亿美元的私人投资。)


光学卫星图像是通过镜头捕捉地面反射的可见光而生成的,因此很容易被恶劣天气、缺乏日光以及估计覆盖地球表面近70%的云层所遮挡。相比之下,SAR卫星是轨道雷达,它发送微波脉冲照亮地面,其回波被天线接收回来,用于建立区域的二维图像或三维重建。波长更长的微波使它们能够穿透云层和烟雾,并在夜间发挥作用。


巴塞罗那加泰罗尼亚技术大学副教授Carlos Lopez-Martinez说:“小型SAR系统应该被理解为光学系统的补充。然而,SAR是获取地球表面时间序列图像的更可靠的技术,因为数据采集几乎独立于天气条件。”


另一方面,他注意到也有缺点。Lopez Martinez说:“由于内存减少和可用功率有限,小型卫星拍摄图像的容量非常小。这个缺点可以通过拥有大型星座来部分解决。”


Synaspective的两颗轨道卫星重约100公斤,而下一系列卫星将更大,重150公斤。Obata说:“这些第二代卫星的电池容量更大,因此我们可以拍摄更多图像,并更快地将其下载到地面站。额外的推进器也将帮助我们更好地保持恒定的高度。”


SAR卫星使用两种模式收集表面图像数据。在雷达固定的情况下,条带地图模式使用连续脉冲序列照亮长达30公里的地面,而在滑动聚光灯模式下,雷达波束转向照亮10公里范围内的一系列选定点。该模式在微波X波段工作,采用单波束极化(称为“VV”,即垂直发射和垂直接收),地面分辨率分别为3米和1米。


Synaspective应用科学与解决方案副总裁Abhinandan Arya表示,通过其两颗SAR卫星,Synaspect已经可以提供一些远程监控选项。为此,Synspective将自己的数据添加到SAR数据中,这些数据可从欧洲航天局的Sentinel-1计划、日本航天局的ALOS-2任务以及其他商业卫星任务中免费获得。Arya表示,目前,该公司可以提供土地位移监测和洪水损失评估,并正在开发灾害损失评估、林业库存管理和海上风力评估的应用程序。


Arya说,该公司使用自己的软件以及第三方应用程序和开源软件,如美国地质调查局的InSAR测绘技术。例如,Synspective拍摄了新加坡樟宜机场的SAR图像。由于机场主要建在开垦土地上,因此需要经常监测,以确定是否有沉降。Arya说,与传统的劳动密集型方法相比,监测此类土地位移可以减少成本和时间。然而,由于许多航天初创公司的数千颗卫星预计将在未来几年内进入轨道,Synspective预计将面临激烈的竞争,至少在海外是如此。


Lopez Martinez说:“发射小型SAR卫星的私营公司现在进入门槛较低,因此SAR市场正在增长。Capella Space、ICEYE、Spacety和Umbra只是Synspective预计在全球市场上必须与之竞争的一些公司。”


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