第四章 合成孔径雷达平台与数据获取
合成孔径雷达原
信号处理算法
信号处理算法是合成孔径雷达的核心部分，包括 脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等。
这些算法能够提取出目标的位置、速度、形状等 信息，为后续的图像生成提供数据基础。
信号处理算法需要经过优化和改进，以提高雷达 的性能和降低计算复杂度。
应用领域
军事侦察
合成孔径雷达广泛应用于军事侦 察领域，用于获取敌方情报和监 测战场态势。
遥感监测
在环境监测、资源调查、气象观 测等领域，合成孔径雷达可用于 获取地面、海洋、气象等信息。
无人机与卫星
无人机和卫星上搭载的合成孔径 雷达可以用于地形测绘、导航定 位、灾害救援等领域。
02 合成孔径雷达系统组成
民用领域
除了军事领域，合成孔径雷达在民用领域也有广泛的应用前景。例如，在环境保护、气象观测、农业 监测、地质勘查和灾害救援等领域，合成孔径雷达可以发挥重要作用。随着技术的普及和成本的降低 ，合成孔径雷达有望在未来成为民用领域的重要工具之一。
06 合成孔径雷达应用案例
军事侦察
侦察范围
合成孔径雷达能够实现大范围、高分辨率的侦察，为军事行动提 供实时、准确的情报信息。
技术发展趋势
硬件小型化
随着微电子技术和制造工艺的进步，合成孔径雷达的硬件设备逐渐小型化，使得雷达系统更加便携和灵活，有利于广 泛应用。
信号处理智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，合成孔径雷达的信号处理逐渐向智能化方向发展。通过深度学习和神经网络等 算法的应用，提高雷达图像的分辨率和目标识别的准确性。
系统控制与监视
数据处理系统还负责整个雷达系统的控制和监视， 确保系统的稳定运行和性能优化。
雷达成像技术(保铮word版)第四章 合成孔径雷达
第四章 合成孔径雷达合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar ，简称SAR ）是成像雷达中应用最多，也是本书讨论的重点。
在前几章对雷达如何获取高的距离分辨率和横向分辨的基础上，从本章开始用三章的篇幅对合成孔径雷达作较详细的讨论。
首先，结合工程实际介绍合成孔径雷达的原理。
在前面的讨论中已经提到，根据不同的要求，成像算法（特别是横向成像算法）有许多种，本章只介绍最简单的距离-多普勒算法的原理，目的是由此联系到对合成孔径雷达系统的要求以及工程实现方面的问题。
合成孔径雷达通常以场景作为观测对象，它与一般雷达有较大不同，我们将在本章讨论合成孔径雷达有别于一般雷达的一些技术性能和参数。
4.1 条带式合成孔径雷达成像算法的基本原理4.1所示，设X 轴为场景的中心线，Q 为线上的某一点目标，载机以高度H 平行于中心线飞行，离中心线的最近距离B R 为B R = （4.1）当载机位于A 点时，它与Q 点的斜距为R = （4.2） 式中t X 为点目标Q 的横坐标。
当分析中心线上各个点目标的回波状况及成像算法时，可以在包括场景中心线（即X 轴）和载机航线的平面里进行。
至于场景里中心线外的情况将在后面说明，这里暂不讨论。
一般合成孔径雷达发射线性调频（LFM ）脉冲，由于载机运动使其到目标的距离发生变化，任一点目标回波在慢时间域也近似为线性调频，而且包络时延也几何示意图随距离变化，即所谓距离徙动。
合成孔径雷达成像算法的任务是从载机运动录取得到的快、慢时间域的回波数据，重建场景图像，它是二维匹配滤波问题。
严格考虑距离徙动的成像算法比较复杂，在实际应用中，一般均根据情况采用一些较简单的算法，这些将在第五章里系统介绍。
在这里我们主要讨论分辨率较低，距离徙动影响可以忽略的最简单的情况，这时可采用简易的距离-多普勒基本算法。
所谓距离徙动的影响可以忽略不计是指雷达波束扫过某点目标的相干处理时间里，目标斜距变化引起的距离徙动值小于距离分辨单元长度的1/4~1/8，即场景中心线上所有点目标的回波（距离压缩后的）在慢时间域里均位于同一个距离单元。
合成孔径雷达
欧空局(ESA)
欧空局分别于1991年7月和1995年4月,发射了欧洲遥感卫星(European Remote Sensing Satellite, ERS) 系列民用雷达成像卫星:ERS-1和ERS-2,主要用于对陆地、海洋、冰川、海岸线等成像。卫星采用法国Spot-I和 Spot-Ⅱ卫星使用的MK-1平台,装载了C波段SAR,天线波束指向固定,并采用VV极化方式,可以获得30 m空间分辨率 和100 km观测带宽的高质量图像。Envisat是ERS计划的后续,由欧空局于2002年3月送入太空的又一颗先进的近 极地太阳同步轨道雷达成像卫星。Envisat上所搭载的ASAR是基于ERS-1/2主动微波仪(AMI)建造的,继承了ERS-1 /2 AMI中的成像模式和波束模式,增强了在工作模式上的功能,具有多种极化、可变入射角、大幅宽等新的特性, 它将继续开展对地观测和地球(ESA)
