合成孔径雷达成像几何机理分析及处理方法研究
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。
合成孔径技术
合成孔径技术
合成孔径技术（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种
通过合成大型孔径天线来实现高分辨率雷达成像的技术。
它通过将多次距离相对较远的雷达信号合成为一幅高分辨率的图像，从而能够在雷达成像中获得高分辨率和高质量的图像。
合成孔径技术的基本原理是利用飞行器或卫星携带的雷达系统进行大范围的成像，然后根据雷达系统与地面目标之间的运动差异，对接收到的雷达信号进行相位校正和处理，从而合成出高分辨率的图像。
与传统的雷达成像技术相比，合成孔径技术具有以下优势：
1. 高分辨率：合成孔径技术能够通过多次合成雷达信号实现高分辨率成像，进而提供更加细节丰富的图像。
2. 大面积成像能力：合成孔径技术可以通过组合不同位置的雷达信号，实现对大范围区域的高质量成像，适用于对地貌、地表覆盖等大面积目标的观测和监测。
3. 抗干扰能力强：合成孔径技术能够通过数据处理和波束形成等手段，减小或消除由于环境干扰和雷达系统自身带来的杂散信号，从而提高图像质量和目标检测性能。
合成孔径技术在军事、测绘、地质勘探、环境监测等领域具有广泛的应用潜力，可以实现对地球表面目标的高精度观测和定量分析。
sar成像原理
sar成像原理
SAR（合成孔径雷达）成像原理是利用雷达波在特定地区中反射和散射的属性进行成像。
SAR系统利用雷达发射的脉冲信号，经过地面、建筑物或其他目标的反射和散射后，返回到雷达接收器。
雷达接收器记录下返射信号的强度和时间延迟。
SAR采用了信号处理技术，通过对多个脉冲信号进行处理和
合成，模拟出一个长时间的持续波信号。
这样，就能够实现对整个观测区域的全面扫描，而不仅仅是单个点的测量。
SAR系统在扫描过程中，会对目标进行多次观测，从不同的
视角获取多个方向的信号。
这些信号会经过特殊的处理和合成，最终形成一个高分辨率、成像质量较好的图像。
SAR图像展
示了目标在水平方向和垂直方向上的特征，能够提供目标的形状、结构以及散射特性等信息。
SAR成像原理的核心思想是通过利用目标反射和散射的信号
特性，结合多视角观测和信号处理技术，实现对地表目标进行高精度的成像。
这种成像技术在地质勘探、环境监测、军事侦察等领域具有广泛的应用价值。
合成孔径雷达成像技术及应用
合成孔径雷达成像技术及应用合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种基于雷达技术的成像方法。
它利用了雷达回波信号的相位差异来合成一个大型的接收器孔径，从而提高雷达的分辨率和成像质量。
合成孔径雷达成像技术在军事、航空航天、地质勘探、环境监测等领域有着广泛的应用。
合成孔径雷达技术的基本原理是利用雷达发射信号与目标反射回来的信号之间的相对运动，通过对多个回波信号进行叠加处理，实现高分辨率的成像。
相对于传统雷达，合成孔径雷达不需要像传统雷达一样依赖于电磁波的波束扫描来进行探测，而是通过在距离和方位方面进行序列化的接收，使接收孔径长度远大于发射孔径长度，从而实现较高分辨率的成像。
合成孔径雷达成像的核心技术是信号处理和图像重建。
信号处理主要包括多普勒补偿、距离校正、视角效应校正等步骤。
多普勒补偿用于消除目标回波信号因相对速度引起的频率偏移，距离校正用于纠正由于平台高度变化引起的距离偏差，视角效应校正用于补偿因角度变化所引起的干涉效应。
经过信号处理后，可以得到目标回波信号的相位信息和强度信息。
在图像重建中，采用了一种被称为反向合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar，简称ISAR）的技术。
ISAR通过将雷达回波信号变换到频域，然后应用逆变换恢复成时域信号，从而实现图像的重建。
ISAR技术主要依赖于高分辨率的目标运动，通过目标在回波信号中的频率调制提供有关目标的细节信息。
通过对多个回波信号进行叠加和相位编码，可以获得高分辨率的目标图像。
合成孔径雷达成像技术具有许多优点。
首先，它可以实现在任意天气条件下对地面目标进行成像，不受光线、云层等地气条件的影响。
其次，合成孔径雷达可以产生高分辨率的成像结果，对于目标进行细节分析和精确定位具有重要意义。
