合成孔径雷达概念
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。
合成孔径雷达概述(SAR)
合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介 (2)1.1 合成孔径雷达的概念 (2)1.2 合成孔径雷达的分类 (3)1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4)2合成孔径雷达的发展历史 (5)2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5)2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6)2.1.2 世界各国的SAR系统 (9)2.2 我国的发展概况 (11)2.2.1 我国SAR研究历程表 (11)2.2.2 国内各单位的研究现状 (12)2.2.2.1 电子科技大学 (12)2.2.2.2 中科院电子所 (12)2.2.2.3 国防科技大学 (13)2.2.2.4 西安电子科技大学 (13)3 合成孔径雷达的应用 (13)4 合成孔径雷达的发展趋势 (14)4.1 多参数SAR系统 (15)4.2 聚束SAR (15)4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16)4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16)4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17)4.6 性能技术指标不断提高 (17)4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18)4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18)4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18)4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19)4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19)5 与SAR相关技术的研究动态 (20)5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20)5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20)5.3 SAR图像目标检测与识别 (22)5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25)5.5 SAR图像变化检测方法 (27)5.6 干涉合成孔径雷达 (31)5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33)5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35)5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37)5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38)5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。
合成孔径雷达
合成孔径雷达合成孔径雷达就是利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。
合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。
合成孔径雷达可分为聚焦型和非聚焦型两类。
用在飞机上或空间飞行器上可有几种不同的工作模式,最常见的是正侧视模式,称为合成孔径侧视雷达；此外还有斜视模式、多普勒波束锐化模式和定点照射模式等。
如果雷达保持相对静止，使目标运动成像,则成为逆合成孔径雷达，也称距离-多普勒成像系统。
合成孔径雷达在军事侦察、测绘、火控、制导，以及环境遥感和资源勘探等方面有广泛用途。
合成孔径的概念始于50年代初期。
当时，美国有些科学家想突破经典分辨力的限制，提出了一些新的设想：利用目标与雷达的相对运动所产生的多普勒频移现象来提高分辨力；用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高分辨力。
50年代末，美国研制成第一批可供军事侦察用的机载高分辨力合成孔径雷达。
60年代中期，随着遥感技术的发展，军用合成孔径雷达技术推广到民用方面，成为环境遥感的有力工具。
70年代后期，卫星载合成孔径雷达和数字成像技术取得进展。
美国于1978年发射的“海洋卫星”A号和80年代初发射的航天飞机都试验了合成孔径雷达的效果，证明了雷达图像的优越性。
合成孔径雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置。
把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。
若直接把各单元信号矢量相加，则得到非聚焦合成孔径天线信号。
在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。
地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。
这一过程与全息照相相似，差别只是合成线阵天线是一维的，合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似，故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。
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)
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
则对任意位置y，在整个孔径时间内积分可 以得到目标在所有y位置上的信号包络. 当对雷达 载体沿直线飞行产生的二次相位误差不补偿时：