意大利 德国
俄罗斯 加拿大航天局(CAS)
日本 以色列
美国宇航局(NASA)
在Seasat-A取得巨大成功的基础上,利用航天飞机分别于1981年11月、1984年10月和1994年4月将Sir-A、 Sir-B和Sir-C/X-SAR3部成像雷达送入太空。Sir-A是一部HH极化L波段SAR,天线波束指向固定,以光学记录方式 成像,对1000 ×104 km2的地球表面进行了测绘,获得了大量信息,其中最著名的是发现了撒哈拉沙漠中的地下古 河道,显示了SAR具有穿透地表的能力,引起了国际学术界的巨大震动。产生这种现象的原因,一方面取决于被观测 地表的物质常数(导电率和介电常数)和表面粗糙度,另一方面,波长越长其穿透能力越强。Sir-B是Sir-A的改进型, 仍采用HH极化L波段的工作方式,但其天线波束指向可以机械改变,提高了对重点地区的观测实效性。Sir-C/X-SAR 是在Sir-A, Sir-B基础上发展起来的,并引入很多新技术,是当时最先进的航天雷达系统:具有L、C和X3个波段, 采用4种极化(HH, HV, VH和VV),其下视角和测绘带都可在大范围内改变。
合成孔径雷达sar孔径合成原理
合成孔径雷达sar孔径合成原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达原理进行成像的技术。
它通过利用雷达的回波信号进行数据处理，实现高分辨率、大覆盖面积的地面成像。
而SAR的核心技术之一就是孔径合成原理。
孔径合成原理是利用雷达的运动产生的多个回波信号进行合成，从而得到高分辨率的成像。
与传统雷达不同，SAR的发射器和接收器不是静止不动的，而是在飞机、卫星等平台上运动。
正是因为这种运动，SAR能够利用多个回波信号进行合成，达到提高分辨率的效果。
SAR的孔径合成原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 发射信号：SAR首先向地面发射一束射频信号。
这个信号在空中传播并与地面物体相互作用后，会产生回波信号。
2. 接收信号：接下来，SAR接收器会接收到地面反射回来的回波信号。
这些信号包含了地面物体的散射特性，可以提供有关地面物体的信息。
3. 信号处理：接收到回波信号后，SAR会对这些信号进行处理。
首先，对回波信号进行时域压缩处理，以减小信号的时延。
然后，对压缩后的信号进行频域处理，通过傅里叶变换等算法，将信号转换为频域数据。
4. 孔径合成：在信号处理的过程中，SAR会利用雷达平台的运动信息，将多个回波信号进行合成。
SAR的雷达平台在运动过程中，相当于一个虚拟的大孔径天线，可以接收到多个不同位置的回波信号。
通过对这些信号进行合成处理，可以得到高分辨率的成像结果。
5. 成像显示：最后，SAR将合成后的信号进行成像显示。
利用合成的回波信号，SAR可以得到高分辨率、清晰度高的地面图像。
这些图像可以用于地质勘探、军事目标识别、环境监测等领域。
需要注意的是，SAR的孔径合成原理要求雷达平台在运动过程中保持稳定，并且要有较高的精度。
这样才能保证合成后的图像质量。
此外，SAR的孔径合成原理也要求对回波信号进行准确的处理和合成算法。
只有在合适的处理和算法下，才能获得理想的成像结果。
《合成孔径雷达》课件
总结词：气象观测中的重要手段
总结词：地质勘查中的重要工具详细描述：合成孔径雷达（SAR）在地质勘查中发挥着重要作用，能够观测地表和地下地质结构，提供高分辨率的地质数据，帮助地质学家更好地了解地质构造和资源分布。案例分析：合成孔径雷达在地质勘查中的应用案例包括矿产资源勘查、地震灾害评估、土地利用调查等。例如，在中国西部地区，科学家使用合成孔径雷达对矿产资源进行勘查，发现了大量的煤炭和石油资源。结论：合成孔径雷达在地质勘查中的应用具有重要意义，能够提高地质学家对地质构造和资源分布的了解和勘查准确性。
起源
随着技术的不断进步，合成孔径雷达在分辨率、速度、体积和重量等方面不断优化，应用领域也不断拓展。
发展历程
未来，合成孔径雷达将继续朝着更高分辨率、更小体积、更低成本的方向发展，同时与其他技术如人工智能、物联网等结合，拓展更多的应用场景。
未来展望
02
合成孔径雷达的应用
合成孔径雷达能够穿透云层和伪装，提供高分辨率的战场侦察图像，帮助指挥官了解敌情。
பைடு நூலகம்
气象研究
合成孔径雷达可以用于观测地球表面的地形、地貌、植被等信息，为地球科学研究提供数据支持。
地球观测
通过合成孔径雷达的高清图像，可以发现和识别古代遗址和文物，为考古研究提供新的手段。
遥感考古
03
合成孔径雷达系统组成
03
发射机的性能指标包括输出功率、效率、波形质量等，直接影响着合成孔径雷达的作用距离和分辨率。
