合成孔径雷达
合成孔径雷达原理
合成孔径雷达原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar， SAR）是一种通过合成长天线来实现高分辨率雷达成像的技术。
它利用雷达信号的相位信息和干涉技术，可以在地面上合成一条长天线，从而实现高分辨率的成像。
合成孔径雷达具有全天候、全天时、高分辨率和独立于天气的特点，因此在地质勘探、军事侦察、环境监测等领域有着广泛的应用。
合成孔径雷达的原理是利用飞行器、卫星等平台通过发射雷达信号并接收回波，然后利用信号处理技术进行合成孔径成像。
一般来说，合成孔径雷达通过多次发射雷达信号，并在不同位置接收回波，然后利用这些回波数据进行处理，最终得到高分辨率的雷达图像。
这种成像技术可以克服传统雷达受天线尺寸限制而无法获得高分辨率图像的问题，因此在远距离观测和高分辨率成像方面具有显著的优势。
合成孔径雷达的成像原理是通过利用多个回波数据进行信号处理，从而合成一条长天线，实现高分辨率的成像。
在这个过程中，需要对回波数据进行时域和频域处理，包括距离压缩、运动补偿、多普勒频率补偿等。
这些处理步骤可以有效地提高合成孔径雷达的成像质量，同时也增加了数据处理的复杂性。
合成孔径雷达的原理是基于雷达信号的相位信息和干涉技术，通过合成长天线实现高分辨率的成像。
在信号处理方面，合成孔径雷达需要进行大量的数据处理和计算，因此对计算能力有着较高的要求。
同时，合成孔径雷达还需要考虑平台运动对成像质量的影响，需要进行运动补偿和多普勒频率补偿等处理，以保证成像的准确性和稳定性。
总的来说，合成孔径雷达是一种利用合成长天线实现高分辨率雷达成像的技术，具有全天候、全天时、高分辨率和独立于天气的特点。
它的原理是利用雷达信号的相位信息和干涉技术，通过多次发射雷达信号，并在不同位置接收回波，然后利用信号处理技术进行合成孔径成像。
合成孔径雷达在地质勘探、军事侦察、环境监测等领域有着广泛的应用前景，是一种非常重要的遥感成像技术。
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。
合成孔径雷达的作用
合成孔径雷达的作用
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种通过合成天线的运动以达到虚拟的长天线长度的雷达系统。
与传统雷达不同，SAR 具有很多独特的优势，其主要作用包括：
1. 高分辨率成像：
-SAR 可以提供高分辨率的地表成像。
通过运动合成孔径，可以获得与雷达波长相比大得多的有效孔径，从而实现对地物的高精度成像。
2. 独立于天气和光照条件：
-SAR 在观测时不受天气和光照的限制，可以在夜晚或云层下观测。
这使得它在不同环境下都能提供稳定的数据。
3. 地形高度测量：
-SAR 通过测量雷达波与地表之间的相位差，可以生成数字高程模型，从而实现对地形高度的准确测量。
4. 监测地表形变：
-SAR 可以监测地表的微小形变，例如地震引起的地表位移，为地质灾害的监测提供有力支持。
5. 地表类型分类：
-利用SAR 的极化信息，可以对地表类型进行分类，例如，识别植被、水体、建筑物等不同地物。
6. 海洋监测：
-SAR 在海洋监测方面有着广泛应用，可以检测海浪、潮汐、海洋表面风向和海冰等信息。
7. 环境监测：
-SAR 可以用于监测土地覆盖变化、森林健康状况、湿地变化等环境因素，为资源管理和环境保护提供数据支持。
8. 军事应用：
- SAR 在军事领域具有重要作用，可用于目标检测、场地勘察、地形分析等。
总体而言，合成孔径雷达是一种强大的遥感工具，其高分辨率、全天候性和独立于自然光的特性使得它在多个领域都有广泛的应用。
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。
合成孔径雷达原理
合成孔径雷达原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用合成孔径技术获取地面目标信息的雷达系统。
