合成孔径雷达成像原理与图像特征
合成孔径雷达原
信号处理算法
信号处理算法是合成孔径雷达的核心部分，包括 脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等。
这些算法能够提取出目标的位置、速度、形状等 信息，为后续的图像生成提供数据基础。
信号处理算法需要经过优化和改进，以提高雷达 的性能和降低计算复杂度。
应用领域
军事侦察
合成孔径雷达广泛应用于军事侦 察领域，用于获取敌方情报和监 测战场态势。
遥感监测
在环境监测、资源调查、气象观 测等领域，合成孔径雷达可用于 获取地面、海洋、气象等信息。
无人机与卫星
无人机和卫星上搭载的合成孔径 雷达可以用于地形测绘、导航定 位、灾害救援等领域。
02 合成孔径雷达系统组成
民用领域
除了军事领域，合成孔径雷达在民用领域也有广泛的应用前景。例如，在环境保护、气象观测、农业 监测、地质勘查和灾害救援等领域，合成孔径雷达可以发挥重要作用。随着技术的普及和成本的降低 ，合成孔径雷达有望在未来成为民用领域的重要工具之一。
06 合成孔径雷达应用案例
军事侦察
侦察范围
合成孔径雷达能够实现大范围、高分辨率的侦察，为军事行动提 供实时、准确的情报信息。
技术发展趋势
硬件小型化
随着微电子技术和制造工艺的进步，合成孔径雷达的硬件设备逐渐小型化，使得雷达系统更加便携和灵活，有利于广 泛应用。
信号处理智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，合成孔径雷达的信号处理逐渐向智能化方向发展。通过深度学习和神经网络等 算法的应用，提高雷达图像的分辨率和目标识别的准确性。
系统控制与监视
数据处理系统还负责整个雷达系统的控制和监视， 确保系统的稳定运行和性能优化。
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。
合成孔径雷达成像原理
合成孔径雷达成像原理合成孔径雷达成像原理：1.什么是合成孔径雷达成像原理合成孔径雷达成像原理（Synthetic Aperture Radar Imaging Principle, SAR）是一种利用雷达波的时间延迟和方位变化来绘制距离低的地表和海洋以及地表以下结构的高空视觉成像技术。
SAR可以利用天空中的大型雷达天线，在宽波束角度范围内，以较高的分辨率观测大范围，并收集目标表面的反射型数据，从而生成高分辨率的图像。
2.合成孔径雷达成像原理的工作原理合成孔径雷达成像工作原理：SAR通过利用雷达信号的时间延迟和方位变化特性产生三维立体成像，具有通过黑暗和雾霾等自然环境条件下实现远距离搜索能力的能力。
其工作原理是在搜索模式下，当搜索卫星移动时，雷达发射一个固定射程和脉冲宽度的信号，在接收卫星接收反射回来的信号后，将它们不断地积累，并在特定角度上重新组合，通过特定的运算方式，从接收的延迟和方位信息中提取出最终的立体成像信息。
3.合成孔径雷达成像技术的优势（1）合成孔径雷达成像技术有效规避地形引起的多普勒距离差，可以获得极高的空间分辨率，从而使用户能够观测到精细物体。
（2）成像效果通常比正常的视觉监测方式更好，例如采用毫米波实现的极高分辨率。
（3）雷达信号非常稳定，因此可以在恶劣的气象条件下，如夜间、降雨、沙尘天气和视线有阻断，进行智能监控。
（4）合成孔径雷达具有良好的无损评估能力，可以直接观测广泛特征，如植被、水体状况、根系活动等，以进行环境指示和监测。
4.合成孔径雷达成像技术的应用（1）用于地理学应用领域：主要用于测量和映射地表特征，改善地形图以及研究地形引起的物理变化，海底特征映射，土地利用，岩溶地貌和植被的反射特性，全球变化检测等。
（2）用于航特：可以用于无人机指导，航行安全等工作，在水色监测中，可以检测海洋的水深，使用户的航行更加安全、可靠。
