合成孔径雷达,遥感原理与应用
合成孔径雷达遥感地质应用综述
合成孔径雷达遥感技术的特点
高分辨率
合成孔径雷达能够获取高分辨率的地形地貌图像， 有助于发现微小的地形变化和地表特征。
穿透性强
合成孔径雷达能够穿透云层和天气条件，不受光照 和时间限制，具有全天候、全天时的观测能力。
80%
21世纪初
随着遥感技术的不断发展，合成 孔径雷达遥感技术在地质应用中 越来越广泛，逐渐成为重要的地 质调查手段。
02
合成孔径雷达遥感在地质勘查中的应用
矿产资源勘查
总结词
合成孔径雷达遥感技术能够穿透云层和植被，提供高分辨率的地 表和地下信息，有助于矿产资源的精确勘查。
详细描述
通过分析SAR图像的纹理、形态和阴影等特征，可以识别出不同 类型的矿产资源，如煤、铁、铜等。SAR技术还可以用于评估矿 产资源的分布、规模和品质，为矿产资源开发提供重要的决策依 据。
地球物理场研究
总结词
合成孔径雷达遥感技术能够揭示地球物理场的分布和变化，为地球科学研究提供重要数 据。
详细描述
地球物理场是地球内部和地表各种物理现象的综合表现，包括重力场、磁场、电场等。 合成孔径雷达遥感通过测量地球表面反射的雷达信号，可以获取地球物理场的分布和变 化信息。例如，通过分析雷达回波信号的传播时间和相位变化，可以推断出地形起伏和
合成孔径雷达遥感地质应用综 述
目
CONTENCT
录
• 合成孔径雷达遥感技术概述 • 合成孔径雷达遥感在地质勘查中的
应用 • 合成孔径雷达遥感在地质研究中的
应用 • 合成孔径雷达遥感技术的挑战与前
景
01
insar的原理与应用领域
INSAR的原理与应用领域1. 引言合成孔径雷达干涉测量（Interferometric Synthetic Aperture Radar, INSAR）作为一种重要的遥感技术，具有高分辨率、全天候、全天时等优势，被广泛应用于地表形变、地震监测、冰川变化等领域。
本文将介绍INSAR的原理及其在不同应用领域的应用情况。
2. INSAR的原理INSAR利用雷达观测到的两次干涉图像，通过对比两幅图像的相位差，可以得到地表的形变和变化信息。
INSAR主要包括两个步骤：干涉图像生成和相位解缠。
2.1 干涉图像生成干涉图像生成是指通过两次雷达观测得到的相干图像，计算出相位差的过程。
这可以通过两种方式实现：•单频干涉：使用单个频率的雷达信号进行干涉处理，产生干涉图像。
这种方法简单、成本低，但信噪比较低。
•多频干涉：利用多个频率的雷达信号进行干涉处理，根据不同频率的相干图像计算出相位差，从而生成干涉图像。
这种方法可以提高信噪比，获得更高精度的结果。
2.2 相位解缠相位解缠是指将干涉图像中的相位差转换为地表形变或其他变化量的过程。
由于干涉图像中的相位差通常是在2π范围内变化的，需要进行相位解缠才能得到实际的形变或变化信息。
相位解缠是INSAR中的一个重要挑战，需要使用不同的解缠算法进行处理。
3. INSAR的应用领域INSAR技术在地球科学研究和应用中有着广泛的应用，下面将介绍其在地表形变监测、地震监测和冰川变化等领域的应用情况。
3.1 地表形变监测INSAR技术可以精确测量地表的形变，能够捕捉到毫米级的变化。
它被广泛应用于地质灾害的监测和预警，如地震、火山活动、岩溶塌陷等。
同时，INSAR还可以用于监测沉降、隆起、地下水抽取引起的地表变化，具有重要的地质工程和地下水管理价值。
3.2 地震监测地震是地球上常见的自然现象，INSAR技术可以提供高精度的地震监测能力。
通过不同时间的雷达观测，可以实时监测地震引起的地表位移，为地震研究和预警提供重要数据。
Insar的原理和应用
Insar的原理和应用1. 前言Insar（Interferometric Synthetic Aperture Radar）是一种利用合成孔径雷达（SAR）和干涉技术相结合的遥感技术。
它能够获取地表的形变和地貌等信息，为地震研究、地质勘察、城市沉降等领域提供了重要的数据支持。
本文将介绍Insar的原理和主要应用。
2. Insar原理Insar的原理基于雷达干涉技术，即通过分析两个或多个由同一区域获取的SAR图像，可以获得该区域地表的形变信息。
其基本原理如下：•第一步，利用SAR雷达发送信号并接收反射回波，得到两个或多个时间点的SAR图像。
•第二步，将这些SAR图像进行配准，确保它们之间的几何精确对应。
•第三步，通过计算这些配准后的SAR图像之间的相位差，利用相位差的变化来分析地表的形变情况。
3. Insar应用领域Insar在多个领域有广泛的应用，下面列举了其中几个主要领域：3.1 地震研究Insar技术可以用于监测地震震中附近地区的地表形变情况，可以提供地震区域的地表位移信息。
通过对地震前后的Insar图像进行对比分析，可以研究地震的规模、破裂带、地震断层等相关信息，对地震的防灾减灾提供重要支持。