4 x 4 v t 1 (t ) 2R 2R
2
2 2 s
这时的积分处理称非聚焦处理, 否则称为聚焦 处理。
设发射信号为：
S (t ) exp( jt )
则接收信号为：
Sr (t ) exp( j (t ))
0
其中:
2r 2 R0 ( X 0 X p ) c c cR0
2
9.2 SAR回波信号特性（信号模型）
则接收信号为：
2 R0 ( X 0 X p ) Sr (t ) exp( j[t ]) c cR0
2 0
e e
4 R0 j j 0 j t
2 ( X 0 X p )2
e
R0
该信号的相位为：
1 2 3
9.2 SAR回波信号特性（信号模型）
发射信号的线性相位：
1 t
2
4 R0
与距离有关的常数相位：
雷达平台运动产生的二次相位：
x R
R
2TD vs sin
4 合成孔径原理(频率分析方法)
当φ=90 度, 多普勒滤波器的时间常数为:
TD
最终的方位分辨率为:
R
vs D
D x 2
5
SAR 基本参数
Lmax
最大聚焦合成孔径长度:
R
D
天线尺寸的减小导致更长的聚焦合成孔径长度 SAR 聚焦分辨率:
雷达成像中的合成孔径概念
t tc rect exp j 2 f 0 0 T a
t t
SAR信号模型
motion is the solution, but also the problem
0 t 2 s(t , ) rect exp j k t 0 T
孔径合成概念
L
实孔径
Nyquist sampling D
a R
L
实阵列
2L
合成孔径 a R
多普勒波束锐化
雷达静止
1 2 Y
fd
2v
cos
Y
雷达运动
3
1
2
3
X
X
v
fd1=0 fd2=0 fd3=0
fd1<0 fd2=0 fd3>0
多普勒波束锐化
Y
fd
距离多普勒域的距离徙动
R f t R0
2 R0
8v 2
ft2
正侧视条件下频谱—两维频谱
2R ft ft 2 f2 s( f t , f ) exp j exp j exp 2 f k c ka
0 t t t 2 s(t, ) rect c rect exp j k t exp j 2 f 0 0 t 0 Ta Tr
SAR信号模型
雷达静止不动
2 0 s(t , ) rect exp j k 0 T
SAR信号分析
合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR）合成孔径雷达产生的过程为了形成一幅真实的图像增加两个关键参数：分辨率、识别能力。
合成孔径打开了无限分辨能力的道路相干成像特性：以幅度和相位的形式收集信号的能力相干成像的特性可以用来进行孔径合成民用卫星接收系统SEASA T、SIR-A、SIR-B美国军用卫星(LACROSSE)欧洲民用卫星（ERS系列）合成孔径雷达(SAR)是利用雷达与目标的相对运动将较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大孔径的等效天线孔径的雷达。
特点：全天候、全天时、远距离、和高分辨率成像并且可以在不同频段不同极化下得到目标的高分辨率图像SAR高分辨率成像的距离高分辨率和方位高分辨率距离分辨率取决于信号带宽方位高分辨率取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽相干斑噪声机载合成孔径雷达是合成孔径雷达的一种极化：当一个平面将空间划分为各向同性和半无限的两个均匀介质，我们就可以定义一个电磁波的入射平面，用波矢量K来表征：该平面包含矢量K以及划分这两种介质的平面法线垂直极化（V）：无线电波的振动方向是垂直方向与水平极化（H）：无线电波的振动方向是水平方向TE波：电场E与入射面垂直TH波：电场E属于入射平面合成孔径雷达的应用军事上、地质和矿物资源勘探、地形测绘和制图学、海洋应用、水资源、农业和林业合成孔径雷达在军事领域的应用：战略应用、战术应用、特种应用。
SAR系统的几个发展趋势：多波段、多极化、多视角、多模式、多平台、高分辨率成像、实时成像。
SAR图像相干斑抑制的研究现状分类：成像时进行多视处理、成像后进行滤波多视处理就是对同一目标生成多幅独立的像，然后进行平均。
这是最早提出的相干斑噪声去除的方法，这种技术以牺牲空间分辨率为代价来获取对斑点的抑制成像后的滤波技术成为SAR图像相干噪声抑制技术发展的主流均值滤波、中值滤波、维纳滤波用来滤去相干斑噪声，这种滤波方法能够在一定程度上减小相干斑噪声的方差合成孔径雷达理论概述合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，高分辨率包含两个方面的含义：方位向的高分辨率和距离向高分辨率。
什么是合成孔径雷达？
什么是合成孔径雷达？
雷达成像的精度，一直是一个大难题。
为了提高雷达成像精度，必须不断加大雷达天线尺寸。
以雷达侦察卫星为例，在正常状况下，1,000公里轨道高度上运行的人造卫星，假如天线宽度以10米估算，其雷达影像平面解析力大约是10公里。
这样的解析力不能满足探测的需求，于是科学家研究了合成孔径雷达技术来改善成像精度。
合成孔径雷达的基本原理，是在卫星运行时，通过快速的重复发射雷达波，再收集连续且重叠的回波，对信息加以解算，从而实现提高精度的效果。
这个方法，其实就是当人造卫星向前运行时，发射雷达波，然后在移动一段后，接收反射回来的回波，这样因为卫星在运动，天线就好像变长了一样，达到了等同于加长天线的效果。
这类雷达对美国五角大楼成像
有了这座庞大的虚拟「合成孔径天线」，雷达的精度可大大提高千倍以上！这实现了卫星雷达监测地表乃至坦克战车的可行性。
具有合成孔径雷达且目前正在运转的遥测卫星，主要有欧洲太空总署研发的ERS-2和ENVISAT，以及加拿大的RADARSAT卫星。
军用方面的典型例子是美国的长曲棍球雷达侦察卫星。
F-22战斗机也在升级安装合成孔径微波成像雷达，产生高解析度图像，让飞行员更好的分辨目标。
洛克希德公司已经获得美国空军5.36亿美元合同，将为F-22升级。
F-22和F-35都将装备这种高清晰成像雷达，获得更好的作战能力。
2011年，美军升级了F-22的软硬件和信息处理能力，为使用新雷达奠定了基础。
现在的F-22战斗机可以携带8枚250磅重的小直径炸弹，搭配对地探测能力很好的合成孔径雷达，大幅度加强了该机的对地火力。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
