现役合成孔径雷达2014.11
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。
合成孔径雷达的物理原理及其在军事上的应用
心，把信息化武器装备动员的技术扩散能力和生产 工技术、先进成形与连接技术、专用设备与自动化
扩张能力作为平时准备的重点，在人员、设备、生 技术、柔性生产技术，重点加强新武器装备的研发
产技术等方面进行准备，着力提高其战时紧急扩产 设计能力以及系统集成、总装和检测能力，在武器
能力，通过实时、精确、定向、高效的转化，保障 装备采购规模较小的情况下，进行敏捷制造、精益
（２）
该式表明：分辨力与波长和目标距离无关，与 天 线 的 孔 径 尺 寸 成 正 比 。这 恰 好 与 经 典 结 果（ １ ）式 相反，在经典雷达中，天线越大分辨力越高，而在
由此式可以看出，要提高分辨力只有减小波长 合成孔径雷达的情况下，却是天线越小分辨力越高，
和增大天线方向孔径这两种方法，但这两种方法的 最适合于机载、星载使用。
天线在图 １ 中的每
合成孔径雷达与普通雷达的重要区别在于它在 一个天线阵元位置上分时发射一次电磁波，以代替
方位和距离两个方向上都能获得很高的几何分辨力， 大孔径天线阵列同时发射电磁波。然后把从目标返
从而能对被测目标实现二维成像。
回的每一个回波信号储存起来，再根据电磁波的迭
方位向是通过雷达载体（飞机）的运动，形成 加原理把接收到的回波信号进行迭加，便能得到大
达在役，最高分辨力可达 ０ ． １ ｍ （Ｌ Ｙ Ｎ Ｘ 雷达）。
三、合成孔径雷达的未来发展
未来战争将是空地一体化战争，目标的密集度
高，需要未来的侦察设备能够提供大面积、全空域
目标的不同物理性质。随着应用领域的扩大和要求
的不断增加，合成孔径雷达正向高分（ 下转第 １ ８ 页）
２００４ 年第 ４期 国防技术基础 － ５ －
３．借助虚拟动员，提高军工企业的耦合能力与 防科技企业的安全与保密工作，提高我国在武器装
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》课件
总结词：气象观测中的重要手段
总结词：地质勘查中的重要工具详细描述：合成孔径雷达（SAR）在地质勘查中发挥着重要作用，能够观测地表和地下地质结构，提供高分辨率的地质数据，帮助地质学家更好地了解地质构造和资源分布。案例分析：合成孔径雷达在地质勘查中的应用案例包括矿产资源勘查、地震灾害评估、土地利用调查等。例如，在中国西部地区，科学家使用合成孔径雷达对矿产资源进行勘查，发现了大量的煤炭和石油资源。结论：合成孔径雷达在地质勘查中的应用具有重要意义，能够提高地质学家对地质构造和资源分布的了解和勘查准确性。
起源
随着技术的不断进步，合成孔径雷达在分辨率、速度、体积和重量等方面不断优化，应用领域也不断拓展。
发展历程
未来，合成孔径雷达将继续朝着更高分辨率、更小体积、更低成本的方向发展，同时与其他技术如人工智能、物联网等结合，拓展更多的应用场景。
未来展望
02
合成孔径雷达的应用
合成孔径雷达能够穿透云层和伪装，提供高分辨率的战场侦察图像，帮助指挥官了解敌情。
பைடு நூலகம்
气象研究
合成孔径雷达可以用于观测地球表面的地形、地貌、植被等信息，为地球科学研究提供数据支持。
地球观测
通过合成孔径雷达的高清图像，可以发现和识别古代遗址和文物，为考古研究提供新的手段。
遥感考古
03
合成孔径雷达系统组成
03
发射机的性能指标包括输出功率、效率、波形质量等，直接影响着合成孔径雷达的作用距离和分辨率。
THANKS
感谢观看
信号处理包括脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等技术，以提高雷达的分辨率、检测能力和抗干扰能力。
信号处理的性能指标包括处理精度、实时性、稳定性等，直接影响着合成孔径雷达的整体性能。
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
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
12
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
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。
合成孔径雷达定义分类、国内发展相关产业政策以及主要厂商汇总分析
合成孔径雷达定义分类、国内发展相关产业政策以及主要厂商汇总分析——合成孔径雷达定义一般雷达在恶劣天气下，必须多次成像才能采集到图像，而合成孔径雷达则是一种全天候高分辨率成像雷达，它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较大的等效天线孔径。
合成孔径雷达分非聚焦合成孔径雷达和全聚焦合成孔径雷达。
合成孔径雷达全天候工作性能十分优秀，能够昼夜工作并且能够穿透尘埃、烟雾和其它一些障碍，还具备更远距离的工作能力，并且分辨率不会随着距离的增加而降低。
合成孔径雷达能够在一定程度上穿透掩盖物，识别伪装和隐蔽目标。
合成孔径雷达技术应用范围十分广泛，可为地质工作者提供地形构造信息，为环境监测人员提供油汽和水文信息，为导航人员提供海洋状况分布图，为军事作战提供侦察和目标探测信息等。
此外，合成孔径雷达还可用于太空探测，如探测月球、金星等行星的地质结构。