合成孔径雷达通过利用雷达与飞行器（如卫星、飞机等）的运动合成一个大孔径，在距离上实现超分辨能力，从而实现对地面目标的高分辨率成像。
合成孔径雷达的工作原理如下：首先，发射器发射一束雷达波束，并接收目标反射回来的信号。
接收到的信号经过放大和混频等处理后，得到一连串雷达回波数据。
然后，这些回波数据被存储下来。
为了实现合成孔径雷达的高分辨率成像，需要通过飞行器的运动合成一个大孔径。
首先，飞行器沿着固定轨迹匀速飞行，在飞行的过程中，持续接收并记录目标的回波数据。
这些回波数据来自不同位置、不同时间上的目标反射。
在数据处理阶段，首先根据飞行器的速度和航向信息对回波数据进行校正，以消除因飞行器运动而引入的效应。
然后，将校正后的回波数据进行时域信号处理，如滤波、相位校正等。
接着，利用这些回波数据，进行合成孔径处理。
合成孔径处理的目标是将由不同位置和时间上的多个小孔径雷达所获取的回波数据合成为一个大孔径。
通常采用的方法是将这些回波数据叠加在一起，通过加权平均的方式获取高分辨率成像结果。
加权的原则是使得距离较远的目标点，其在不同位置和时间上的回波数据相位一致，从而进行叠加时能够增强目标特征。
最后，根据合成孔径雷达的系统参数和地面场景的需求，进行进一步的数据处理，如图像去噪、图像增强等操作，得到清晰的高分辨率合成孔径雷达图像。
总之，合成孔径雷达通过利用合成孔径技术，通过飞行器的运动合成一个大孔径，实现了对地面目标的高分辨率成像。
这种雷达系统在军事、航空、地质勘探等领域具有广泛的应用前景。
合成孔径雷达原理
合成孔径雷达原理
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用计算机合成宽波束照片质量的雷达。
合成孔径雷达工作原理是通过天线阵列或天线上的高速振动装置连续发射短脉冲，然后接收被地面或目标反射回来的雷达信号。
接收的信号会通过相位稳定的混频器进行频率转换后，经过有限带宽宽余滤波器滤波。
滤波后的信号通过采样器进行模数转换，并送往数字信号处理单元。
接收到的一系列回波信号通过复杂的信号处理算法进行时频分析，并利用相位、幅度和频率信息进行高精度的距离测量和目标成像处理。
由于合成孔径雷达所接收到的信号来自不同的角度和瞬时位置，经过处理后就能够形成一个综合的、高分辨率的二维或三维雷达图像。
合成孔径雷达工作的基本原理是以一个相对较小的发射天线，通过采集和处理多个脉冲零散的数据，综合形成一个较长的虚拟天线，从而获得较高的方位分辨率。
这种虚拟天线的长度等于所有采集的零散数据的长度之和。
合成孔径雷达在成像质量方面优于传统雷达，主要因为它能够获得较高的方位分辨率。
通过相位偏移校正技术，合成孔径雷达能够消除多普勒频移引起的模糊和模糊，从而获得高质量的雷达图像。
此外，合成孔径雷达还具有对目标进行全天候、全地形、长距离的监测能力。
综上所述，合成孔径雷达通过计算机处理和合成多个零散数据，形成一个虚拟天线，从而获得高分辨率和高质量的雷达图像。
这使得合成孔径雷达在航空、航天、地质勘探等领域具有重要应用价值。
合成孔径雷达SAR课件
利用SAR系统的高分辨率特性 ，对敌方活动进行侦查，提供
详细情报。
目标识别与跟踪
通过SAR图像的纹理、形状等特征 提取，实现对敌方目标的识别与方导弹发射的早 期预警，引导己方导弹进行拦截。
SAR在环境监测领域的应用
大气环境监测
通过对SAR图像的分析，监测大 气污染源、污染物扩散等情况。
合成孔径雷达sar课件
目录
• SAR系统概述 • SAR成像算法 • SAR图像处理 • SAR系统性能评估 • SAR系统应用与发展趋势
01
SAR系统概述
SAR定义及特点
定义
SAR，全称合成孔径雷达，是一种雷达成像技术，利用飞行 器平台携带的雷达在空间中扫描，通过合成孔径技术对地面 目标进行成像。
反射信号
地面目标反射信号回到雷 达接收机。
数据处理
雷达接收机将反射信号进 行处理，生成图像。
02
SAR成像算法
距离-多普勒算法
线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号：用于产生具有大带宽的 信号，通过改变频率增量来实现目标距离和速度的测量。
