雷达成像第1章
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第 1 章 雷达高度计观测及应用基础理论
1978 年 6 月 28 日， 美国宇航局发射了海洋卫星 SEASAT （图 1.3） ， 卫星轨道高度 800km， 轨道倾角 108º。在 SEASAT 上，搭载了许多新的仪器设备，主要有合成孔径雷达（SAR： Synthetic Aperture Radar） ，用来提供高质量详细的海洋和陆地雷达图像；雷达散射计，用来 测量近地面风速及其方向；多频段微波辐射计，用来测量地面温度、风速及海冰覆盖；雷达 高度计，用来测量海面和浪高。针对 SEASAT 的改进要求，直接更新早期 GEOS3 的设计并 不能满足需要，如果以增加功率为代价，也可以设计视频线路来处理高带宽信号。但是， GEOS3 中使用的脉冲压缩滤波技术过于简单，只能直接完成必要波形处理，不能满足 SEATSAT 要求，因此，设计了全去斜技术（ full-deramp technique ） ，使接收机不需要压缩滤 波处理。从 SEASAT 开始，所有高度计都使用了此技术，大大改进了分辨率。在 SEASAT 设计中，增加了回波采样的数量，采样间隔为 3.125ns，在海洋波高达到 20m 时，采样点分 别环绕在海洋回波的展开范围内。在这种情况下，波形采样通过带宽为 312.5KHz 的一个滤 波库完成。与早期的高度计设计相比，波形采样构成了高度跟踪处理的一个主要部分。不幸 的是， 由于功率子系统失败， SAESAT 在运行 99 天后于 1978 年 10 月就失效了。 虽然 SEASAT 仅仅运行约 3 个月的时间，但是 SEASAT 首次提供了全球范围的海洋环流、波浪和风速。
1
雷达高度计观测及应用基础理论
军 提 供 近 实 时 海 面 地 形 （ SST ： Sea Surface Topography ） ，目前数据刚公布使用 。本世纪初，为了延续各测高任务，2001 年 12 月和 2002 （/SAT/gfo/） 年 3 月分别成功发射了 T/P的后续卫星 JASON-1 和 ERS 的后续环境卫星（ ENVISAT-1 ： Environmental Satellite ） ， 到目前为止， 仍有 4 颗雷达高度计卫星 （ERS2、 JASON-1、 ENVISAT-1 和JASON-2） 和一颗激光雷达高度计卫星： 冰 -云 -陆地高程卫星 （ ICESat： Ice,Cloud,and land Elevation Satellite）同时运行。为了延续对全球环境的监测，将来还会陆续发射探测低温层 特别是北极和南极冰盖质量的卫星（Cryosat：Cryosphere Satellite ?） 、搭载有 Argos 1仪器和 Ka波段高度计（ AltiKa：Ka-band Altimeter）的 Saral（ Satellite with ARgos and ALtika）卫星 、 国家极轨运行环境卫星系统（ NPOESS： National Polar-orbiting Operational Environmental Satellite System）和 哨兵 3 号（ Sentinel3）等测高卫星或者载有高度计的卫星。 图 1.1 为部分测高卫星示意图， 其中包括了已经结束测高任务的卫星、 正在执行测高任 务的卫星和部分即将发射的测高卫星。图中 CryoSat 和 IceSat 主要用于极地观测，分别由欧 洲空间局 （ ESA： European Space Agency） 和)和美国国家航空和宇宙航行局 （NASA： National Aeronautics and Space Administration）研制。随着各项技术特别是通讯技术、定轨技术、测 距精度的改善和提高，卫星测高精度也得到显著提高，图 1.2 为测高卫星的轨道误差和所能 观测到的海洋变化示意图。
雷达成像技术
5
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。
6
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。
11
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
1
