雷达成像
雷达成像技术
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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显然能得到与实际阵列相类似的结果，即可以得到很高的 方位分辨率。这样虽然天线的实际孔径很短，但是对每个 被观测的点而言，虚拟的天线孔径却很长。由此类推，将 雷达安装在飞机或卫星上，在飞行过程中发射和接收宽频 带的信号对固定的地面场景作观测，则将接收存储的信号 作合成阵列处理，便得到径向距离分辨率和横向距离分辨 率均很高的地面场景图像，而合成孔径雷达也正是由此得 名的。
第11章雷达成像技术
11.1 11.2 11.3 合成孔径雷达成像 11.4 SAR 11.5 单脉冲雷达三维成像
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现代雷达不完全停留在发现目标并对目标进行定位的 功能，而是在一些应用场合需要区分或识别目标的类型。 1951年，美国Goodyear公司的CarlWiley第一次发现侧视雷 达通过利用回波信号中的多普勒频移可以改善雷达横向(方 位向)分辨率。这意味着通过雷达可以实现对观测对象的二 维高分辨成像，极大地提升了雷达的信息感知和获取能力。 这个里程碑式的发现标志着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)技术的诞生。简单来说，合成孔径 雷达(SAR)是利用信号处理技术，将主动发射和接收的信 号进行处理，实现以小的真实天线长度(实孔径)对场景目 标进行高分辨成像的系统。
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利用飞行的雷达平台对地面场景实现高的方位分辨还 可用多普勒效应来解释。如图11.2(a)所示与飞机航线平行 的一条地面线上，在某一时刻O，线上各点到雷达天线相 位中心连线与运动平台速度向量的夹角是不同的，因而具 有不同的瞬时多普勒。但是，为了得到高的多普勒分辨率， 必须有长的相干积累时间，也就是说飞机要飞一段距离， 它对某一点目标的视角是不断变化的。图11.2(b)的上图用 直角坐标表示飞行过程中点目标O的雷达回波相位变化图， 当O点位于飞机的正侧方时，目标O到雷达的距离最近， 设以这时回波相位为基准(假设为0)，而在此前后的相应距 离要长一些，即回波相位要加大。
雷达成像技术在目标识别中的应用
雷达成像技术在目标识别中的应用第一部分：雷达成像技术的基本原理雷达成像技术是以雷达信号为基础的目标成像技术。
雷达信号是由雷达发射器发射出去的电磁波，经过一定时间后，通过雷达接收器接收到回波信号。
雷达成像技术是通过对雷达接收到的回波信号进行处理和分析，形成目标的成像图像。
雷达成像技术的基本原理可以用以下公式来描述：R = ct/2其中，R表示目标与雷达设备的距离，c是光速，t是回波信号所需时间。
利用这个公式，可以测量目标与雷达设备之间的距离。
对于雷达成像技术，其基本原理是利用雷达设备从不同的方向对目标进行探测，通过聚合多次探测到的回波信号，形成目标的成像图像。
其中，雷达设备在探测时可以通过改变发射信号的频率，或者改变探测时的视角等方式来获取更为准确的目标成像图像。
第二部分：雷达成像技术在目标识别中的应用1. 地貌和海洋观测雷达成像技术在地貌和海洋观测中有着非常重要的应用。
在地貌观测中，雷达成像技术可以用来探测地面的高度、地形等信息，进而进行地图制作等工作。
在海洋观测中，雷达成像技术可以用来探测海面的波浪、海流等信息，对于洋流等大规模海洋现象的分析和研究有着重要的意义。
2. 空中交通管制雷达成像技术在空中交通管制中有着非常重要的应用。
在航空管制中，雷达成像技术可以用来追踪和识别飞机等飞行器，对于航班的安全和正常进行有着非常重要的作用。
3. 军事领域在军事领域，雷达成像技术可以用来进行目标识别和打击。
例如，在导弹和炸弹的打击中，可以利用雷达成像技术对目标进行识别和定位，从而实现精准制导和打击。