此外，合成孔径雷达还可以实现夜间成像和全天候监测，具有广泛的应用前景。
合成孔径雷达成像技术在军事领域有着重要的应用。
第3章 合成孔径原理
微波成像理论及实现第三章合成孔径原理曹宗杰，2014本章内容重点:◆合成孔径雷达(SAR)基本概念；◆方位分辨力的概念；◆了解成像雷达发展概况。
合成孔径雷达1. Synthetic Aperture Radar，简称SAR；2. SAR的出现扩展了雷达概念，使雷达具备了对目标成像和识别的能力；3. 因此，雷达的信息获取从一维的距离扩展到了三维的距离、方位和高度，从静止目标扩展到了运动目标和速度信息的获取，从普通的目标检测扩展到了目标的形状、大小和图像信息的获取。
雷达成像定义：在微波波段对目标后向散射系数进行描述。
SAR系统的独特优势:◆全天时，主动遥感，夜晚也可以工作；(优于可见光、多光谱等)◆全天候，微波波段，各种气象条件可工作；(优于红外、激光等)◆穿透性，可发现植被遮盖的目标和地下目标SAR系统的独特优势:◆散射信息丰富：不同频率、角度、极化的微波散射特性◆能够精确测量距离和速度低对比度场景可见光成像雷达成像侧视(side-looking) 观测带(Swath)成像几何1) 坐标系◆平台坐标系◆目标坐标系◆地面坐标系2) 平面◆数据采集平面（斜距平面）◆地距平面3) 坐标轴（图像的二维）◆方位along track / azimuth◆距离cross track / range(slant range orground range)机载平台SAR 成像几何入射角(Incident Angle) 斜距(Slant range)照射区(Footprint)入射角β(elevation angle)Ψg (grazing angle, depression angle):Ψg = π/2 -β最小距离Rmin 和最大距离RmaxERS–1/2 SARAntenna L: 10 mD: 1 mAltitude: 785 km, sun-synchronous orbit Ground Velocity: 6.6 km/sLook Angle: Right 17︒-23︒(20.355︒mid-swath) Slant Range: 845 km (mid-swath)Frequency: C-Band(5.3GHz, 5.6 cm)Footprint : 100 km x 5 kmSampling Rate: 18.96 MHz Pulse duration: 37.1 μsSampling Duration: 300 μs (5616PRF: 1700 HzData Rate: 105 Mb/s(5bit/sample)分类--机载--星载星载平台机载平台覆盖范围宽窄成本高低天气和机场约束不受影响易受影响信号处理简单复杂分辨率低低高任意飞行受轨道约束容易工作模式模式有限容易调整不同平台的考虑频段的选择◆频段越低，穿透能力越强：P、L◆频段越高，对地物细节描述能力越强，图像的边缘轮廓越清晰：X、Ku◆中间频段，兼顾穿透性和细节描述，综合性能好：S、C◆最好发展多频段SAR：L、C、X不同频段SAR设计考虑◆频段低－电子设备实现相对简单－合成孔径长，信号处理困难－天线大◆频段高－电子设备实现相对困难－需要的发射功率大－容易实现高分辨率实孔径雷达成像1. 孔径区别－多普勒波束锐化(Doppler Beam Forming)－合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar) 2. 运动方式－合成孔径雷达(SAR)－逆合成孔径雷达(Inverse SAR)－SAR/ISAR－SAR/MTI4. 辐射源区别－无源(Passive)和有源(Active)－双多基地(Bistatic, Multi-static)－分布式(Distributed)5. 