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。
12
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。
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。
雷达气象学之第一章(天气雷达系统及探测理论)
天气雷达产品的显示方式2
• RHI (距离高度显示）：固定方位角，天线 做俯仰扫描，探测某方位上回波垂直结构 。坐标：R－最低仰角的斜距； H－按测高 公式计算（标准大气折射）。
天气雷达产品的显示方式3
• CAPPI （等高平面位置显示）：雷达以多 个仰角（仰角逐渐抬高）做0－360 °扫描 ，得到三维空间回波资料（体扫描），利 用内插技术获得某高度的平面分布
• 基本径向速度：表示整个360度方位扫描径 向速度数据，径向速度即物体运动速度平 行与雷达径向的分量。径向速度有许多直 接的应用，可以导出大气结构，风暴结构， 可以帮助产生、调整和更新高空分析图等。 平均径向速度产品有两点局限性：一是垂 直于雷达波束的风的径向速度被表示为0； 二是距离折叠和不正确的速度退模糊。
• 散射开来的电磁波称 为散射波
入射波
散射波
• 雷达波束通过云、降水粒子时将被散射， 其中有一部分散射波要返回雷达方向，被 雷达天线接收，在雷达显示器上就反映有 回波信号。
二、散射成因
• 微粒——粒子在入射电磁波极化下作强迫 的多极振荡，从而发出次波（散射波）。
• 粒子对电磁波的散射只改变电磁波的传播 方向,没有改变能量大小。
• d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射。
§3.2 球形水滴和冰粒的散射
• 雷达天线接收到的只是粒子散射中返回雷 达方向（即θ= 180º方向）的那一部分能量， 这部分能量称为后向散射能量。
在a 2 r 1时 的瑞利散射条件下
在a 2 r 复数1时模的平方
后(向) 散16射 44函r6数mm：22 12(2 代入 4 ( )中
• 产品生成：根据操作员的输入指令，RPG在 体积扫描的基础上产生所需产品。
第1章雷达对抗概述优秀课件
息,并对S作出适当反应的设备。根据不同用途和战技指
标的要求,具体雷达对抗设备对S的检测能力是一有限子
空间D,如:
D { R F A O A P W p } （1―3）
式中,ΩRF、ΩAOA、ΩPW、ΩP分别为雷达对抗设备对信号 载频、到达方向、脉冲宽度和信号功率的检测范围,
为直积。D可以是非时变的（通常称为非搜索检测）,也
图1―1 飞机所面临的威胁雷达示意图
雷达对抗是一切从敌方雷达及其武器系统获取信息 （雷达侦察）,破坏或扰乱敌方雷达及其武器系统的正常 工作（雷达干扰和雷达攻击）的战术、技术措施的总称。 雷达对抗在现代战争中处于举足轻重、日益重要的地位。 其主要表现在以下两方面:
1.雷达对抗是取得军事优势的重要手段和保证
波束宽度θa在Ωθ范围内扫描
S′是N个具有周期特性的脉冲信号序列
{si(n)}n1,iN01 按照（1―4）式条件的合成。当N
的数量很大时,由于各信号序列的到达时间是相互独立的,
在一定时间内近似满足统计平稳性和无后效性,根据随机
过程理论,S可以采用泊松（Poisson）流近似描述。
在时间τ内到达n个脉冲的概率
可以是时变的（通常称为搜索检测）。雷达对抗设备可
检测的信号环境S′是S中的子集合:
N1
S {si(n)|si(n)D}n 1
i0
(1―4）
显然,D的检测范围越大,则进入S′的雷达信号也越 多。如果以Pi表示i雷达发射脉冲可被雷达对抗设备检 测的概率,则在1秒钟时间内S′中的平均脉冲数λ为
N 1
Pi f ri
步兵肩扛发射的防空导弹杀伤概率也在50%以上。显 然,没有现代雷达对抗技术支持的作战飞机只能是空中 的活靶,难以生存。
雷达成像基本算法
其中， K a '
2Vr2 f 0 f 。 cR0
1.2.2 一般情况下的信号频谱
为了获得双曲距离等式的信号频谱，可进行如下操作：(1) 距离向 FFT；(2) 方位 向 FFT；(3) 距离向逆 FFT。其中前两步得到二维频域表达式，最后一步得到距离多普 勒域表达式。 将信号进行距离向 FFT，利用驻定相位原理，得到 距离频域的表达式
D2 df f , f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 0 f c 2 f2 4Vr2 f 0 f