4. 航天领域在航天领域，雷达成像技术可以用来进行航天器的定位和跟踪，对于轨道控制和调整有着非常重要的意义。
此外，雷达成像技术还可以用来探测太空中的天体和宇宙射线等信息。
第三部分：雷达成像技术的未来发展1. 多波段雷达为了获得更为精确的目标成像信息，未来的雷达成像技术可能会发展成为多波段雷达。
多波段雷达可以同时利用多个频段的信号进行探测，从而获得更为丰富的目标信息。
《雷达成像原理》课件
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雷达成像技术发展与展望
雷达成像技术的发展历程
雷达成像技术的起源
20世纪40年代，雷达技术开始应用于军事 领域，随着技术的发展，人们开始探索雷达 在成像方面的应用。
雷达成像技术的初步发展
20世纪60年代，随着计算机技术和信号处理技术的 发展，雷达成像技术开始进入初步发展阶段，出现 了多种成像模式。
提取雷达图像中的边 缘信息，用于目标识
别和形状分析。
纹理分析
提取雷达图像中的纹 理特征，用于分类和 识别不同的物质或结
构。
04
雷达图像解译
雷达图像的解译方法
直接解译法
01
根据雷达图像的直接特征，如斑点、纹理、色彩等，对目标进
行识别和分类。
间接解译法
02
利用雷达图像的间接特征，如地形、地貌、阴影等，结合地理
03
雷达图像处理
雷达图像预处理
去噪
去除雷达图像中的噪声，提高图像质量。
标定
对雷达图像进行几何校正和辐射校正，以 消除误差。
配准
将多幅雷达图像进行对齐，确保后续处理 的一致性。
滤波
平滑雷达图像，减少随机噪声和斑点效应 。
雷达图像增强
01 对比度增强
提高雷达图像的对比度， 使其更易于观察和理解。
03 直方图均衡化
雷达成像技术的成熟
20世纪80年代以后，随着数字信号处理技 术的广泛应用，雷达成像技术逐渐成熟，分 辨率和成像质量得到显著提高。
雷达成像技术的未来展望
高分辨率成像技术
未来雷达成像技术将进一步提高分辨率，实现更精细的成像效果 ，为各种应用提供更准确的信息。
多模式成像技术
未来雷达成像技术将发展多种模式，包括透射、反射、合成孔径等 多种模式，以满足不同场景的需求。
雷达成像技术的研究进展
雷达成像技术的研究进展雷达（Radar）全称是Radio Detection and Ranging，翻译过来就是“射频探测与测距”。
雷达是一种无线电波测距设备，它可以通过发射一束电磁波并接收它反射回来的信号来探测目标的位置和速度。
雷达技术的主要应用领域包括军事、民用航空、天气预报、海洋探测等方面。
而在这些领域中，雷达成像技术也正逐渐成为一个热门的研究领域。
1. 雷达成像技术的基本原理雷达成像技术的基本原理是利用雷达所发出的电磁波在目标表面反射后所形成的信号，然后将这些信号经过处理后形成目标图像。
相对于常规雷达来说，雷达成像技术显然更具有细节和图像效果。
这种雷达成像技术相对于常规雷达的优势在于其可以获得比常规雷达更加精细的目标图像。
而这也解决了一些领域中常规雷达无法解决的问题，例如在航空中，雷达成像技术可以帮助飞机识别和避让其他航空器。
2. 雷达成像技术的分类雷达成像技术可大致分为两大类，即合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）和雷达散射截面成像（Radar Scattering Cross-section Imaging，RSC).合成孔径雷达的原理是将连续的雷达信号进行采样，并在计算机中将它们组合在一起，以模拟一个由单个大天线发送的雷达信号。
这样的完成的目标是获得比单独的雷达信号更高分辨率的雷达图像。
通过这种方式可以获得更高的分辨率，并且可以消除传统雷达由于天线大小和目标距离限制而产生的限制。
从而可以实现对小目标的精细探测。
而雷达散射截面成像则是通过基于雷达反射率的计算、图像处理和建模等手段，获得目标的散射截面，进而获取目标的形状、大小、姿态等特征信息。
该技术常用于对飞机、舰船等复杂目标的识别与辨识。
3. 雷达成像技术的应用目前，雷达成像技术的应用已经逐渐扩展到很多领域。
例如：（1）军事领域：在军事领域中，雷达成像技术是一项非常重要的技术。