3.2 地质勘察Insar技术可以用于地下矿藏的勘察。
通过对地下矿藏区域进行Insar监测，可以获取地下的地表形变信息，从而定量分析地下矿藏的分布、规模和变化情况。
这对于矿产资源开发和保护具有重要意义。
3.3 城市沉降城市的快速发展会导致土地沉降现象，而城市沉降可能会对城市的工程设施和地下管网造成严重影响。
Insar技术可以实时监测城市区域的地表沉降情况，并提供沉降的时空信息，为城市规划和土地管理部门提供决策支持。
3.4 冰川监测Insar技术可用于监测冰川变化。
通过获取冰川区域的Insar图像，可以获得冰川的形变、速度和厚度等信息，这对于研究全球变暖和冰川退缩等气候变化问题具有重要意义。
3.5 土地利用监测Insar技术可以用于土地利用监测。
合成孔径技术的原理及应用
合成孔径技术的原理及应用合成孔径技术（Synthetic Aperture Radar，缩写为SAR）是一种使用雷达波束合成的方法，通过在雷达接收过程中利用平行移动的目标，以提高雷达图像的空间分辨率。
合成孔径雷达通过利用飞机、卫星或无人机的平行运动，将其接收到的雷达信号进行时间和空间的整合，从而获得高分辨率的地面图像。
其背后的原理是利用接收到的雷达波的相位信息，直接或间接地计算出目标场景的反射特性。
合成孔径雷达的工作原理主要包括以下几个步骤：1. 发射雷达波束：合成孔径雷达首先发送短脉冲的雷达波束到地面目标。
2. 接收回波信号：雷达波束在击中目标后，部分能量会被目标反射回来，并由雷达接收到。
接收到的信号包含了目标的形状和反射特性等信息。
3. 记录接收信号：接收到的信号经过放大和滤波等处理后，数传回地面进行记录。
4. 拼接信号：重复以上步骤，雷达发射多个波束，每个波束之间的位置有微小变化。
然后将所有接收信号进行记录，并按照波束的位置进行排列。
5. 合成图像：将所有记录的信号进行处理，包括相位校正、滤波和频谱分析等，最终将它们合成成一幅高分辨率的图像。
合成孔径雷达的应用非常广泛。
例如：1. 地质勘探：合成孔径雷达可用于勘探地下矿藏。
通过分析地下的反射信号，可以确定地下矿藏的位置、类型和大小等信息。
2. 海洋观测：合成孔径雷达可用于监测海洋表面的风浪情况，以及测量海洋的波浪和潮汐等参数。
3. 气象预测：合成孔径雷达可以用于测量大气中的降水量、降雪量和冰雹等，为天气预测和气候研究提供重要数据。
4. 地表变化监测：由于合成孔径雷达可以获取高分辨率的地表图像，因此可以用于监测土地利用变化、城市扩张和自然灾害等。
5. 军事侦察：合成孔径雷达具有高分辨率和覆盖范围广的特点，因此可用于军事侦察和目标识别。
6. 精准导航：合成孔径雷达可用于航空和航海领域，提供精确的导航和定位数据。
总结来说，合成孔径雷达技术通过利用波束合成方法，能够提供高分辨率和宽覆盖范围的地面图像，具有广泛的应用前景。
合成孔径雷达基础及应用
合成孔径雷达基础及应用合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用合成孔径技术实现地面高分辨率成像的遥感技术。
它利用雷达发射的微波信号与目标物体相互作用后的回波信号，通过接收多个不同位置上的回波信号并进行处理，从而合成一个相当于一个很长的天线的效果，从而获得高分辨率的地面图像。
合成孔径雷达的基本原理是，在雷达飞行器上安装一个小型并非实际物理长度的天线，在飞行器上行驶时进行多次连续的测量和记录回波信号。
然后，通过计算并结合这些独立测量结果，将这些分布在不同位置的测量数据结合起来，即可模拟达到一个理想长度甚至更长的天线，从而获得高分辨率的图像。
合成孔径雷达技术的应用非常广泛。
首先，它在地质勘探领域有着重要作用。
合成孔径雷达能够探测到地下油气储层，用于寻找石油和天然气资源。
其次，它在军事领域中也有着广泛应用。
合成孔径雷达能够实现地面目标的探测和识别，对于军事情报收集和军事侦察非常有价值。
再次，它在地貌测绘和环境监测方面也有重要意义。
合成孔径雷达可以高精度地获取地表信息，用于绘制地形图、检测地质灾害等。
此外，它还在大气科学、农业、气象等领域发挥了重要作用。
合成孔径雷达技术的发展也带来了许多挑战和难题。
首先，合成孔径雷达需要大量的计算和处理，对计算能力和算法要求较高。
同时，合成孔径雷达对于地表覆盖和地形的要求也比较严格，如果有大规模的遮挡物或者地表较为复杂，会对成像效果造成一定的影响。
此外，合成孔径雷达对气象条件的要求也比较高，气象因素如雨、雪、雾等会对信号传播和成像质量产生干扰。
在合成孔径雷达技术的进一步发展中，需要解决上述问题，并不断提高成像的分辨率和精度。
随着技术的不断进步，合成孔径雷达的应用领域将会更加广泛，成像效果将会更加精细。
此外，结合其他遥感技术如激光雷达技术，可更好地实现地理空间信息的综合利用。
总之，合成孔径雷达是一种利用合成孔径技术实现高分辨率成像的遥感技术，广泛应用于地质勘探、军事侦察、地貌测绘等领域。