2 2
，则
Vr2 2 R 2
1
(1.2.13)
由于 D2df(fτ, fη, Vr)就是直线几何中方位时刻 η 时的斜视角 θr 的余弦值，且距离徙动可以 表示为 R0 / cosθr 的形式，因此，D2df(fτ, fη, Vr)称为二维频域中的徙动因子。为了给出不 同相位项的显示表达式，令 D f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 02
，则二维频域的表达式为
s2 df f , f A0 A1 A2Wr f Wa f fc f2 4 R0 f 0 exp j exp j Kr c
2 f f2 2 f0 f0 (1.2.14)
c 2 f2
可以忽略。第一项代表方位向调制，第二项代表距离徙动，第三项代表距离和方位的交 叉耦合。下面，可以直接写出傅立叶积分中的相位
c 2 f2 f2 f f2 4 R0 f 0 2 3 2 f (1.2.16) D f , Vr c 4Vr2 f 02 K r f D f V f D f V , 2 , 0 0 r r
2Vr2 f 0 f 。 cR0
1.2.2 一般情况下的信号频谱
为了获得双曲距离等式的信号频谱，可进行如下操作：(1) 距离向 FFT；(2) 方位 向 FFT；(3) 距离向逆 FFT。其中前两步得到二维频域表达式，最后一步得到距离多普 勒域表达式。 将信号进行距离向 FFT，利用驻定相位原理，得到 距离频域的表达式
D2 df f , f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 0 f c 2 f2 4Vr2 f 0 f
2 2
，则
Vr2 2 R 2
1
(1.2.13)
由于 D2df(fτ, fη, Vr)就是直线几何中方位时刻 η 时的斜视角 θr 的余弦值，且距离徙动可以 表示为 R0 / cosθr 的形式，因此，D2df(fτ, fη, Vr)称为二维频域中的徙动因子。为了给出不 同相位项的显示表达式，令 D f , Vr 1
c 2 f2 4Vr2 f 02
，则二维频域的表达式为
s2 df f , f A0 A1 A2Wr f Wa f fc f2 4 R0 f 0 exp j exp j Kr c
2 f f2 2 f0 f0 (1.2.14)
c 2 f2
可以忽略。第一项代表方位向调制，第二项代表距离徙动，第三项代表距离和方位的交 叉耦合。下面，可以直接写出傅立叶积分中的相位
c 2 f2 f2 f f2 4 R0 f 0 2 3 2 f (1.2.16) D f , Vr c 4Vr2 f 02 K r f D f V f D f V , 2 , 0 0 r r
雷达信号分析与处理第一章第二章
s(t) S ( f )e j2 ftdf
S(W) 或 S(f) 存在的充分条件是 s(t) 绝对可积，即 s(t)dt
雷达信号分析与处1理3
第二章 雷达信号与线性处理系 统
在雷达工程术语中，时间函数 s(t)称为雷达信号的时间波形，频率函数 S(W) 或 S(f) 称为雷达信号的频谱密度或频谱。
s(t) S( f ) 表示信号s(t) 和其频谱S(f)
复数表示
s(t) s1(t) js2 (t) S( f ) R( f ) jI ( f )
e j2 ft cos(2 ft) j sin(2 ft)
s1(t)
R( f ) cos(2 ft) I ( f )sin(2 ft)df
雷达信号分析与处理6
第一章 绪论
雷达发明之前的防空：盲人雷达；光学测距仪
1935年，英国皇家物理研究所的沃森．瓦特博士进行无线电科学考察 荧光屏上的亮点 载重汽车上的第一台雷达 东海岸对空警戒雷达网
雷达信号分析与处理7
第一章 绪论
二 、雷达测量原理
Radar-- Radio detection and ranging（无线电探测和测距）
测距 测高 测速
三、雷达与通信信号区别 1电磁波频率；
3天线方向性；
5信号处理；
2传输目的； 4主要考虑方面；
雷达信号分析与处理8
第一章 绪论
1.2 研究雷达信号的目的和意义
一、雷达所面临的问题 四大威胁 电子干扰 (干扰机:压制式、欺骗式)
徘徊者EA-6B
低空突防(巡航导弹)
咆哮者EF-18G
新型运8电子干扰机
第一章 绪论
