合成孔径雷达卫星(魏钟铨等著)思维导图
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
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。
第11章(249)
本章前四节主要介绍SAR的基本概念、SAR两维分辨 原理、SAR成像原理和成像算法。最后一节简单介绍单脉 冲雷达三维成像技术。
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11.1合成孔径
合成孔径技术的基本原理源自于实孔径技术。实孔径 天线雷达对目标形成两维分辨的原理就是采用宽带信号分 辨空间分布的点目标，采用波束形成区分方位向(平行于孔 径方向)的点目标。
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SAR是一个有源系统，它以电磁波作为探测载体来观测地 表特征，具有全天候、全天时、远距离、宽幅、高分辨成 像等特点。 SAR在军用和民用领域均有重大实用价值。在 军用方面，SAR可以用于战场侦察、军事测绘及军事目标 检测等，为战略方针或战术方案的制定提供可靠情报。在 民用方面，SAR在农业、林业、地质、海洋、水文、洪水 检测、测绘、天文、减灾防灾、气象等很多方面都有广泛 的应用。
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图11.4SAR正侧视条件下的几何关系图
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由图11.4可以知道目标点的瞬时斜距为
(11.2.3) 在理想运动条件下，有x＝vtm，当目标点和载机满足 Rs>>(x－x0)
(11.2.4)
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由于这里主要讨论SAR的横向分辨，可以假设发射信号为
单频连续波
fc为载频，则在tm
时刻点目标的回波信号为
T/R组件的数量将导致雷达成本很高。
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为了突破天线孔径对方位分辨率的限制，合成孔径的概 念被引入到成像领域。从原理上讲，用小天线(称为阵元) 排成很长的线性阵列是可行的，为了避免方向模糊(即不出 现波束栅瓣)，阵元间距应不超过二分之一波长。若目标是 固定的，为了简化设备可设置一个小雷达，装载单个阵元， 将实孔径天线的所有阵元同时收发接收信号改为小雷达发 射并接收信号，并铺一条直轨，将小雷达放在轨道上的小 车上，步进式地推动小车，而将每一步得到的回波记录下 来，这些回波含有接收处回波的相位、幅度信息，将它们 按阵列回波作合成处理，
第十二章 合成孔径雷达
w' c
1
w
2w ' 2w ' 2w Ω= f0 = = cosψ c λ λ
26
多普勒频率的微分： 多普勒频率的微分： 的微分
δΩ =
2 w sinψ
λ
δψ
若以 δ 分辨率
表示多普勒频率的分辨率， 表示多普勒频率的分辨率，δψ 表示方位角 的分辨率 λ δψ = δΩ 2 w sinψ
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日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 ★ 日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 (PALSAR)
ALOS主要参数 主要参数
发射时间： 发射时间：2006.1.24 太阳同步轨道 卫星高度： 卫星高度：691 km 轨道平面倾角： 轨道平面倾角：98.16° ° 轨道周期： 轨道周期：99 min 循环周期： 循环周期：46 days SAR： ： 微波波段： 微波波段：L (1.27 GHz) 极化方式： 极化方式：多极化
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某一波 某一波源发出的声波频率为 f，波长为 λ； ， ； 声波传播速度 v
1 v f = = T λ
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多普勒效应三种情况
1. 观察者静止，波源相对于 观察者静止， 媒质运动
波源以速度v 波源以速度 s接近观察者 v SS ' = vs × T = s 经过时间T（波周期）：
f
波源运动速度v 波源运动速度 s背离观察者 波长和频率分别为
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成像模式提供的七种不同入射角的图像参数 成像模式提供的七种不同入射角的图像参数
成像 幅宽 公里） 位置代号 （公里） IS1 IS2 IS3 IS4 成像模式 IS5 IS6 IS7 105 105 82 88 64 70 56 与星下点的 距离 公里） （公里） 187 - 292 242 - 347 337 - 419 412 - 500 490 - 555 550 - 620 615 - 671 入射角范围 （度） 15.0 - 22.9 19.2 - 26.7 26.0 - 31.4 31.0 - 36.3 35.8 - 39.4 39.1 - 42.8 42.5 - 45.2
第12章课件 第十二章 合成孔径雷达 (Synthetic-Aperture Radar) 卫星海洋学 PPT
我们假设某一声源发出的声波频率为f，波长为λ，它们与声波传播速度v
的关系为
f v
（12-3）
图12-5给出了阐述多普勒效应的示意图。第一种情况是观察者静止.
