目前使用最廣的成像雷達系統就是合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar：SAR），SAR幾乎成為了雷達的代名詞。本文從應用角度介紹SAR系統的基本知識。
本文主要包括：
- SAR基本原理
- 幾個重要的參數
- SAR拍攝模式
- 當前主流星載SAR系統
1.SAR基本原理
雷達發展初期，出現的是真實孔徑雷達（Real Aperture Radar：RAR），由於成像分辨率與雷達天線的長度成正比，與波長和觀測距離成反比，要想得到較高分辨率的SAR圖像，需要增加天線的物理尺寸，限制其發展和應用，后來逐漸被合成孔徑雷達SAR取代。
SAR用一個小天線作為單個輻射單元，將此單元沿一直線不斷移動，在不同位置上接收同一地物的回波信號並進行相關解調壓縮處理。一個小天線通過"運動"方式就合成一個等效"大天線"，這樣可以得到較高的方位向分辨率，同時方位向分辨率與距離無關，這樣SAR就可以安裝在衛星平台上而可以獲取較高分辨率的SAR圖像。
圖： SAR成像原理示意圖
2.SAR幾個重要的參數
為了更好的理解SAR和SAR圖像，需要知道幾個重要的參數。
2.1分辨率
SAR圖像分辨率包括距離向分辨率（Range Resolution）和方位向分辨率（Azimuth Resolution）。
圖： 距離向和方位向示意圖
- 距離向分辨率（Range Resolution）
垂直飛行方向上的分辨率，也就是側視方向上的分辨率。距離向分辨率與雷達系統發射的脈沖信號相關，與脈沖持續時間成正比：
Res( r) = c*τ/2
其中c為光速，τ為脈沖持續時間。
- 方位向分辨率（Azimuth Resolution）
沿飛行方向上的分辨率，也稱沿跡分辨率。如下為推算過程：
• 真實波束寬度： β= λ/ D
• 真實分辨率：ΔL = β*R = Ls (合成孔徑長度)
• 合成波束寬度βs = λ /(2* Ls) = D / (2* R)
• 合成分辨率ΔLs = βs* R = D / 2
其中λ為波長，D為雷達孔徑，R為天線與物體的距離。
從這個公式中可以看到，SAR系統使用小尺寸的天線也能得到高方位向分辨率，而且與斜距離無關（就是與遙感平台高度無關）。
圖： 方位向分辨率示意圖
2.2極化方式
雷達發射的能量脈沖的電場矢量，可以在垂直或水平面內被偏振。無論哪個波長，雷達信號可以傳送水平（H）或者垂直（V）電場矢量，接收水平（H）或者垂直（V）或者兩者的返回信號。雷達遙感系統常用四種極化方式——HH、VV、HV、VH。前兩者為同向極化，后兩者為異向(交叉)極化。
圖： HV極化示意圖
圖：VV和HH極化示意圖
極化是微波的一個突出特點，極化方式不同返回的圖像信息也不同。返回同極化（HH或者VV）信號的基本物理過程類似准鏡面反射，比如，平靜的水面顯示黑色。交叉極化（HV或者VH）一般返回的信號較弱，常受不同反射源影響，如粗糙表面等。
圖：同一地區不同波長和極化方式得到的SAR圖像
2.3入射角（Incidence Angle）
入射角也叫視角，是雷達波束與垂直表面直線之間的夾角（如下圖中的θ）。微波與表面的相互作用是非常復雜的，不同的角度區域會產生不同的反射。低入射角通常返回較強的信號，隨着入射角增加，返回信號逐漸減弱。
根據雷達距離地表高度的情況，入射角會隨着近距離到遠距離的改變而改變，依次影響成像幾何。
圖：SAR入射角示意圖
3.星載SAR拍攝模式
星載SAR主要有三種拍攝模式：Stripmap，ScanSAR和 Spotlight。
當然最新的SAR系統擁有更多的拍攝模式，比如RADARSAT-2還用於超精細、高入射角等拍攝模式
3.1條帶模式-Stripmap
當運行Stripmap 模式時，雷達天線可以靈活的調整，改變入射角以獲取不同的成像寬幅。
最新的SAR系統都具有這種成像模式，包括RADARSAT-1/2， ENVISAT ASAR， ALOS PALSAR，TerraSAR-X-1， COSMOSkyMed和RISAT-1。
圖： 條帶模式
3.2掃描模式-ScanSAR
掃描模式是共享多個獨立sub-swaths的操作時間，最后獲取一個完整的圖像覆蓋區域。它能解決Stripmap模式較小的刈幅。
圖： 掃描模式
3.3聚束模式-Spotlight
當執行聚束模式采集數據時，傳感器控制天線不停向成像區域發射微波束。
它與條帶模式主要區別為：
- 在使用相同物理天線時，聚束模式提供更好的方位分辨率；
- 在可能成像的以一個區域內，聚束模式在單通道上的提供更多的視角；
- 聚束模式可以更有效的獲取多個小區域。
圖：聚束模式
4.當前主流星載SAR系統
| 系統 |
發射時間 |
波段 |
極化 |
圖幅寬度 （KM） |
分辨率 （米） |
重復周期 |
國家/機構 |
| ENVISAT-ASAR （2012失去聯系） |
2002 |
C |
VV |
100-400 |
20 |
35 |
歐空局 |
| ALOS-PALSAR （2011停止運行） |
2006 |
L |
Full |
40-350 |
7-14-100 |
46 |
日本 |
| TerraSAR-X Tandem-X |
2007 2010 |
X |
Full |
5-10-30-100 |
1-3-16 |
11 |
德國 |
| Cosmo-skymed-1、2、3、4 |
2007 |
X |
Full |
10-30-200 |
1-3-15 |
1-16 |
意大利 |
| RADASAT-2 |
2007 |
C |
Full |
10-500 |
3-100 |
1-24 |
加拿大 |
| ALOS-PALSAR2 |
2014 |
L |
Full |
25/35/60/70/350 |
1/3/6/10 /100 |
14 |
日本 |
| "哨兵"-1A Sentinel-1A |
2014 |
C |
Full |
20/80/100/250/400 |
5/20/40 |
12 |
歐空局 |
其他：RiSAT‐1（印度C波段）、Kompsat‐5（韓國X波段）