二、新型雷达 1.低截获概率雷达； 2.超宽带雷达； 3.稀疏布阵雷达； 4.无源雷达； 5.双/多基地雷达； 6.星载毫米波雷达； 7.雷达组网； 8.多域融合探测系统
雷达试题-(1-4章)
第一章引论一、填空1、我国新一代天气雷达业务组网的建设目标是：在我国东部和中部地区，装备〔〕和〔〕多普勒天气雷达系统。
2、根据我国雷达布局原则，在我国第二地形阶梯地域和黑龙江、吉林省布设〔〕频段新一代天气雷达。
3、根据我国雷达布局原则，在天气、气候相近的地区，组网的新一代天气雷达在〔〕和〔〕上要尽可能统一。
4、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求：对大范围降水天气的监测距离应不小于〔〕km；对小尺度强对流天气现象的有效监测和识别距离应大于〔〕km。
5、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求：雷达探测能力在50km处可探测到的最小回波强度S波段应不大于〔〕dBZ、C波段应不大于〔〕dBZ。
6、我国《新一代天气雷达系统功能规格需求书》要求新一代天气雷达应有一定的晴空回波探测能力，在湿润季节应能观测到〔〕km左右距离范围内的晴空大气中的径向风场分布。
7、新一代天气雷达系统的应用主要在于对灾害性天气，特别是风害和冰雹相伴随的灾害性天气的〔〕和〔〕。
它还可以进行较大范围降水的定量估测，获取降水和降水云体的〔〕。
8、从径向速度图像上可以看出气流的〔〕、〔〕和〔〕的特征，并可给出定性和〔〕的估算。
9、辐合〔或辐散〕在径向风场图像中表现为一个最大和最小的〔〕，两个极值中心的连线和雷达的射线〔〕。
10、气流中的小尺度气旋〔或反气旋〕在径向风场图像中表现为一个最大和最小的〔〕，中心连线走向于雷达射线〔〕。
11、具有辐合〔或辐散〕的气旋〔或反气旋〕表现出最大、最小值的连线与雷达射线走向〔〕。
根据中心连线的长度、径向速度最大值、最小值及连线与射线的夹角，可以半定量地估算气旋〔或反气旋〕的〔〕和〔〕。
12、新一代天气雷达采用〔〕体制，共有7种型号，其中S波段有3种型号，分别为〔〕。
C波段有4种型号，分别为CINRAD-〔〕。
13、SA和SB雷达的正式名称分别为CINRAD-SA和CINRAD-SB，在国际上称为〔〕。
(整理)经典雷达资料-第1章 雷 达 概 论
第1章雷达概论Merrill I. Skolnik1.1 雷达描述雷达的基本概念相对简单，但在许多场合下它的实现并不容易。
它以辐射电磁能量并检测反射体（目标）反射的回波的方式工作。
回波信号的特性提供有关目标的信息。
通过测量辐射能量传播到目标并返回的时间可得到目标的距离。
目标的方位通过方向性天线（具有窄波束的天线）测量回波信号的到达角来确定。
如果是动目标，雷达能推导出目标的轨迹或航迹,并能预测它未来的位置。
动目标的多普勒效应使接收的回波信号产生频移，因而即使固定回波信号幅度比动目标回波信号幅度大多个数量级时，雷达也可根据频移将希望检测的动目标（如飞机）和不希望的固定目标（如地杂波和海杂波）区分开。
当雷达具有足够高的分辨力时，它能识别目标尺寸和形状的某些特性。
雷达可在距离上、角度上或这两方面都获得分辨力。
距离分辨力要求雷达具有大的带宽，角度分辨力要求大的电尺寸雷达天线。
在横向尺度上，雷达获得的分辨力通常不如其在距离上获得的分辨力高。
但是当目标的各个部分与雷达间存在相对运动时，可运用多普勒频率固有的分辨力来分辨目标的横向尺寸。
虽然人们通常认为SAR是通过在存储器中存储接收到的信号，从而产生大的“合成”天线，但是用于成像（如地形成像）的合成孔径雷达在横向尺度上获得的分辨力仍可解释为，是由于利用了多普勒频率分辨力的结果。
这两种观点（多普勒分辨力和合成天线）是等效的。
展望用于目标成像的ISAR所能得到的横向分辨力的途径，理所当然应该是多普勒频率分辨力。
雷达是一种有源装置，它有自己的发射机而不像大多数光学和红外传感器那样依赖于外界的辐射。
在任何气象条件下，雷达都能探测或远或近的小目标，并精确测量它们的距离，这是雷达和其他传感器相比具有的主要优势。
雷达原理已在几兆赫兹（高频或电磁频谱的高频端）到远在光谱区外（激光雷达）的频率范围内得到应用。
这范围内的频率比高达109:1。
在如此宽的频率范围内，为实现雷达功能而应用的具体技术差别巨大，但是基本原理是相同的。