成像处理步骤：收发雷达信号、信号接收、信号处理、图像生成等。
分辨率和速度分辨率
算法对目标和速度具有较高的分辨率和速度分辨率。
成像处理中的其他关键技术
成像处理中的数字波束形成（DBF）技术
通过对多个接收天线接收到的信号进行加权和相位调整，实现波束指向控制和目标信号增强。
成像处理中的动目标检测与跟踪技术
通过对回波信号进行频谱分析和目标跟踪，实现动目标的检测和跟踪。
成像处理中的杂波抑制技术
通过采用滤波器、空域滤波等技术，抑制杂波干扰，提高图像质量。
合成孔径雷达 书 -回复
合成孔径雷达书-回复什么是合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）？合成孔径雷达是一种高分辨率、全天候、全天时的雷达成像技术。
它通过利用目标和雷达之间的运动，实现成像，而不需要传统雷达所需的机械旋转扫描。
合成孔径雷达采用信号处理技术，将各个回波信号进行处理和合成，形成高分辨率的成像结果。
合成孔径雷达的工作原理是利用雷达天线与目标之间的相对运动。
当雷达飞机或卫星通过目标时，雷达天线会沿着目标方向扫描发射和接收信号。
由于雷达与目标之间的相对运动速度较大，所接收到的回波信号会受到多普勒效应和不同的相位延迟影响。
合成孔径雷达通过对接收信号进行合成和处理，消除多普勒效应和相位延迟，再进行聚焦处理，最终形成高分辨率的雷达图像。
合成孔径雷达采用的成像方法与传统雷达不同。
传统雷达采用脉冲雷达技术，即发射短脉冲信号，通过接收回波信号的时间延迟来测量目标的距离。
而合成孔径雷达采用连续波雷达技术，即发射连续波信号，并通过接收回波信号的相位差来捕捉目标的位置信息。
由于连续波雷达的特性，合成孔径雷达在距离和方位上都具有高分辨率的优势。
合成孔径雷达的优势在于其全天候、全天时工作能力。
传统光学遥感无法在夜晚、阴天或被云雾覆盖的情况下进行观测，而合成孔径雷达则无受天候限制，可以在任何天气条件下进行观测。
此外，合成孔径雷达还能够穿透云层、植被甚至地下，对地表和地下目标进行探测和成像。
在实际应用中，合成孔径雷达广泛应用于地质勘探、环境监测、军事侦察和地球物理研究等领域。
在地质勘探方面，合成孔径雷达可以探测矿产资源和油气田分布，提供地下结构和地质信息。
在环境监测方面，合成孔径雷达可以监测海洋表面波浪和海浪状况，监测林火、洪水和土壤湿度等自然灾害和环境变化。
在军事领域，合成孔径雷达可以用于敌方军事目标的侦察和监测。
总之，合成孔径雷达是一种基于连续波雷达技术的高分辨率成像技术。
它通过信号处理和聚焦处理，实现对目标的高分辨率探测和成像。
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距离分辨率推导
S：卫星 θ：入射角 SC：卫星与探测点之间的距离 AB：距离分辨率，用δy表示 根据直角三角形各边的关系，δy与线段 EB有关，
EB y AB sin
为了分辨A点和B点，从这两点返回的电磁波束不能重 合，这就要求EB的长度大于或等于脉冲宽度的一半。 线段EB和脉冲持续时间τ的关系为 2 EB c
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X D wts ：整个采样时间 t 内卫星移动距离 s
2 X D sin
SAR r
飞行方向
方位方向
合成孔径雷达的方位分辨率：
r x r 2 X D sin
x
真实孔径雷达的孔径尺度 D 与 2 XDsin ψ 具有相同的作用，等同于通过合成孔径技术 取得了一个比较大的天线孔径。
f ' v vo
λ
S B
v vo f v
3.波源、观察者均相对于媒质运动
波源以速度 vs、观察者以速度 vo 互相接近. 相当于声波传播速度变为 v+vo，则可得到接收 到的频率表达式：
f ' v vo v vo f vsT v vs
9
多普勒效应与合成孔径雷达
v vs " f
v f " f v vs
f '' f
8
频率为
v f ' f ' v vs
f ' f
v
2.波源静止，观察者相对于媒质运动
观察者以运动速度vo接近波源