（3）用于监控：可以识别和定位已知的移动目标，并将移动目标的信息当成可视化的图像，以识别和定位未知的移动目标，进行导航、监测和预警，实现全天候智能监控功能。
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
合成孔径雷达通俗原理
合成孔径雷达通俗原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达原理进行成像的技术。
它通过利用合成孔径的方法，实现对地面目标进行高分辨率成像，具有天气无阻、全天候、全天时的优势。
本文将以通俗易懂的方式介绍合成孔径雷达的原理。
合成孔径雷达的原理其实很简单，就像我们拍照一样。
当我们拍摄一个远处的景物时，如果我们站在一个固定的位置上，远处的景物看起来会比较模糊，细节不清晰。
但是如果我们移动一段距离，再拍摄同样的景物，然后将这些照片拼接在一起，就可以得到一张清晰、高分辨率的图片。
合成孔径雷达也是利用了这个原理。
合成孔径雷达的工作原理是通过飞行器或卫星搭载的雷达设备，向地面发射一束微波信号。
当这束微波信号遇到地面上的目标时，会被反射回来。
雷达设备接收到这些反射回来的信号后，会记录下它们的时间和强度。
然而，合成孔径雷达并不仅仅只有一次测量。
它会重复这个过程，不断地向地面发射微波信号，并记录下每一次接收到的反射信号。
这些信号会被组合起来，形成一组复杂的数据。
接下来，这组数据会经过一系列的信号处理和计算。
首先，雷达设备会对数据进行时频处理，将不同时刻接收到的信号进行整理，使它们能够对齐。
然后，雷达设备会对数据进行相位校准，消除由于飞行器或卫星的运动而导致的相位差异。
接着，合成孔径雷达会利用这组校准后的数据进行合成孔径成像。
它会将数据分成小块，并对每一块进行处理。
这个过程类似于我们拍照时对多张照片进行拼接的过程。
合成孔径雷达会将每一块数据进行叠加，形成一张高分辨率的雷达图像。
合成孔径雷达会对图像进行后处理，并进行显示或保存。
这样，我们就可以清晰地看到地面上的目标，包括建筑、地形、水体等。
而且，由于合成孔径雷达的工作原理，它可以在任何时间、任何天气条件下进行成像，不受自然光线的限制。
合成孔径雷达的原理虽然简单，但是它在实际应用中有着广泛的用途。
例如，在地质勘探中，合成孔径雷达可以用来探测地下的矿藏和地层结构；在军事领域，合成孔径雷达可以用来进行目标侦测和情报收集；在环境监测中，合成孔径雷达可以用来监测海洋、冰雪等自然环境的变化。
sar成像原理
sar成像原理SAR成像原理。
合成孔径雷达（SAR）是一种利用雷达波进行成像的技术，它具有独特的成像原理和优势。
在SAR成像中，雷达发射的脉冲信号经过地面目标的反射后，被接收回来并记录下来。
通过处理这些回波信号，可以得到地面目标的高分辨率图像，无论是在白天还是夜晚，无论是在晴天还是阴天，SAR都能够实现可靠的成像。
SAR成像的原理主要包括以下几个方面：1. 雷达波的发射和接收，SAR系统通过发射一系列的脉冲信号，并记录每个脉冲信号的回波信号。
这些回波信号包含了地面目标的信息，通过处理这些信号，就可以获取地面目标的图像。
2. 雷达波的回波信号处理，SAR系统通过接收和记录地面目标反射回来的回波信号，然后对这些信号进行处理，包括时域处理、频域处理、相位处理等。
这些处理过程可以提取出地面目标的特征信息，从而实现高分辨率的成像。
3. 雷达波的合成孔径，SAR系统通过对多个脉冲信号的回波信号进行合成，可以实现合成孔径雷达的成像原理。
这种合成孔径的方式可以有效地提高成像的分辨率，使得SAR系统可以获取高质量的地面目标图像。
4. 地面目标图像的重建，通过对处理后的回波信号进行进一步处理和重建，SAR系统可以得到地面目标的高分辨率图像。
这些图像可以用于地质勘探、环境监测、军事侦察等领域。