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二、雷达概念
目标角度的测量 利用雷达天线波束的指向性 测角方法：
振幅法（最大信号法，双波束法）； 相位法； 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 雷达天线的指向性，或电磁波的定向传播特性
二、雷达概念
雷达方位测量
二、雷达概念
目标速度的测量 利用运动目标回波中的多普勒频移信息 测速方法：
雷达应具备的能力： •目标回波能量的有效收集能力 •良好的空间分辨能力 • 高效的空间搜索能力 •干扰的有效抑制能力 • 良好的环境适应能力
二、雷达概念
雷达信号处理的对象： • 干扰(Jamming)：主动、被动 • 杂波(Clutter)： 地、海、气象 • 噪声(Noise)： 电子系统
二、雷达概念
电话：61830379
Email: zjcao@
参考书籍:
2) Synthetic Aperture Radar: Systems and Signal Processing, J. C. Curlander (美国JPL实验室) 1991年John Wiley出版( 电子工业出版社译本 ) 非常经典的著作，SAR系统的优秀参考书。 SEASAT卫星SAR系统的详细介绍。
一、电磁波的性质
电磁波的性质(1)： 电磁波遇到介质(固体、液体、气体等)，发生一系列现象：
• 反射：镜面反射；漫反射 • 折射：射入介质，折射角不等于入射角
一、电磁波的性质
电磁波的性质(2)： • 吸收：部分被介质吸收 • 透射：从入射延伸方向射出介质 • 发射：自身向外辐射能量 • 散射：遇到小粒子，会向四面八方散去，强度和方向发生变化
二、雷达概念
脉冲雷达组成：发射机、接收机、天线、收发开关、 信号处理、显示、电源、时钟控制
二、雷达概念
雷达信号处理的任务： 最大程度地抑制噪声、杂波和干扰引起的不确
定性，提取与目标属性有关的信息： • 常规：探测和定位(距离、俯仰、方位) • 扩展：速度、航迹、数量、种类、型号、图像
二、雷达概念
微波成像理论与实现
第一章 绪论
曹宗杰
电子科技大学
信号与信息处理专业 专业选修课程
博士硕士课程
40学时 2 学分
课程中心：
作业、 课件
电话：61830379
Email: zjcao@
教师：曹宗杰 教授
研究方向：
信号与信息处理 雷达成像、雷达图像处理 微波遥感应用
一、电磁波的性质
波长 100 km
10 km
1 km
100 m
10 m
1m
10 cm
1 cm
1 mm
0.1 mm
甚低频 (超长波)
低频 (长波)
音频
视频
Hale Waihona Puke 中频 (中波)广播段高频 (短波)
甚高频 特高频 超高频 极高频 (超短波) (分米波) (厘米波) (毫米波)
雷达频率
微波段
亚毫 米波
红外线
频率 3 kHz
一、电磁波的性质
电磁波的性质
(2) 粒子性：能量 E h
h: 普朗克常数, 6.62 X 10-34 J s 电磁波的叠加原理： 当两列波在同一空间传播时， 空间上各点的振动为各列波单独振动的合成。
一、电磁波的性质
电磁波特性 场物质没有静止质量, 以波的形式在空间传 播,但以粒子的形式与物质相互作用。 方向性 直线性 电磁波传输： 空气中传输：天线 微波传输线中传输：波导, 电缆
电话：61830379
Email: zjcao@
一、电磁波的性质
遥感是利用传感器主 动或被动地接收地面 目标反射或发生的电 磁波，通过电磁波所 传递的信息来识别目 标，从而达到探测目 标的目的。
雷达是一种微波遥感 系统。
一、电磁波的性质
1865年， Maxwell推导了麦克斯韦尔方程组，指出： 振荡的电荷产生电磁场，该电磁场以光速传播。
特邀：杨建宇 教授 1-2次学术报告
电话：61830379
Email: zjcao@
教学目的：
(1) 掌握和了解雷达成像领域的基础知识和先进成果；
(2) 具备雷达成像领域的工程技能和科学研究能力 ，为 从事雷达成像领域的研究和创新作准备；
电话：61830379
Email: zjcao@
多普勒滤波；斜距变化率 物理依据
物体相对运动所产生多普勒频移现象
二、雷达概念
雷达速度测量
二、雷达概念
目标大小、形状的测量 利用高分辨雷达 距离分辨力，大带宽脉冲压缩 切向分辨力（角度分辨力）：大孔径、合成孔径 目标电磁特征的测量 利用目标的散射特性。