通过这种技术，可以快速且精确地获取军事目标的位置和特征信息。
雷达目标成像
雷达目标成像雷达目标成像是一种利用雷达技术对目标进行探测和成像的方法。
雷达是一种主动传感器，能够通过向目标发射电磁波，并接收目标返回的波信号，从而获取目标的位置、速度、形状等信息。
雷达目标成像可以分为合成孔径雷达成像和实时雷达成像两种方式。
合成孔径雷达成像是利用多次雷达回波数据进行综合处理，从而达到高分辨率的效果。
实时雷达成像则是通过实时采集目标的回波信号，并进行处理和显示，以获得目标的实时成像图像。
在雷达目标成像中，主要涉及到以下几个关键技术：1. 雷达波束控制：为了获得目标的回波信号，雷达需要将发射能量以波束的形式聚焦在目标上，并接收目标返回的波束信号。
波束控制可以通过机械方式或电子方式实现，以实现目标的高分辨率成像。
2. 雷达信号处理：雷达目标成像需要对接收到的回波信号进行处理，以提取目标的信息。
信号处理主要包括波形压缩、时域滤波、频域变换等技术，可以提高目标成像的分辨率和信噪比。
3. 反演算法：反演算法是雷达目标成像的核心技术，通过对接收到的回波信号进行数学建模和计算，以获得目标的位置、速度、形状等信息。
常用的反演算法包括二维傅里叶变换（FFT）、距离迭代算法（IRA）、最小二乘法（LS）等。
雷达目标成像的应用非常广泛，主要包括以下几个方面：1. 军事领域：雷达目标成像在军事领域中主要用于目标探测和识别。
通过雷达目标成像，可以识别出目标的类型、大小、运动方向等信息，从而为军事作战提供重要支持。
2. 气象领域：雷达目标成像在气象领域中主要用于天气预测和监测。
通过雷达目标成像，可以观测到大气中的云层、降雨区域等信息，从而为天气预测和气象监测提供基础数据。
3. 航空航天领域：雷达目标成像在航空航天领域中主要用于飞行器的导航和着陆。
通过雷达目标成像，可以获得飞行器附近的地形、障碍物等信息，从而提高飞行器的安全性和精准度。
雷达目标成像技术的发展，为我们对目标的探测和识别提供了强大的工具。
随着雷达技术的不断进步，雷达目标成像的分辨率和精度将会得到更大的提高，为各个领域的应用带来更多的可能性。
雷达成像原理
雷达成像原理
雷达成像是一种利用雷达技术进行目标成像的方法，它可以在不受天气、光照等自然条件限制的情况下，对地面、海面或空中目标进行高分辨率的成像。
雷达成像技术在军事、航空航天、地质勘探、气象观测等领域具有广泛的应用。
本文将介绍雷达成像的基本原理和工作过程。
首先，雷达成像的基本原理是利用雷达波束对目标进行扫描，接收目标返回的信号并进行处理，最终形成目标的图像。
雷达波束的扫描可以是机械扫描或电子扫描，其中电子扫描方式具有更高的速度和精度。
雷达波束照射到目标后，目标会反射部分能量，形成回波信号。
接收系统接收并处理这些回波信号，通过信号处理算法可以得到目标的位置、速度和形状等信息，从而实现目标成像。
其次，雷达成像的工作过程包括发射、接收和信号处理三个基本环节。
在发射环节，雷达系统通过天线向目标发送脉冲波，脉冲波与目标相互作用后产生回波信号。
接收环节是指接收系统接收目标回波信号，并将其转化为电信号。
信号处理环节是指对接收到的信号进行滤波、放大、时域和频域处理，最终形成目标的图像。
信号处理是雷达成像的关键环节，其算法的设计和优化直接影响成像的质量和分辨率。
此外，雷达成像的分辨率是衡量成像质量的重要指标之一。
雷达成像的分辨率包括距离分辨率和方位分辨率两个方面。
距离分辨率是指雷达系统在距离方向上对两个目标的最小分辨距离，其分辨能力取决于雷达系统的脉冲宽度。
方位分辨率是指雷达系统在方位方向上对两个目标的最小分辨角度，其分辨能力取决于雷达系统的天线波束宽度。
提高雷达成像的分辨率是提高成像质量的关键。
总之，雷达成像是一种重要的目标成像技。
雷达成像原理
雷达成像原理
雷达成像原理是一种利用电磁波的特性进行目标探测和成像的技术。
雷达系统发射一束窄带宽、高功率、短脉冲的电磁波，通过空气或其他媒介传播到目标上并被目标反射回来。
接收到的反射信号经过接收机接收和解调后，被转换为可视化的图像。
雷达成像的基本原理是通过测量反射信号的时延和幅度，对目标进行定位和描绘。
