合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)卫星，作为一种重要的天基微波遥感系统，通过主动发射电磁波信号，并对接收的地面回波信号进行复杂的信号处理，能够获得二维高分辨率微波图像，在海洋、地球资源探测、自然灾害监测等领域有着重要的应用价值。借助于微波的物理特性以及精心设计的收发设备，SAR卫星能够全天时、全天候清晰地洞察着世界的变化。
SAR卫星通过发射大带宽信号获得垂直航迹维的高分辨率，利用合成孔径技术获取沿航迹维的高分辨率，从而保证两维地物图像的清晰度。基本的过程是：在发射端，以一定的脉冲重复间隔将调制信号发射到地面；信号经过地面反射后被天线接收，经过下变频解调、数字化采样等处理后进行信号的精细成像。由于获得的数据反映的是地物的微波散射信息，SAR图像中包含的是信号幅度与相位信息，呈现出的效果如同清晰的黑白照片。
——诞生——
第一颗SAR卫星—Seasat-A：诞生于1978年6月27日，由美国国家航天局NASA研制。为期98天的飞行首次获取了大量从太空获取的SAR图像，这些25米分辨率的图像已经超过了同一时期的光学遥感卫星MSS和TM。下图是Seasat-A拍摄的美国洛杉矶区域，由于不受光照、天气、云雾的影响，山区、海洋和城市全都清晰地呈现在眼前。
——光辉时刻——
上世纪80年代到90年代初，NASA在SEASAT-A的成功发射后又进行了四次航天SAR系统试验，包括SIR-A、SIR-B和两次SIR-C/X-SAR飞行试验，这是当时仅有的航天飞机微波遥感试验。1981年11月NASA发射了装载SIR-A成像雷达的哥伦比亚航天飞机，这是上世纪80年代第一次重要的试验，SIR-A系统获取的图像识别出了位于埃及和苏丹的撒哈拉沙漠地下古河道[43]，引起了国际科技界的震动。
1984年10月，SIR-B系统搭载挑战者号航天飞机进行了为期一周的飞行试验，该系统配备了可变视角的SAR天线，这是世界上首颗具有机械调整天线能力的航天SAR系统，此次试验也获取了大量不同视角的雷达图像。
SIR-C/X-SAR是由NASA(JPL)，DARA(DLR)和ASI共同研制完成，其中NASA(JPL)负责SIR-C的研制，X-SAR由DARA(DLR)和ASI协作完成。1994年4月和9月，SIR-C/X-SAR搭载奋进号航天飞机分别进行了两次为期10天的飞行试验，该试验在星载SAR历史上具有以下里程碑式的意义：首颗多频（包括L波段、C波段和X波段）全极化星载SAR系统；首次使用X波段的星载SAR系统；采用有源相控阵电子扫描天线；首次应用ScanSAR模式获取宽测绘带数据。SIR-C系统还发现了北京以西700公里处被湮没在沙漠下的长城，展现了SAR卫星对探索历史遗迹重要意义。
SRTM是一项国际合作的航天飞机计划，由NASA、DoD/NGA、DLR和ASI共同研制完成。此次计划包含C波段（JPL负责研制）和X波段（DLR和EADS负责研制）两个合成孔径雷达，搭载奋进号航天飞机在2000年的2月11日到22日期间展开试验，获得的数据处理得到-54°到60°纬度之间的DEM（Digital Elevation Modal），覆盖了全球80%的陆地范围。SRTM实现了SAR发展历史上首颗固定基线单航迹星载干涉SAR系统，代表人类终于实现从太空对地球进行制图测绘，同时它从概念设计到生成产品的高效工程化实现在遥感史上具有里程牌意义。
1989年5月4日，Magellan号金星探测仪搭载亚特兰蒂斯号航天飞机发射升空，历经460多天的飞行进入绕金星轨道，展开对金星的表面成像、地质探测等试验任务，这是第一颗搭载SAR系统对行星探测成像的卫星。该SAR系统工作在S波段，能够以100米分辨率测绘金星。
ERS是ESA(European Space Agency)首个对地观测计划，其主要任务是在微波频谱对地球环境进行监测，包括周期监测陆地表面、洋流运动、极地冰等，ERS计划在星载主动传感器设备的发展史上具有先驱者的作用。1991年7月，欧洲首颗装载SAR系统的卫星ERS-1发射成功，它运行在782-785km的轨道高度上，采用C波段，VV极化模式。1992年，Massonnet等人利用地震前后相隔105天的ERS-1图像数据，获取了加利福尼亚Landers地震的形变场。该成果被刊印于1993年的Nature封面，这是人类首次从太空观测大范围地表形变。
——未来趋势——
从20世纪70年代至今，星载合成孔径雷达系统及信号处理技术已经发展的越来越成熟，SAR数据的应用范围也越来越广。为了更好的满足用户的遥感应用需求，未来SAR卫星的主要发展趋势为：
（1）高分宽幅(High Resolution Wide Swath，HRWS)成像
高分宽幅成像一直都是星载SAR领域的研究人员努力追求的目标。高分辨率和宽测绘带意味着星载SAR能够对广阔的地面场景进行精细的成像，这将极大提升SAR数据的应用价值。但是传统星载SAR的分辨率和测绘带宽不能同时提高，因此新体制高分宽幅星载SAR的系统设计和信号处理是未来星载SAR领域的研究重点。
（2）多频段、多极化和多视角成像
不同频段、不同极化方式和不同视角的SAR图像数据能够反映出关于目标的更多信息，有利于在遥感应用中对目标的监测、分类和识别。因此，将星载SAR设计成能够实现多种波段、多种极化方式以及可变视角成像的系统是未来重要的发展趋势。
（3）分布式卫星编队
分布式卫星编队协同工作能够获得比单颗星载SAR更为优越的性能，例如高分宽幅成像、高精度干涉测量和动目标监测等。而且，通过合适的编队设计可以极大的降低区域重访周期。因此多颗星载SAR的组网也是未来重要的发展方向。
（4）地球同步轨道星载SAR
地球同步轨道星载SAR具有测绘带宽大、时间分辨率高等优点，能够实现对某一区域的长时间观测，因此有利于灾害监测、军事侦察等遥感应用。随着雷达电子设备、天线系统、计算机等各方面硬件性能的提升，地球同步轨道星载SAR是未来重要的发展趋势。
——结语——
SAR卫星就像人类文明的眼睛，一面观测记录着地球世界的变化；一面探搜着浩瀚宇宙的奥秘。随着商业航天的兴起，SAR卫星的发展正在步入一个新的时代，后续我们将讨论下商业SAR卫星的现状和趋势。