合成孔径雷达遥感原理及应用简介(二)
与聚焦系统比较 ,发现非聚焦系统的分辨率与波
长 、斜距相关 ,而聚焦的结果则与波长 、斜距无关 ,仅与
天线孔径有关 。
典型的星载系统 :l～10m λ, ～10cm , Ro ～103 Km 。 采用真实孔径雷达系统 , rar ～5000m ;若采用非聚焦合 成孔径雷达系统 ,结果 rapu ～200m ,仍无法满足实用需 求 ;采用聚焦的合成孔径雷达系统 ,结果为 5m 。
(2) 多普勒波束锐化的观点
①聚焦的多普勒波束锐化方法
最初的合成孔径雷达是由 Carl Wiley 于五十年代
初为军方研制的 ,成果处于保密状态达十多年 ,直到六
十年代后期才解密 。虽然五十年代后期就开始使用
“合成孔径”一词 ,但 Wiley 当时研制的却是叫作多普勒
波束锐化器的装置 。
如图 9 所示 ,雷达飞行速度为 u ,高度为 h ,沿 X 轴
飞行 , 距原点 x r , 雷达位置为 ( x r , O , h) , 目标位置为 ( xt , yt , O) 。波束的半功率等值线为椭园 , 即角度分辨
范围实际上是个窄的扇形波束 。沿航迹方向 , 波束宽度
为βh ,围绕目标的多普勒频率间隔 Δf D 等于多普勒滤 波器带宽 B Df 。
目标的多普勒频率为 f Dt = - 2 u ( X r - Xt) / (λR) ,
越大 ,因而最终聚焦的合成孔径雷达方位分辨率与斜
距无关 。
②非聚焦的合成孔径雷达
上面介绍的合成孔径雷达各阵元信号需进行相位
补偿 ,以便严格进行同相相干叠加 。这种方案大大改
善了方位分辨率 ,但实现的代价也很大 ,设备和算法复
杂 。实践中人们提出一种折衷方法 : 非聚焦的合成孔
合成孔径雷达遥感在林业中的应用
合成孔径雷达遥感在林业中的应用合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种能够在任何天气条件下进行遥感观测的技术，它能够获取地物表面的微波辐射信号，具有很高的穿透能力和观测分辨率。
在林业领域，合成孔径雷达遥感技术被广泛应用于森林资源调查、森林生态环境监测、森林植被类型分类和森林火灾监测等方面，发挥着重要的作用。
本文将就合成孔径雷达遥感在林业中的应用进行详细的介绍和分析。
一、森林资源调查合成孔径雷达遥感技术能够获取地物表面的微波辐射信号，并且对地面进行高分辨率观测，可以实现对森林资源的快速调查和监测。
通过合成孔径雷达遥感数据，可以获取到森林地区的植被生长状况、类型分布、植被高度和树冠结构等信息，为森林资源调查提供了重要的数据支持。
合成孔径雷达还可以在不同频段上获取地面的反射信号，从而实现对森林地区土壤水分含量和地形等信息的观测。
二、森林生态环境监测在森林生态环境监测方面，合成孔径雷达遥感技术具有很强的优势。
合成孔径雷达可以对森林地区的植被覆盖、湿度、潮湿度、土壤类型和地形等环境因素进行高精度的探测，能够实现对植被变化、土壤条件和水文要素等方面的监测。
这些信息对于研究森林生态系统的稳定性和发展趋势具有重要的意义，可以为森林保护和管理提供科学依据。
三、森林植被类型分类利用合成孔径雷达遥感数据，可以对森林地区的植被类型进行分类划分。
通过分析合成孔径雷达的散射特性，可以实现对不同植被类型的识别和分类，例如针叶林、阔叶林、混交林等类型的植被。
这对于对森林植被结构和植被覆盖类型进行研究和监测具有重要意义，同时也为森林资源利用和保护提供了重要的数据支持。
四、森林火灾监测合成孔径雷达还可以用于森林火灾的监测和预警。
由于合成孔径雷达在任何天气条件下都可以进行遥感观测，因此可以实现对森林地区的火灾情况进行实时监测。
通过观测火灾热点和烟雾等特征的变化，可以实现对火灾的快速发现和监测，为野火防控工作提供重要的支持。
合成孔径雷达遥感在林业中的应用
合成孔径雷达遥感在林业中的应用合成孔径雷达（SAR）是一种主动微波遥感技术，其应用在林业领域具有广泛的潜力。
通过SAR技术，可以获取高分辨率、全天候和全天时的地表信息，从而可用于森林资源监测、森林生态环境保护、森林灾害监测等方面。
本文将从SAR技术的原理、在林业中的应用以及未来发展趋势等方面，对合成孔径雷达遥感在林业中的应用进行深入探讨。
一、合成孔径雷达技术原理SAR技术是通过飞行器或卫星向地面发射微波信号，然后接收并记录地面反射回来的信号，最后利用计算机处理这些数据，生成地面图像。
SAR技术具有分辨率高、覆盖范围广、对地面环境适应能力强等特点，因此在林业遥感中具有独特的优势。
SAR技术的分辨率取决于所使用的频率和天线尺寸，一般来说，频率越高、天线尺寸越大，分辨率就越高。
而SAR技术的覆盖范围主要取决于所使用的平台高度和天线类型，它可以实现对大范围森林区域的监测和研究。