先进国家军队，特别是美军已将合成孔径雷达广泛装备在军用飞机上，如U-2和SR-71侦察机、F-15战斗机、B-2轰炸机等。
我国的合成孔径雷达研制工作从20世纪70年代中期开始起步，目前已进入实际应用阶段，在国土测绘，资源普查、城市规划、重点工程选址、抢险救灾等领域发挥了重要作用。
——合成孔径雷达分类合成口径雷达从机载、星载向其他平台拓展。
随着技术发展，SAR雷达平台除了机载和卫星外，又逐渐出现了弹载、地基、无人机、临近空间平台、岸基、手持式设备等多种形式平台搭载的合成孔径雷达。
——合成孔径雷达产业链结构合成孔径雷达行业上游主要为组件生产行业，包括雷达发射机、雷达接收机、天线、信号处理器以及显示器等；中游行业为合成孔径雷达的研发、生产及销售厂商；下游为应用行业，包括军事、民用领域。
合成孔径雷达产业链资料来源：立鼎产业研究中心——合成孔径雷达行业发展政策环境分析《国家民用空间基础设施中长期发展规划（2015-2025年）》明确提到要建设合成孔径雷达观测星座。
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现役全球InSAR卫星简介
1、德国TanDEM-X卫星
德国TanDEM-X任务是利用两颗TerraSAR-X卫星进行编队飞行的一个高精度的雷达干涉测量系统，第一颗TerraSAR-X卫星于2007年发射升空，计划使用寿命为5年，第二颗TerraSAR-X卫星于2009年发射升空，计划使用寿命为5年，两颗卫星有三年的工作交叠期，德国预计在这三年中生成全球的高精度DEM数字高程模型，高程定位精度优于2m，DEM网格间距为12m。
表2给出了以上几种星载干涉系统在不同基线的情况下高程模糊度的具体数值
不同波段下系统干涉的性能比较
L、X、C波段所生成的SAR图像有其各自的特点，高程信息的精度主要取决于雷达波长和相干系数。
对于同一区域的SAR图像干涉处理，L波段的图像相干性高于X、C波段的图像，但是就高程信息的敏感度，X、C波段优于L波段。
2、加拿大Radarsat-2雷达系统
Radarsat-2是加拿大第二代地球观测卫星，于2006年12月发射升空，它几乎保留了Radarsat-1的所有优点，雷达采用C波段，HH极化，数据分辨率3—100m，幅宽10—500km,设计使用寿命为7年，采用多极化工作模式，轨道定位精度15m。
能够大大增加可识别地物或目标的类别，能够左视和右视，并且可以实现相互转换，主要用于测绘以及环境和自然资源的检测等方面。
3、日本ALOS观测卫星
2006年1月日本发射了先进陆地观测卫星(ALOS),它携带有L波段相控阵合成孔径雷达(PALSAR)，该卫星主要用于对全球陆地资源和环境实施全天候监测，在高分辨率模式下距离向分辨率优于2m，轨道定位精度10m。
PALSAR有较高的距离向分辨率和较高的信噪比，并且在交轨方向对轨道有较好的控制。
4、欧洲ENVISAT雷达系统
ENVISAT雷达卫星属极轨对地观测卫星系列之一，于2002年3月升空。
星上载有10种探测设备，其中4中是ERS-1/2所载设备的改进型。
作为ERS-1/2雷达卫星的延续，ENVISAT雷达卫星数据主要用于检测环境，即对地球表面和大气层进行连续的观测，供制图、资源勘查、气象及灾害判断之用。
5、意大利COSMO-Skymed
高分辨率雷达卫星COSMO-SkyMed是意大利航天局和意大利国防部共同研发的COSMO-SkyMed高分辨率雷达卫星星座的第二颗卫星，该卫星星座共有四颗卫星，整个卫星星座的发射任务于2008年底前完成。
2007年6月8日，美国“德尔它”－2火箭成功发射意大利COSMO-SkyMed 1卫星。
该卫星由泰勒斯阿莱尼亚航天公司建造，是意大利国防部与航天局合作项目的首颗卫星。
该项目被称作COSMO-SkyMed星座，由4颗X波段合成孔径雷达（SAR）卫星组成。
卫星特点：作为全球第一颗分辨率高达1米的雷达卫星星座，COSMO-SkyMed系统将以全天候全天时对地观测的能力、卫星星座特有的高重访周期、1米高分辨率。
卫星用途：Cosmo-Skymed雷达卫星的分辨率为1米，扫描带宽为10公里，具有雷达干涉测量地形的能力。
COSMO-SkyMed系统是一个可服务于民间、公共机构、军事和商业的两用对地观测系统，其目的是提供民防（环境风险管理）、战略用途（防务与国家安全）、科学与商业用途。
资源环境监测、灾害监测、海事管理及科学应用等相关领域的探索开辟更为广阔的道路。
主要用于地中海周边地区的险情处理、沿海地带监测和海洋污染治理。
是一个军民两用的对地观测系统，能够在任何气象条件下日夜观测地球。
卫星参数：
COSMO-SkyMed卫星的技术参数：
发射时间 2007年6月8日
轨道类型近极地太阳同步
倾角97.86°
每天圈数 14.8125圈/天
轨道周期 16天
偏心率 0.00118
近地点90°
半长轴 7003.52千米
卫星高度 619.6mk
升交点时间 6:00 A.M.
卫星数目 4
轨道定相90°
6、ALOS（PALSAR）——L波段科研SAR卫星
PALSAR是ALOS卫星携带的一个L波段的合成孔径雷达传感器，不受云层、天气和昼夜影响，可全天候对地观测，获取高分辨率、扫描式合成孔径雷达、极化三种观测模式的数据。
拥有穿透力更强的L波段，且全球存档丰富，拥有多期数据，可以用来监测更广范围的细微的地表形变，更好的应用在灾害领域和地质监测领域中。
PALSAR传感器主要参数信息
表7 ALOS（PALSAR）卫星参数。