工作模式分类1) 条带式(Strip Mode)－正侧视(Boresight)－斜视(Squint)－前视(Forward-looking)2) 扫描式(ScanSAR)3) 聚束式(Spotlight)二、成像雷达的发展与现状TerraSAR卫星成像模式正侧视(Boresight)条带式(Strip Mode)扫描式(ScanSAR)聚束式(Spotlight)SAR 的发展1) 1951年Goodyear飞机公司C. A. Wiley 首先提出SAR的概念，1965年申请专利；2) 1953年University of Illinois首次试验验证3) 1957年第一部SAR雷达在University of Michigan实现，3cm波长X波段(中国1979)4) 1962年Jet Propulsion Laboratory开始研究SAR，1966年机载SAR在CV-990飞机上试飞5) 70年代，Kirk等研制了第一台SAR数字处理系统（中国1994）SAR 的发展6) 1978年6月第一颗雷达卫星升空，SEASAT-1卫星，飞行105天后，由于电源问题，10月停工。
sar成像基本原理
sar成像基本原理SAR成像基本原理一、引言合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达技术进行成像的遥感技术。
与光学遥感相比，SAR能够在任何天气条件下进行观测，并且对地物的微小变化也能敏感地检测到。
SAR成像基本原理是实现SAR技术的核心，下面将详细介绍。
二、雷达原理雷达利用电磁波通过发射和接收的方式来探测目标，其基本原理是利用雷达与目标之间的相互作用，通过测量回波信号的属性来推断目标的位置、速度、形状等信息。
雷达系统通常由雷达发射机、接收机和信号处理单元组成。
三、SAR成像原理SAR成像利用雷达原理，通过合成孔径的方式实现高分辨率成像。
其基本原理可以概括为以下几个步骤：1. 发射信号：雷达发射机发射一束窄带宽、高重复频率的脉冲信号。
这个脉冲信号具有较长的脉宽，以提高目标的探测概率。
2. 接收回波：脉冲信号遇到地物后会发生反射，形成回波信号。
雷达接收机接收并记录这些回波信号。
3. 数据处理：得到的回波信号经过一系列的信号处理，包括去除噪声、时频分析等。
4. 距离测量：利用回波信号的到达时间差来计算与目标的距离。
5. 多普勒频移补偿：由于平台和目标的相对运动会导致回波信号的多普勒频移，需要进行补偿。
6. 合成孔径：SAR利用雷达平台的运动合成一个虚拟的大孔径，通过接收不同位置上的回波信号，并将其合成一幅高分辨率的图像。
7. 图像生成：通过对合成孔径信号进行快速傅里叶变换（FFT），可以得到目标的散射系数图像。
四、SAR成像的优势相比于光学遥感，SAR具有以下几个优势：1. 天气无关性：SAR可以在任何天气条件下观测，不受云层、雾霾等影响。
2. 全天候能力：SAR可以在白天和夜晚进行观测，不受光照条件的限制。
3. 高分辨率：SAR通过合成孔径技术可以实现很高的分辨率，可以检测到地表的微小变化。
4. 三维信息：SAR可以获取地表的高程信息，实现三维重建。
sar雷达原理
sar雷达原理SAR雷达原理一、引言SAR（Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达）是一种利用雷达原理进行成像的技术。
它具有高分辨率、大覆盖范围和全天候工作等优点，被广泛应用于航天、军事和地质勘探等领域。
本文将对SAR雷达的原理进行详细解析。
二、SAR雷达的工作原理SAR雷达利用合成孔径的原理实现高分辨率成像。
它通过在飞行器上或卫星上安装发射和接收天线，将雷达波束以一定的角度照射地面目标，并接收目标反射回来的雷达波。
然后，通过对接收到的雷达波进行处理，得到目标的高分辨率图像。
三、雷达信号处理1. 脉冲压缩SAR雷达采用宽带脉冲信号，通过脉冲压缩技术，在距离方向上实现高分辨率。
脉冲压缩技术可以将宽脉冲信号在时间上压缩为窄脉冲，从而提高距离分辨率。
2. 多普勒补偿由于飞行器或卫星的运动，目标回波的频率会产生多普勒频移。
为了消除多普勒效应对成像质量的影响，SAR雷达使用多普勒补偿技术将多普勒频移纠正到零频率。
3. 杂波抑制由于地面目标和天气等因素的影响，雷达接收到的信号中会包含大量的杂波。
SAR雷达采用多种杂波抑制技术，如滤波、图像增强等，将杂波信号降低到尽可能低的水平，以提高成像质量。
四、合成孔径成像1. 雷达成像几何SAR雷达采用正视成像几何，即雷达波束从目标正对着射，以获得最佳的成像效果。
同时，雷达波束的方向和位置也会随着飞行器或卫星的运动而改变，从而得到目标的多视角数据。
2. 距离向成像雷达波束照射目标后，接收到的回波信号中包含了目标到雷达的距离信息。
通过计算回波信号的往返时间，可以得到目标在距离方向上的分布。