当发射的电磁波遇到目标时，一部分能量被目标吸收，一部分能量被反射回来。
接收到的反射信号中含有目标的信息。
目标的位置可以通过测量发射和接收信号之间的时间差来确定。
利用这个时间差，雷达系统可以计算出目标与雷达之间的距离。
同时，接收到的信号强度可以反映目标的反射能力，从而实现目标的亮度展示。
通过将多个目标的距离和亮度信息进行综合，可以得到目标在雷达图像上的位置和形状。
为了获取更高分辨率的图像，雷达系统采用成像技术。
一种常用的方法是利用干涉原理，通过接收到不同方向上的反射信号之间的相位差来实现成像。
通过对接收到的信号进行相位解调和处理，可以重建目标的图像。
另一种方法是利用合成孔径雷达（SAR）技术，通过连续接收目标上不同位置的反射信号来合成高分辨率的图像。
总之，雷达成像原理是通过测量反射信号的时延、幅度和相位差等参数来描绘目标的位置和形状。
这种基于电磁波的成像技术在军事、气象、航空航天等领域具有广泛应用。
雷达成像技术在无人机中的应用
雷达成像技术在无人机中的应用一、引言无人机技术的迅猛发展为人们带来了广阔的应用前景，其中雷达成像技术在无人机中的应用日益受到关注。
雷达成像技术通过发送和接收雷达信号，可高分辨率地获取目标的空中图像，有效提升了无人机的目标探测、跟踪和识别能力。
本文将着重介绍雷达成像技术在无人机中的应用。
二、雷达成像技术概述1. 雷达成像原理雷达成像技术是通过向目标发射脉冲雷达信号，接收反射回来的信号来获取目标信息。
根据回波信号的时间、幅度、相位等特征，可以将目标的空间信息重构成二维或三维图像。
2. 雷达成像分类根据成像方式，雷达成像可分为合成孔径雷达（SAR）和实时成像雷达（ISAR）。
SAR通过合成一个大孔径，利用目标相对于雷达的运动合成高分辨率图像；ISAR则是在雷达和目标之间相对运动的过程中，实时生成目标的高分辨率图像。
三、雷达成像技术在无人机中的应用1. 目标探测和跟踪无人机搭载雷达成像系统可以快速准确地发现目标，并跟踪目标的位置和动态信息。
在搜索和救援、侦察、边防巡逻等应用场景中，无人机的雷达成像技术能够在复杂环境中有效地探测目标，提供实时的情报支持。
2. 地形感知和导航雷达成像技术可以获取地面或海面的三维地形图像，在无人机的自主导航和飞行控制中起到重要作用。
无人机借助雷达成像系统可以实时感知障碍物、地表结构等信息，提供精确的地标和导航数据，确保无人机安全飞行。
3. 智能决策支持无人机通过搭载雷达成像系统，可实时获得目标的高分辨率图像，提供决策者更全面的信息支持。
例如在灾害救援、城市规划等领域，无人机的雷达成像技术可以帮助决策者准确了解现场情况，制定科学有效的行动方案。
4. 军事领域应用无人机的雷达成像技术在军事领域有着广泛的应用。
它可以帮助军方实时获取敌方目标的位置、航迹等信息，提供有效的军事侦察和情报支持。
此外，在电子战中，无人机搭载雷达成像系统还可以实现对敌方雷达设备的侦测和干扰。
四、雷达成像技术在无人机中的挑战和趋势1. 技术挑战无人机搭载雷达成像系统有着体积、重量和功耗等方面的限制，如何在有限的资源条件下实现高分辨率成像仍然是一个技术难题。
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Main Mode of Image Radar
Inverse SAR
B C
A
vs
雷达
Principle illustration
RLOS
vp
Global Coordinates
雅克42 ISAR图像
安26 ISAR图像
波音727 ISAR图像
长江上民用船只的ISAR图像(右)与 SAR图像(左)
3. Basic Principle of Radar Imaging
x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 x8 x9
X1+X2+X3=a X4+X5+X6=b X7+X8+X9=c
X3=d X2+X6=e X1+X5+X9=f X4+X8=g X7=h
3. Basic Principle of Radar Imaging
APG-76机载火控雷达