'S 'B S B S' S vv svv s （12-5） ff f
因此，在B点接收到的波动频率f′是
f' v v f ' vvs （12-6）
由于f ′ >f，故在B点接收到的波动频率比波源发出的频率要高。当波源以速
度vS由S点背向B做匀速直线运动时，用同样的方法可以导出
" v vs
f
f" v f v vs
（12-7）ຫໍສະໝຸດ 这时在B点接收的波动波长λ〞变长，对应频率f〞有所降低。
第二种运动是波源不动，而位于B点的接收装置以速度vS向着波源做匀速直 线运动。这相当于波动的传播速度增加，变为v+vS。这样，虽然波源发出的 频率保持不变，但是接收装置接收到的波动频率变为
f'vvs vvs f
五种工作模式：1）成像模式,可以提供七种不同入射角的图 像 2）交互极化模式,提供同一地区的两种不同极化方式的图 像，用户可根据需要从以下三种极化方式组合中选择：VV 和HH，HH和HV，VV和VH。3）宽刈幅模式4）全球探测 模式5）波浪模式
在上述五种工作模式中，高数据率的成像模式、交互极化模 式和宽刈幅模式可提供其它国家的各地面站接收，低数据率 的全球探测模式和波浪模式仅供欧空局的地面站接收。表 12-1显示了欧洲环境卫星ENVISAT-1携带的高级合成孔径雷 达ASAR五种模式的工作特性。12-2显示了成像模式提供的 七种不同图像的幅宽/卫星与星下点距离和入射角等信息。
合成孔径雷达波位设计与成像算法概述
合成孔径雷达波位设计与成像算法概述摘要：合成孔径雷达是一种全天候全天时的高分辨率微波侧视成像雷达。
本文介绍了合成孔径雷达的主要参数，并概括了波位设计方法及成像算法特征，最后对发展趋势进行了展望。
关键词：合成孔径雷达；波位设计；成像处理算法；发展趋势1 概述合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波侧视成像雷达，在国土测量、环境和灾害监测、地形测绘以及军事侦察等领域发挥了越来越重要的作用。
因此，了解SAR系统的参数特性和成像原理，对SAR系统进行波位设计，得到合理的工作参数，并采用适合的成像算法对SAR回波数据进行成像，是开展SAR成像工作的必备基础。
本文针对SAR的系统特点，概括了SAR系统波位设计的主要方法思路；并通过成像原理，总结了典型了成像算法的特征；最后对目前星载SAR的发展趋势进行了展望。
2 波位设计波位设计是SAR系统设计工作的主要内容。
波位设计主要指根据系统指标要求（空间分辨率、幅宽、数据率或噪声等效后向散射系数等），设计雷达波束的入射角、波束宽度、脉冲发射重复频率（PRF）、回波窗口接收时间和信号带宽等工作参数。
因此需要了解SAR系统的性能参数和工作模式，根据约束条件设计出合理的波位。
2.1 性能参数本文主要介绍空间分辨率、距离向测绘带宽度和噪声等效后向散射系数。
•方位向分辨率两个目标位于同一距离向，但方位角不同的情况下，能够被雷达区分出来的最小方位向长度称为方位向分辨率【1】。
通过分析，合成孔径雷达的分辨率由下式决定：其中为波长，为斜距，为合成孔径长度，其值决定于天线运动过程中所能接收到的同一目标的回波信号的最大作用范围。
以条带模式为例，对合成孔径进行展开，方位向分辨率经过推导后得到：其中为方位向天线尺寸。
•距离向分辨率两个目标位于同一方位角，但与雷达间的距离不同时，二者能被雷达区分出来的最小间距称为距离向分辨率【1】。
与InSAR相关的基本概念5
阴影
阴影是由于当电磁波沿直线传播时受山 峰、建筑物等高大目标阻挡，从而使得 目标背面接受不到微波，在图像相应位 置上呈现出暗区的现象; (入射角大于90)
阴影
SAR与RS比较
从像素信息量来看， SAR图像比可见光遥感影像 要丰富，可见光遥感影像的每一像素仅包含灰度 信息。 从视觉效果来看， SAR灰度影像远没有可见光遥 感影像(含航摄相片)清晰，这主要是由于雷达成 像时无法避免所谓的斑点噪声效应。因此,要获得 好的视觉效果，一般要进行多视(multilooking） 处理即平滑处理，以牺牲分辨率而提高信噪比。
SAR图像与可见光图像对比
SAR
OPTICAL
多视平均
单视
单视
多视
SAR图像理解
图像亮度代表后向散射强度（系数、截面）， 亮度越大表明后向散射越强； 与像元内的表面粗糙度有关，表面越粗糙（以 波长为参考，与入射角有关），后向散射越强。 光滑表面（如平静的水面、机场跑道）主要是 镜面反射，后向散射很弱； 与散射体的复介电常数（主要受含水量影响） 有关，含水量越大，后向散射越强。
分 类
用来确定天线到目标的距离
成像雷达系统
特点？ 记录照明目标的空间反射 信息，并以合成影像来显示
右侧视
侧 视 成 像 雷 达 系 统 结 构 图
基本概念
与轨道垂直的面内的椭圆锥顶角即波束高度角 与天线宽度D关系为：
沿轨的椭圆锥顶角与雷达天线长L度关系为：
相应的天线幅照带尺寸是：
真实孔径侧视雷达系统 （SLR、SLAR、RAR）
相位
SAR图像几何示意图
SAR图像几何示意图
SAR卫星的雷达为右视成像（Right look）在东半 球降轨飞行时，成像自东向西（左东右西），跟 我们习惯的判读方向（左西右东）相反，为了跟 实际地物方向一致，需要做个左右镜像。 上下 升轨飞行时，需要做个 ?镜像。
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。