3. 方位向成像为了得到目标在方位方向上的分布，SAR雷达采用合成孔径的方法。
它通过在雷达波束的方位方向上多次照射目标，然后将接收到的回波信号进行处理，得到目标在方位方向上的高分辨率图像。
五、SAR雷达的应用SAR雷达广泛应用于各个领域，如地质勘探、军事侦察、航天探测等。
干涉合成孔径雷达相位解缠技术的研究
干涉合成孔径雷达相位解缠技术的研究干涉合成孔径雷达相位解缠技术的研究引言干涉合成孔径雷达（InSAR）是一种地球观测技术，具有高分辨率、广覆盖性和高潜力的能力。
其中，相位解缠技术是InSAR中至关重要的一环，它能够有效地解决相位模糊问题，提高反演结果的精度。
本文将详细介绍干涉合成孔径雷达相位解缠技术的研究进展，包括相位模糊、相位解缠方法和相位解缠评估等方面的内容。
一、相位模糊问题1.1 相位模糊的定义相位模糊指的是在InSAR测量中，由于多个雷达波束的信号传播路径不同，导致相干SAR图像中的相位信息受到模糊化影响。
这种模糊性使得对地物高程、形变等信息的准确提取变得困难。
1.2 相位模糊的原因相位模糊的原因主要包括多普勒频移、路径长度差和雷达系统参数等因素。
多普勒频移是由于目标运动引起的频率偏移，路径长度差是由于较长的路径导致的相位变化，雷达系统参数则是由于系统噪声、编码误差等引起的。
1.3 相位模糊的影响相位模糊直接影响InSAR的定量测量，使得地物高程、形变等信息的提取困难。
此外，相位模糊还会影响后续处理步骤，如目标识别、场景重建等。
二、相位解缠方法2.1 相位解缠的定义相位解缠是指通过分析多幅相干SAR图像的相位差异，利用相关性或统计方法还原相位模糊，从而获得地物高程、形变等信息的过程。
2.2 基于连续解缠的方法连续解缠方法是相位解缠中常用的一种方法。
其基本思想是通过利用空间连续性，从较好的条件开始解缠，逐步推进到相对较差的条件。
这种方法相对简单，适用于相干性较强的场景。
2.3 基于离散解缠的方法离散解缠方法是相位解缠中常用的另一种方法。
其主要思想是将相位差异建模为离散化的变量，通过最小化相位差异和模型的残差来求解相位模糊。
这种方法对于相干性较差的场景有一定的适用性。
三、相位解缠评估3.1 解缠质量评估指标解缠质量评估是相位解缠中重要的一项工作。
常用的评估指标包括相位噪声、解缠误差、相位一致性等。
合成孔径雷达成像算法与实现
合成孔径雷达成像算法与实现
合成孔径雷达成像是利用多个雷达发射的信号，经过相位平移和叠加来组合成一幅完整的雷达图像。
合成孔径雷达成像算法具有多种类型。
根据处理思路可以将其分为两大类：基于传感器的算法和基于信号处理的算法。
基于传感器的算法主要利用发射或接收机的位置、射频移相和时间差。
接收机位置关系到雷达合成靶被检测的位置信息。
而射频移相和时间差，则关系到雷达图像后处理中雷达接收和成像之间的信号处理。
基于信号处理的算法，例如合成孔径雷达（SAR）算法，主要基于正交步进技术，用发射信号的时间域响应来表示目标的距离和相位信息。
此外，利用相空间和时间处理技术将发射信号的接收信号进行反演处理，以形成多维数组，最终得到一幅精准的雷达图像。
此外，合成孔径雷达成像还可以利用计算机图形处理技术对图像进行处理，细化图像，提高成像精度，从而使其成为一种有效的距离测量定位工具。
总之，合成孔径雷达成像算法为雷达成像研究提供了多种新的思路，并且在精度、操作效率、低功耗、扩展性等方面的性能都有明显的改善，在成像及目标检测等应用领域有着广泛的应用前景。
圆周sar共焦三维成像原理与方法研究
圆周sar共焦三维成像原理与方法研究圆周SAR共焦三维成像原理与方法研究随着遥感技术的不断发展，成像技术的要求越来越高。
在此背景下，圆周SAR共焦三维成像技术应运而生。
它是一种基于圆周合成孔径雷达（SAR）技术的成像方法，通过对SAR图像进行三维重建，能获得高分辨率的地图。
本文将详细介绍圆周SAR共焦三维成像技术的原理与方法。
一、原理（一）合成孔径雷达合成孔径雷达是一种通过连续接收雷达回波来“合成”一个比实际天线尺寸更大的天线射线，并通过比实际出现更多地移动，以获得更高分辨率的雷达成像技术。
（二）半径牛顿迭代法半径牛顿迭代法是利用SAR辅助模型解析三维图像的方法。
它根据SAR数据，通过迭代法确定每个像素的高度。
这个过程是通过不断逼近相位差的方法进行的。