(From GlobeSAR program, CCRS)
Decomposition of Multiple Imaging （多次成像分解示意图）
1
3
2
4
舒宁 等 1997
Synthesis of Multiple Imaging（合成）
Objects experience illumination over a time interval
By tracing the frequency shifts and thus synthesising the corresponding echoes, the azimuth resolution can be sharpened (SAR focusing technique) （根据多普勒频移，合成相应的回波，改善方位分辨率， 称为SAR成像或聚焦过程）
, and taking considerat ion the round Inserting D R D into R trip, we get the renewed azimuth resolution D/2 R
Example: ERS-1/-2 SAR Resolution
Using range compression method:
c 3 108 Rr 20 m 6 2BR sin q 2 15.5510 sin(30 )
Azimuth Resolution（方位分辨率）
Azimuth resolution of
real aperture radar 真实孔径雷达的方位 向分辨率
Antenna length: L=10 m Typical range: R H sat / cos 23 853 km Ground range resolution:
c 3 108 Rr 25 m 6 2 BR sin q 2 15.55 10 sin( 23 )
D
c Rr 2 BR sin q
BR : Chirp bandwidth
q
R
Rr
Example: Pulse length = 0.1 milli-seconds, look angle = 30o R’r = 0.1 x 10-3 x 3 x 108/2 = 15 km
Rr = R’r/sin(30o) = 30 km
(Courtesy: CCRS)
(Courtesy: CCRS)
For ERS-1/2, a 10m antenna is used to synthesize a nearly 5 km antenna.
About 1000 radar images are used to get one SAR image.
ห้องสมุดไป่ตู้
Equivalent to “enlarge” the antenna, forming a very long antenna and thus improving the azimuth resolution 等效 于增大天线，形成一根很长的天线，从而改善分辨率
Sketch Map（示意图）
Azimuth resolution:
R 853000 0.056 / 10 5 km D D R 10 / 2 5 m 2 R
Real Aperture Radar
Synthetic Aperture Radar
(Crimea, Ukraine)
5x14 km pixels
Azimuth resolution（方位向分辨率）
-- Azimuth resolution is determined by the beam width（波束宽度）；波束越短，分辨率越高.
Range Resolution（距离分辨率）
Slant range（斜距）
c p / 2 Rr where c velocity of light p length of pulse
Record and save the complete history of reflections （记录和保 存了完整回波信号）
Permits reconstruction of the reflected signals （反射信号重建）
Based on the principle of Doppler frequency shift caused by the relative movement between the antenna and the target（依据多普勒频移原理）
第二章. Concept of SAR（合成 孔径雷达概念）
Radar Resolution（分辨率）
Range resolution（距离向分辨率）
--Range resolution is dependent on the length of the pulse(脉冲长度); 脉冲越短，分辨率越高。
D
q
Range（距离）
Rr c p /( 2 sin q ) where c velocity of light p length of pulse
R
Rr
Range Resolution （距离分辨率）
When using pulse compression technique 脉冲压缩技术
Massonnet and Feigl, 1998
4x20 m pixels
~The End~
Thank you!
SAR（合成孔径雷达）
Through the moving of antenna along a line, image a scene for a number of times。通过沿着一条直线移动天 线，对同一地物多次成像
Synthesize the multiple imaging data of a scene to one image。把同一地物的多次成像合成为一幅图像
D
R R / D where R Slant range
q
wavelength
D length of physical antenna Example of ERS1/2 ：
R
R
R 800 km, 0.056m, D 10m, R ~ 4.5 km!!!
Renewed Azimuth Resolution (更新的方位分辨率)
Synthetic aperture radar（合成孔径雷达）
R / D R where R slant range
wavelength D length of synthesize d antenna , generally D R R D