相当于声波传播速度变为 v+vo，而波长不变 则可获得接收到的频率表达式： v vo v vo f ' f v 观察者以运动速度 vs 远离波源
6
多普勒效应简介
当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率会产生差别， 这种现象叫多普勒效应。 两者相互接近时，观察者接收到的频率升高；两者相互远离时，观察者接收到的频率 降低。 1842年奥地利物理学家多普勒 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
对于真实孔径和合成孔径雷达来 说，两者的距离分辨率是一样的。
4
方位分辨率：由多普勒效应产生 r x
2 X D sin
XD 是卫星在整个采样时间内移动的距离，λ是雷达发射的 电磁波波长，r是从卫星到探测点的距离（斜距），ψ是 方位角（雷达波束与卫星飞行方向间的夹角）。
真实孔径雷达（侧视雷达）的方位分辨率
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y
c 2 sin
距离分辨率与脉冲持续时间τ成正比，与入射角θ成反比: 脉冲持续时间越短，距离分辨率越高；反之越低 入射角越大，距离分辨率越高；反之越低。 利用技术：脉冲压缩技术
15
谢谢！
7
多普勒效应三种情况
1. 观察者静止，波源相对于 媒质运动
波源以速度vs接近观察者 经过时间T（波周期）： SS ' vs T vs
f
波源运动速度vs背离观察者 波长和频率分别为
B点接收到的声波波长为
' S ' B SB SS '
v vs v vs f f f
雷达发射电磁波频率为 f0，卫星与被观测点之间存在相对 运动，相对速度 w’等于卫星速度矢量 w 在波束方向上的投影： w ' w cos 被观测点所接收的电磁波频率f ’为
f ' c f0 c w'
到达被观测点的电磁波以频率 f ’ 散射，一部分被雷达接收。由于 相对运动，此时被观测点成为波源。雷达接收到的回波频率 f 为
R
r D
λ：雷达发射的电磁波波长 r：从卫星到探测点的距离（斜距） D：真实孔径雷达的孔径长度
5
r x 2 X D sin
r R D
D与2 XDsin ψ具有相同的作用 对于卫星高度为750km，微波波长为5cm（C波段）的 真实孔径雷达，实现100m星下点方位分辨率所需的孔径 长度为375m；L波段（23.5cm）则为1.8km！ 合成孔径雷达使用较小孔径通过多普勒频移合成技术实现 十米量级的高分辨率。
w' 1 c
2 w' 2 w' 2 w f0 cos c
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多普勒频率的微分：
2 w sin
若以 δΩ 表示多普勒频率的分辨率，δψ 表示方位角 分辨率 2w sin 根据离散数据的谱估计理论可知，频率分辨率由 采样长度决定，等于采样长度的倒数。因此，多普 勒频率的分辨率 |δΩ| 可以通过采样时间长度 tS 近似 1 地表示为 ts 2wts sin
c w' c w' f f ' f0 c c w'
波束指向卫星前下方：
f f0
波束指向卫星后下方：
f f0
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方位分辨率推导
多普勒频率：由相对运动引起的接收频率和发射 频率之间的“差频”
c w ' 2w ' 2w' f f 0 f 0 f 0 f 0 f0 c w ' c w ' c( 1 w '/ c)
合成孔径雷达
1.多普勒效应 2.方位分辨率 3.距离分辨率
1
合成孔径？
合成孔径雷达长度
天线孔径
天线孔径观测范围 观测目标 2
合成孔径雷达观测示意图
地距
3
合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率
距离分辨率： 由脉冲持续时间τ或者等价 的脉冲宽度确定
c y 2 sin
θ是入射角，c是电磁波传 播速度，cτ =Δr是雷达的 脉冲宽度