THANKS
感谢观看
信号处理包括脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等技术，以提高雷达的分辨率、检测能力和抗干扰能力。
信号处理的性能指标包括处理精度、实时性、稳定性等，直接影响着合成孔径雷达的整体性能。
干涉合成孔径雷达工作原理
干涉合成孔径雷达工作原理干涉合成孔径雷达 (InSAR) 是一种利用雷达技术进行地表观测的方法，它可以提供高分辨率和高精度的地表形变监测数据。
干涉合成孔径雷达是通过组合多幅雷达成像数据来实现对地表物体的三维形变监测的一种技术方法。
本文将从干涉合成孔径雷达的基本工作原理、数据处理途径和应用领域等方面进行详细阐述。
一、干涉合成孔径雷达的基本原理1. 雷达成像原理雷达成像是通过雷达系统向地面发射微波信号，然后接收并记录被地表和地下物体反射回来的电磁波信号，利用这些信号来获取地表的形貌、结构和运动等信息。
雷达成像的分辨率取决于发射的微波波长和天线的尺寸，而干涉合成孔径雷达利用了多个雷达成像数据进行合成，从而能够实现更高分辨率的地表监测。
2. 干涉合成孔径雷达原理干涉合成孔径雷达是通过将两次雷达成像的相位信息进行比较，从而获得地表的形变信息。
当两次成像的微波信号经过地面某一点时，如果该点发生了形变，其返回的信号相位也会发生变化。
通过对这种相位变化进行分析，可以获得地表的形变信息。
这里是关于相位信息的描述。
二、干涉合成孔径雷达数据处理方法1. 干涉图生成需要获取两幅雷达成像数据，并进行预处理，包括辐射校正、大气校正等。
然后，将这两幅成像数据进行配准，形成一幅干涉图。
干涉图中的每个像素点都对应着地表上某一点的相位信息，通过分析这些相位信息可以得到地表的形变信息。
2. 形变监测在获得干涉图之后，可以通过不同的方法来提取地表的形变信息。
一种常用的方法是通过相位解缠，将干涉图中的相位信息转换成地表高程信息，从而实现地表形变的监测。
通过这种方法，可以实现对地表形变的高精度监测。
三、干涉合成孔径雷达的应用领域1. 地质灾害监测利用干涉合成孔径雷达技术可以实现对地表形变的实时监测，对地质灾害如山体滑坡、地裂缝等进行监测和预警，为减灾和救灾工作提供重要参考。
2. 地壳形变研究干涉合成孔径雷达可以用来监测地壳形变，包括地震引起的地表形变、地壳运动等，为地震研究、地震危险性评估提供重要数据支持。
合成孔径雷达成像算法与实现
合成孔径雷达成像算法与实现
合成孔径雷达成像是利用多个雷达发射的信号，经过相位平移和叠加来组合成一幅完整的雷达图像。
合成孔径雷达成像算法具有多种类型。
根据处理思路可以将其分为两大类：基于传感器的算法和基于信号处理的算法。
基于传感器的算法主要利用发射或接收机的位置、射频移相和时间差。
接收机位置关系到雷达合成靶被检测的位置信息。
而射频移相和时间差，则关系到雷达图像后处理中雷达接收和成像之间的信号处理。
基于信号处理的算法，例如合成孔径雷达（SAR）算法，主要基于正交步进技术，用发射信号的时间域响应来表示目标的距离和相位信息。
此外，利用相空间和时间处理技术将发射信号的接收信号进行反演处理，以形成多维数组，最终得到一幅精准的雷达图像。
此外，合成孔径雷达成像还可以利用计算机图形处理技术对图像进行处理，细化图像，提高成像精度，从而使其成为一种有效的距离测量定位工具。
总之，合成孔径雷达成像算法为雷达成像研究提供了多种新的思路，并且在精度、操作效率、低功耗、扩展性等方面的性能都有明显的改善，在成像及目标检测等应用领域有着广泛的应用前景。
合成孔径雷达课件
实际应用中的挑战与解决方案
总结词
环境适应性，实时性，低成本
详细描述
在实际应用中，合成孔径雷达面临着许多挑战，包括环 境适应性、实时性和低成本等。为了解决这些问题，研 究人员正在寻求新的技术和方法。例如，通过采用先进 的信号处理技术和算法，可以提高合成孔径雷达的环境 适应性，使其能够在不同的环境和条件下保持稳定的性 能。此外，通过优化设计和采用新型材料，可以降低合 成孔径雷达的成本，使其更具实际应用价值。
重要。
脉冲重复频率
总结词
脉冲重复频率是合成孔径雷达的一项重要技术参数， 它直接影响到雷达的信号处理能力和目标识别能力。
详细描述
脉冲重复频率越高，雷达的信号处理能力越强，目标 识别能力越强。然而，受到硬件限制和信号传播条件 的制约，选择合适的脉冲重复频率非常重要。
天线尺寸
要点一
总结词
天线尺寸是合成孔径雷达的一项重要技术参数，它直接影 响到雷达的探测性能和目标识别能力。
采用高效的信号处理算法和硬件加速技 术，提高雷达数据处理速度。
VS
详细描述
雷达系统需要实时处理大量的数据，包括 目标回波信号、干扰信号等。通过采用高 效的信号处理算法和硬件加速技术，可以 提高雷达数据处理速度，减少数据传输和 处理延迟，从而提高整个雷达系统的响应 速度和实时性能。