二、SAR技术在林业中的应用1. 森林资源监测SAR技术可以获取森林资源的大范围、高分辨率的信息，可以用于森林资源调查、森林覆盖度估算、森林类型划分等方面。
由于SAR技术不受云层、雨雾等天气影响，因此可以在全天候下实现对森林资源的监测和评估。
2. 森林生态环境保护SAR技术可以实现对森林植被、土壤湿度、地形特征等信息的获取，可以为森林生态环境的保护和管理提供技术支持。
森林资源的合理利用和保护是森林生态系统平衡发展的重要保障，SAR技术可为此提供丰富的信息支持。
3. 森林灾害监测SAR技术可以实现对森林火灾、病虫害、风灾等灾害的监测和预警，及时发现和处理森林灾害，可以有效减小森林灾害对生态环境和资源造成的破坏。
三、合成孔径雷达技术在林业中的发展趋势1. 提高数据处理和解译能力随着技术的不断进步，SAR技术的数据处理和解译能力将进一步提高，更准确地获取和解释森林资源信息。
这将有助于提高森林资源监测的准确性和可靠性。
2. 结合多源数据在未来的发展中，SAR技术将更多地结合多源数据，如光学遥感数据、激光雷达数据等，以获取更全面和多维度的森林资源信息。
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辽宁工程技术大学
雷达遥感波段
ERS及RADARSAT利用C波段，日本的JERS利用L波段。 C波段 可以用来对海洋及海冰进行成像，而L波段可以更深地穿透 植被，所以在林业及植被研究中更有用。
较长的波长可以穿透的 更深，在冠层、树干及 土壤间发生多次散射。
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辽宁工程技术大学
合成孔径雷达（SAR）的基本概念
CCRS, Canada
1996
- RADARSAT-1, C HH
2007,12
Radarsat-2,
C Q辽ud宁Po工l 程技术10大学
内容提要
1 合成孔径雷达（SAR）的基本概念 2 SAR的基本原理与方法 3 SAR的应用领域和优势 4 SAR的发展方向与研究热点
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辽宁工程技术大学
同一地区的光学图像（云的干扰严重）与SAR图像
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辽宁工程技术大学
机载SAR系统
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辽宁工程技术大学
星载SAR系统
1978 Seasat L HH
1981, SIR-A L HH
1984, SIR-B L HH
2000, SRTM,InSAR 1994, SIR-C/X-SAR C Wide Swath 1990,Magellan L,C Qud Pol, X VV X narrow, Hi Res
7.5-15.0
4.0-2.0
15.0-30.0
2.0-1.0
30.0-100
1.0-0.3
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辽宁工程技术大学
雷达遥感波段
地球资源应用中的常用波段：X，C，L 波长增加，穿透能力增加。 在晴朗天气状况下，大气对于波长小于30mm
的微波略有衰减。随波长减小，衰减增大。 波长小于10mm时，暴雨呈现强反射（用于机
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合成孔径雷达（SAR）的基本概念
波段名称 Ka K Ku X C S L P
常用雷达遥感波段表
波长（cm） 频率区间（GHz）
0.75-1.18
40.0-26.5
1.19-1.67
26.5-18.0
1.67-2.4
18.0-12.5
2.4-3.8
12.5-8.0
3.9-7.5
8.0-4.0
1991, ERS-1 C VV
1996, ERS-2 C VV
NASDA, Japan
1992 JERS-1 L HH
2002,ENVISAT ASAR C, Mutli-POL
2007,COSMO-SkyMed 2007, TerraSAR
2006 ALOS-PALSAR L, Multi Pol
脉冲宽度
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辽宁工程技术大学
有关术语（1）
A：飞行方向 B：天底
nadir
E：方位向
azimuth flight direction
D：距离向
look direction
C：扫描宽度
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有关术语（2）