（三）共焦成像共焦成像是一种将不同方向的成像技术进行叠加，从而提高成像质量的方法。
具体而言，通过对同一传感器的不同方位成像进行合并，可以获得更完整、更准确的三维成像结果。
二、方法（一）预处理在进行圆周SAR共焦三维成像之前，需要进行预处理。
这包括对原始数据进行滤波、空间抖动校正、坐标转换和图像叠加等环节。
预处理的目的在于优化数据以准备后续的成像算法。
（二）圆周采样和采集采样和采集也是圆周SAR共焦三维成像的重要步骤。
由于采样和采集的高度决定SAR成像质量，因此需要仔细选择采样和采集参数。
圆周SAR采集通过按照固定方向进行Radar波束旋转然后绕着某个轴旋转：（三）成像算法成像算法采用圆周SAR共焦累积方法，使得圆周SAR成像具有更好的对地面物体的辨别能力。
圆周SAR共焦累计对所有视角成像数据进行累积，进而提高图像的分辨率和对比度。
（四）三维重建最后，通过半径牛顿迭代法对累积的数据进行三维重建。
三、应用前景圆周SAR共焦三维成像技术已经在领域中得到广泛应用，包括卫星大地测量、土地利用、城市规划、农业生产、海洋观测等。
在军事领域，这种成像技术可用于制导导弹和军用飞机。
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合成孔径雷达成像几何机理分析及处理方法研究合成孔径雷达作为二十世纪出现的尖端对地观测技术,由于它具有全天时、全天候的成像能力并能穿透一些地物,在土地覆盖制图、生态和农业、固体地球科学、水文、海冰等众多领域有着广泛的应用。
随着未来更高分辨率、多极化、多波段、更优化的干涉测量设计的SAR系统的出现,合成孔径雷达遥感技术将会在更多的领域扮演更重要的角色。
合成孔径雷达遥感技术在我国有着极大的潜在应用市场,对于某些特殊问题的解决,例如西部困难地区的地形图测绘及南方阴雨地区地形图的快速更新,它甚至是唯一可行的解决之道。
由于有关几何处理、辐射定标等基础问题没有很好地解决,影响了这一技术在我国的大规模应用及产业化进程。
本文致力于解决SAR影像的几何问题及与地形有关的辐射问题,对合成孔径雷达图像的几何特性作了系统深入的研究,以对构像方程的分析及推导为中心,研究并解决了包括地理编码、目标定位、影像模拟、利用控制点进行空间轨道精确重建、地形辐射影响的消除等一系列问题。
为了加强对合成孔径雷达图像的理解,首先对合成孔径雷达成像的技术本质从数学上进行了简明阐述。
从信号处理的角度,分析了脉冲压缩的工作原理,解释了匹配滤波器的构造。
分析了多普勒频率的特征及其作用。
从理论上推导了SAR距离向和方位向分辨率所能达到的极限值,并且指出了他们在实际中的限制。
从系统的角度,分析了SAR距离向和方位向模糊度的限制。
构像方程是所有几何处理的基础。
为推导了SAR构像方程,在定量分析了地球摄动力对卫星轨道影响的基础上,提出了一套改进的SAR轨道参数模型,与国外已有的模型相比,该模型更加简洁而且具有极高的精度。
从距离方程和多普方程出发,推导了建立在轨道参数和成像处理参数基础上的SAR构像方程。
将SAR几何校正问题分解为地理编码与空间定位两方面,以构像方程为基础,通过牛顿迭代法解决了SAR地理编码问题。
对空间定位的重要意义进行了分析,因为它是一个二维平面到三维空间的反演问题,实际解算非常困难,本文提出了一种巧妙的解决方案。
精确地确定轨道数据,对于几何校正处理,SAR干涉测量和SAR立体测图都有着重要的意义。
以构像方程为基础,提出了通过至少5个地面控制点进行轨道精确测量的算法。
系统地介绍了SAR影像模拟技术,指出了模拟影像与真实影像之间的位置差异正是采用了不准确的轨道数据的结果,提出了无须地面控制直接利用模拟影像进行精确的几何校正的详细策略。
将地形对后向散射的影响归结为面积效应和局部入射角效应。
为消除面积效应的影响,推导了面积归一化因子,并指出了被国外研究者使用的几种不同面积归一化因子之间的关系;为消除局部入射角影响,提出了以局部入射角的线性函数表达的后向散射模型,并据此生成了校正函数。
在此基础上,给出了消除地形对后向散射影响的算法步骤。
最后,对本文的关键算法进行了编程实现,并以ERS和RADARSAT SAR影像为实验数据,进行了大量详细的实验,验证了本文提出的基于构像方程的几何校正和轨道精确测量、SAR 影像模拟以及应用于几何校正、地形对后向散射影响的消除等算法的正确性,并对结果进行了分析。