数据可视化优化
总结词
SAR系统的应用范围还在不断扩大，未来还可能应用于自动驾驶、智慧城市等领域，为人们的生活和工作带来更多的便利和 安全保障。
05
合成孔径雷达的性能 优化
发射功率优化
总结词
在保证雷达系统性能的前提下，降低发射功率，以减少 系统功耗和散热需求。
详细描述
根据雷达系统的任务需求，合理选择发射功率的大小。 一般来说，发射功率越高，雷达的作用距离越远，但同 时也会增加系统功耗和散热需求。因此，需要在保证雷 达探测性能的同时，选择合适的发射功率，以实现系统 的节能和稳定运行。
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Display Earth remote sensing Swath Coverage for Windows
Off-line data searching tools （数据搜索） http://earth.esa.int/descw/ Earthnet OnLine Interactive On-line data searching and ordering tools （数据搜索和预） 订 http://eoli.esa.int/
第四章 SAR Platform and Data Acquisition (合成孔径雷达平台与数 据获取)
SAR Platforms and Sensors（SAR 平台和传感器）
Components of a SAR System （系统组分）
SAR platform（平台） SAR sensor（传感器） Ground receiving station （地面接收站） SAR processor（处理器）
COSMO-Skymed
COSMO-Skymed
扫描
条带
聚束
COSMO-Skymed
COSMO-Skymed
TerraSAR
Developed by Germany （德国） TerraSAR X launched in 2007 TerraSAR L launched in 2008 Resolutions: 1 – 30 m Swaths: 10 – 200 km Left and right looking antenna
COSMO-SkyMed
Developed by Italian Space Agency (ASI)（意 大利空间局） Four X-band satellites to be launched in 2007, 2008 and 2009（4颗卫 星，构成星座配置） Finest Resolution: 1 m Revisit time: 12 h at Equator and 8 h in Europe Left and right looking antenna
Famous SAR Imaging Systems (I) （著名的SAR系统）
Seasat Country Launch year Band Polarization Incident angle Resolution Swath Repeat cycle (days) USA 1978 L HH 23 25×25 100 17, 3 SIR-A USA 1981 L HH 50 40×40 50 N/A SIR-B USA 1984 L HH 15-64 25×17-58 10-60 N/A Almaz SIR-C/X SAR ERS-1 USSR 1991 S HH 30-60 1530×15 20-45 N/A USA 1994 L,C,X VV 15-50 10-26×30 15-60 N/A ESA 1991 C VV 23 20×4 100 3, 35, 176 JERS-1 Japan 1992 L HH 38 18×18 75 44
Application（申请）
Data acquisition
Data acquisition
Data acquisition
Data acquisition
Data acquisition
Data search and order（数据搜索和预订）
DESCW（离线工具）
Airplane （机载）
e.g., TopSAR e.g., ERS-1/2, JERS, Radarsat, Envisat, ALOS, TerraSAR, COSMO Sky-Med e.g., SIR-A, SIR-B, SIR-C/X-SAR, SRTM
Satellite （星载）
Multi polar. Multi polar. Multi polar. 15-45 20×4 60-405 35 8-60 10×10 30-350 46 10-60 3×3 10-500 24
After Zebker
Seasat
ERS-1/-2