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A: 入射角
incidence angle;
B: 视角; C: 斜距
Slant distance;
2 SAR的基本原理与方法
侧视雷达 侧视雷达是在飞机或卫星平台上由传感器向与
飞行方向垂直的侧面，发射一个窄的波束，覆盖地 面上这一侧面的一个条带，然后接收在这一条带上 地物的反射波，从而形成一个图像带。随着飞行器 前进，不断地发射这种脉冲波束，又不断地接收回 波，从而形成一幅一幅的雷达图像。
雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标 不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射 的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不 同部位。与地理科学学院
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内容提要
1 合成孔径雷达（SAR）的基本概念 2 SAR的基本原理与方法 3 SAR的应用领域和优势 4 SAR的发展方向与研究热点
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1 合成孔径雷达（SAR）的基本概念
雷达(Radar) Radar– Radio Detection and Ranging 无线电 探测 和 测距
合成孔径雷达(SAR) SAR – Synthetic Aperture Radar 合成 孔径 雷达
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合成孔径雷达（SAR）的基本概念
雷达是主动遥感，一般工作在微波（射频）波段， 可分为成像雷达和非成像雷达。
成像雷达又可分为真实孔径雷达（RAR，SLAR， 也叫机载侧视雷达）和合成孔径雷达（SAR）。
合成孔径雷达分类：
条带式，Stripemap； 扫描式，ScanSAR； 聚束式，Spotlight Mode； 干涉式，Interferometry； 逆合成孔径，Inverse SAR； 斜视，Squint； 地面动目标指示，GMTI，Ground Moving Target Indicator.
SAR原始数据及其相应的SAR图像 （北京·颐和园·2009.9·RADARSAT-2）
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合成孔径雷达（SAR）的基本概念
SAR图像及其相应的光学影像 （北京·颐和园·2009.9·RADARSAT-2；2009.6·Quick Bird）
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合成孔径雷达（SAR）的基本概念
φ越大， Pg越大，分辨率越低 【距离越近，距离向分辨率越低】
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理论上讲,斜距分辨率 等于脉冲宽度的一半
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有关术语（5）
距离分辨率 计算示例： 设俯角50,脉冲宽度0.1s
则距离分辨力 Pg = 0.5 c ／cos
Pg = 0.5 0.110-6(s) 2.998 108(m/s)/cos 50 = 0.5 0.1 2.998 / 0.642788 100 = 23.2m
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侧视雷达工作原理
电磁波在空间中的 传播速度c是一定的, 当雷达在时间t1发 射出一个窄脉冲,被 目标反射后,在时间 t2返回, 则目标地物 的距离为:
(t2-t1)×c/2
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侧视雷达工作原理
发一个脉冲,陆续 收到一连串回射, 而且回射的特性 随地物不同而异
飞行方向
D: 地距
Ground distance;
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有关术语（3）
A: 近射程
near range
B: 远射程
far range
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有关术语（4）
距离分辨率
在侧视方向的分辨率(在垂 直于航向方向的分辨力)
Pg=c× /2cosφ
脉冲持续期（脉冲宽度，
时间s)， φ俯角，c光速。