Mode:Reso RBM: Low DBS: 60m SAR: 20m SAR: 10m SAR: 3m
作业
预习 “基础知识” 学习IDL编程
要求： 1、掌握用IDL产生任意信号； 2、对fourier变换等理论进行仿真验证；
The End!
4. Developm2ent of SAR
1951, Carl Wiley in Goodyear first propose 1957, the first focused SAR image
70年代，First Digital SAR system by American airfore
80年代后，美国已经开始将2SAR作为武器系统装备部队
Radar: APG-76
simultaneous
SAR/GMTI mode， has the capability of imaging of ground scene and indicating the moving targets Resolution:0.3m
1. Military Application of SAR
High Range Resolution—By Pulse Compression
r
c 2B
Resolution for Imaging Radar
High Azimuth Resolution —By Aperture Synthesis
D
Azimuth Resolution for Radar
a
R
2L
D 2
Feature：
1）independent of range
2）proportional to D
X
Features of Radar Imaging
Active Sensing，All weather and All day
Penetrate Foliage and Ground
Resolution independent of range High Data Rate, Co2mplicated Processing Inherent Speckle，即图像有颗粒感
能够将目标分 开的最小距离
距离分辨率和 方位分辨率
常规雷达对目 标观测时，距 离分辨率取决 于发射信号脉 冲宽度，方位 分辨率取决于 天线波束宽度 和目标距离
Resulution for traditional Radar
Range Resolution
Contradiction between resolution and range
2
Long Range
Resolution: independent of range
3
FOPEN and GPEN
Foliage and Ground Penetration
1. Military AppliHiSAR， 该雷达具有全天候 的广域运动目标搜 索模式，组合合成 孔径/MTI条带模式、 合成孔径聚束模式、 海面监视和空对空 工作模式。
1. Military Application of SAR
American “Predator UAV” ： Lynx SAR by General
Atomics
resolution in sidelook:0.3－3m resolution in spotlight:0.1-0.3m
1. Military Application of SAR
E-8 JSTARS AEW：
装备多模式侧视相控 阵电子扫描SAR。
能够进行实时的大区 域监视和远程目标攻 击指挥，可发现机身 任意一侧50000平方 公里地面上各种目标。
在海湾战争中有出色 表现。
1. Military Application of SAR
火控
Airborne Fire Control
我国起步较晚，70年代后期才开始研究SAR
Development in China
中科院电子所1979年获得了我国第一张SAR图像， 180m分辨率； 2000年，中航607所和我校联合研制的JZ-8 SAR试 飞成功，3m分辨率，全数字化处理方式； 2004年，0.5m分辨率SAR系统由中科院电子所和中 航607所研制成功； 2006年，第一颗星载SAR成功上天； 中科院电子所、中电14所，中电38所，中航607所， 西电，北航，南航，成电，国防科大等研究机构和高 校。 全国SAR学术会议每二年召开一次，第二届于2005 年10月在南京召开。2007年开始改为APSAR,第一届 在安徽黄山召开, 2009年10月在西安举办第二届