(after ESA)
ERS-1/-2
(after ESA)
ALOS
(after JAXA)
(Comparison with JERS-1 image)
Radarsat II
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A continuation of Radarsat I C Band Ultra-fine resolution: 3 m Left and right looking antenna（可以左右视） launched in 2007 加拿大
Famous SAR Imaging System (II) （著名的SAR系统）
ERS-2 Country Launch year Band Polarization Incident angle Resolution Swath Repeat cycle (days) ESA 1995 C VV 23 20×4 100 35 Radarsat-1 Canada 1995 C HH 10-59 10×9 50-500 24 Envisat ESA 2003 C ALOS Japan 01/2006 L Radarsat-2 Canada 12/2007 C
TerraSAR
TerraSAR
TerraSAR
TerraSAR
SAR data acquisition（SAR数据获 取）
Data acquisition（数据获取）
Purchase（购买）
Ground stations （地面站） Global agencies/distributors, e.g., Eurimage Inc.() （全球代理机构） Local agencies/distributors （当地代理机构） For research only Free of charge Announce of Opportunities （AO） ESA, JAXA, ASI, DLR, CSA,….
EOLI（在线工具）
DESCW(离线搜索实例)
Software and interface DESCW Shanghai（上海）
N 31.14, E121.29 N 28.12, E 112.59 （长沙）
DESCW Changsha
~The End~
Thank you!
Radarsat-1
JERS
SRTM
SRTM
SRTM
60 m
Radar 1
Radar 2
From /srtm/
ENVISAT
(after ESA)
ENVISAT
(after ESA)
ENVISAT
From http://www.esa.int
link
Imaging radar sensor
Ra ng e
dow n
im z A
h ut
Scene
Footprint of the fan-shaped radar beam SAR processor Ground station
High-resolution SAR images
SAR Platform Classification （平台分类）
Shuttle（航天飞机）
Important Events of SAR Development （发展里程碑）
Year
1951 1953 1962 1972 1978 1981 1984 1989 1990-
Event
Landmark of development of imaging radar, i.e., birth of concept of “synthetic aperture radar” First experimental validation of SAR concept L-band (24 cm wavelength) SAR sensor Apollo Lunar Sounder experiment SEASAT-A experiment, L-band SAR
Inventor/Affiliation
Carl Wiley, Goodyear Aircraft Corporation, US University of Illinois, US JPL JPL NASA and JPL
SIR-A mission, Shuttle Imaging Radar, L-band SAR NASA and JPL SIR-B mission, with L-band SAR Magellan mission (Satellite SAR system to Venus ) A flush of experiment, commercial and civil SARs NASA and JPL NASA and JPL Public agencies and private sectors