极化；散射空间分布 用于目标识别、成像、敌我识别
英国的Chain Home雷达是第一个完整的防空系统，是真正用 于作战的第一部雷达，用于对高空飞行的飞机探测和测距。
二、雷达概念
2) 二战中的雷达
二战期间，雷达技术迅速发展：磁控管和收发开关；
二战中的雷达被誉为“天之骄子”；
用雷达控制高射炮击落一架飞机平均由5000发降为50发， 命中率提高100倍。
一、电磁波的性质
电磁波基本性质
电磁波是横波，质点的振动方向与传播方向垂直。 E与H同步变化（同相位），且满足
E H
电磁波在真空中的波速
u 1 c
00
一、电磁波的性质
电磁波的性质与光波相同， 在真空中传播速度c为3 X 108 m/s
λ = c/ f0 f0 : 工作频率、载波
二、雷达概念
1) 雷达发展初期
1886-1888年，德国Hertz验证了电磁波的产生、接收和目标 散射等基本原理； 1904年，德国出现第一部雷达，用于船舶防撞； 1935年，英国和德国首次对飞机进行脉冲测距； 1937年，英国出现第一部军用雷达"Chain Home"
二、雷达概念
E B t
H J D t
D
B 0
变化的磁场产生电场； 变化的电场产生磁场； 电荷可以单独存在，电场是有源的； 磁荷不可以单独存在，磁场是无源的。
磁感应强度的变化会引起环行电场；
位移电流和传导电流一样都能产生环行磁 场；
电位移矢量起止于存在自由电荷的地方；
二、雷达概念
3) 50年代的雷达
大型雷达：观察月亮、极光、流星等 单脉冲跟踪雷达：AN/FPS-16, 角跟踪精度0.1mrad 大功率速调管放大器，Pt 比磁控管大两个数量级 机载脉冲多普勒（PD）雷达
二、雷达概念
4) 60-80年代的雷达
相控阵、 OTHR、 SAR、 预警机
1) 目标检测： 目标有无判断 2) 参数提取： 目标斜距、角位置、相对速度的测量 3) 目标识别： 尺寸和形状的测量和雷达成像
二、雷达概念
P
目标
R
H
O 雷达
DB
a
正北
雷达坐标：距离、俯仰、方位
二、雷达概念
目标斜距的测量 利用电磁波从发射机经目标反射或散射到达
接收机的传播用时 测距方法：脉冲法、调频法、相位法 物理依据 电磁波在均匀介质中的直线传播特性 电磁波在大气中的传播速度接近光速，且误差可忽略 各种物体对电磁波的散射特性
1886年，Hertz扩展了Maxwell的电磁理论，通过实验证明了 Maxwell方程。 1889年，Hertz演示了无线电波的反射现象。
一、电磁波的性质
麦
克 斯 韦
L E dl
t
S B
dS
L H
dl
J
t
S D
dS
尔
方
S D dS q
程 组
SB dS 0
三、频率与极化
极化(Polarization)： 当电波传播时，电场矢量的振动总维持其特定的方向，这
种现象称为极化或偏振。 波的极化是由电场的方向决定的。极化分为线极化、椭圆
磁场没有起止点。
一、电磁波的性质
麦克斯韦方程组最重要的特点是它揭示了电磁场的内部作用和 运动规律。不仅电荷和电流可以激发电磁场，而且变化的电场 和磁场也可以互相激发。说明电磁场可以独立于电荷之外而存 在。
由此可见，电场和磁场互相激发形成统一的场----电磁场。
变化的电磁场 可以以一定的速度向周围传播出去。
交变电磁场在空间以一定的速度由近及远的传播即形成电磁波。
一、电磁波的性质
由麦克斯韦方程组的微分形式可以得到波动方程：
2Ey 1 2Ey x2 u2 t 2
2Hy 1 2Hy x2 u2 t 2
波速:
E
u 1
0
H
x
一、电磁波的性质
电磁波是电磁振动的传播。
当电磁振荡进入空间时， 变化的磁场激发了变化的 电场，使电磁振荡在空间 传播，形成电磁波，也称 电磁辐射。
30 kHz 300 kHz 3 MHz 30 MHz 300 MHz 3 GHz
30 GHz 300 GHz 3000 GHz
电磁波频段
二、雷达概念
1904年4月30日，德国的Huelsmeyer申请了一项名为 Telemobiloscope 的专利，这是一个利用 电波探测远处金属物体的收发系统。
机载雷达目标信号与杂波频谱
二、雷达概念
干扰画面
处理后画面
频段名称 P波段 L波段 S波段 C波段 X波段 Ku波段 K波段 Ka波段
Mm波段
三、频率与极化
频率范围 300-1000MHz 1000-2000MHz 2000-4000MHz 4000-8000MHz 8000-12000MHz