Main Mode of Image Radar
Interferometric SAR
Cross Track Interferometry
Along Track Interferometry
Cross Track Interferometry
Along Track Interferometry
酒泉，遥感2号，数字成像光学侦察
3 2007-11-12
太原，遥感3号，合成孔径雷达侦察
4 2008-12-01
酒泉，遥感4号，数字成像光学侦察
5 2008-12-15
太原，遥感5号，合成孔径雷达侦察
6 2009-04-22 7 2009-12-09 8 2009-12-15
太原，遥感6号，合成孔径雷达侦察 酒泉，遥感7号，数字成像光学侦察 太原，遥感8号，合成孔径雷达侦察
RAR
Antenna Length D
da R/D
SAR
Synthesized Antenna Length Dsyn
da D/2
Beamwidth
Point
Beamwidth
Image
Synthetic Aperture Concept
LR D
Y v
R0
O
Azimuth resolution of SAR
合成孔径雷达
1. Military Application 2. Basic Concept 3. Imaging Principle
4. History of2 SAR
1. Military Application of SAR
1 2006-04-27
太原，遥感1号，合成孔径雷达侦察
2 2007-05-25
g(x,y)
Fourier Transform
Inverse Fourier Transform
G(Kx,Ky)
3. Basic Principle of Radar Imaging
3. Basic Principle of Radar Imaging
3. Basic Principle of Radar Imaging
Mode:Reso RBM: Low DBS: 60m SAR: 20m SAR: 10m SAR: 3m
1. Military Application of SAR
通过雷达成像获 取目标高分辨率 图像，可以实现 精确的远程目标 打击。
1. Military Application of SAR
Main Mode of Image Radar
SLAR (旁视机载雷达) ➢ Motorola SLAMMR: X波段，实孔径天线，波束 指向垂直于飞机航向。天线长度4.8m,磁控管发射机 ➢ 信号处理：实波束测绘，非相干处理
DBS (多普勒波束锐化) ➢ Wiley 最初提出合成孔径概念时称之为多普勒波 束锐化，但实质上就是对合成孔径概念的频域解释 ➢ 现在实现DBS技术时，通常脉冲积累数较小，方 位处理用DFT, 天线在一定范围内进行扫描
Main Mode of Image Radar
Stripmap SAR (条带测绘SAR) ➢ 特点：波束指向与飞机航向夹角固定不变
Main Mode of Image Radar
Spotlight SAR (聚束SAR) ➢ 特点：天线始终指向目标区域，合成孔径长度不 受天线尺寸限制，可以获得比条带SAR更高的方位 分辨率。波束指向与飞机航向夹角固定不变
9 2010-03-05 10 2010-08-10
酒泉，遥感9号，数字成像光学侦察 太原，遥感10号,合成孔径雷达侦察
1. Military Application of SAR
1
All-day and all-weather capability
1. Military Application of SAR
a
R
R
D
Increase aperture D to improve resolution
D
Synthetic Aperture Concept