总的来说，SAR成像原理是通过发射和接收雷达波，对回波信号进行处理和合成，最终实现对地面目标高分辨率成像的技术。
这种成像技术具有独特的优势，可以在各种复杂环境下实现可靠的成像，因此在军事、民用领域都有着广泛的应用前景。
随着雷达技术的不断发展和完善，SAR成像技术也将迎来更加广阔的发展空间，为人类社会的发展和进步提供更多的支持和帮助。
合成孔径雷达图像特征
i
局部入射角增大时，透 视收缩减弱；当到90度
时，透视收缩消失，但
阴影出现
displacement foreshortening
Diagram of Shadow （阴影）
雷达波没有照射到 的地方
没有回波，暗色调
i
高目标的背面容易 出现阴影
Shadowing
局部入射角增大时， 阴影变严重
444430.0000000
Xtrack_f_DC_quadratic (Hz/s/s, early edge): -2016000000.0000
Range_time_to_first_pixel (2way) (ms):
5.5272710
Range_sampling_rate (leader file, MHz):
Amplitude（灰度）: reflectivity (intensity) of the imaged patch
A a2 b2
Phase（相位）: proportional to sensor-to-target range
tan1 b (- , ]
a
Azimuth
Example: SAR Image（SAR图像）
Geometric Characteristics of SAR Imaging （几何特征）
Foreshortening（透视收缩）
Radar shadow（雷达阴影）
Layover（叠影）
Diagram of Foreshortening（透视收缩）
地形特征压缩.
斜坡面与雷达入射方向 正交（局部入射角为0） 时，透视收缩最严重
Degrade spatial resolution
合成孔径雷达成像技术的研究与应用
合成孔径雷达成像技术的研究与应用合成孔径雷达（synthetic aperture radar）是指利用雷达信号波束的运动和相干性质来模拟一架大型雷达进行成像的技术。
合成孔径雷达成像技术具有高分辨率、大覆盖面积、不受天气影响等优点，因此被广泛应用于地球观测、海洋监测、军事情报等领域。
本文将探讨合成孔径雷达成像技术的研究与应用。
一、合成孔径雷达成像技术的原理合成孔径雷达成像技术的原理可以简单地描述为：雷达向目标发射一系列脉冲信号，接收反射回来的信号，根据信号的相位差异进行信号处理并拼接，以得到高分辨率的雷达图像。
具体来说，合成孔径雷达的成像过程主要分为以下几个步骤：1. 发射雷达信号：雷达发射一系列相同频率的脉冲信号，这些信号中的每一个脉冲称为一个“元脉冲”。
2. 接收反射信号：脉冲信号经过目标表面的反射之后返回雷达，形成“回波”。
3. 接收信号处理：雷达接收仪将接收到的回波信号进行处理，包括功率放大、滤波、解调等。
4. 记录回波信号：接收信号处理器将回波信号按时间序列记录下来，并存储到雷达的内部存储器中。
5. 合成处理：雷达信号处理器对储存的回波信号进行合成处理，根据回波信号的相位差异重构成像区域的空间信息，生成雷达图像。
二、合成孔径雷达成像技术的应用领域合成孔径雷达成像技术具有高分辨率、大覆盖面积、不受天气影响等优点，因此适用于多个领域。
1. 地球观测地球观测是合成孔径雷达应用的主要领域之一。
合成孔径雷达可以探测地球表面的形态、地形、植被、水文地质等信息。
特别是在对地震、火山等地质灾害进行监测和预测方面，合成孔径雷达可以提供高分辨率、大覆盖面积的影像，有助于科学家们更好地理解和预测地质灾害。
2. 海洋监测合成孔径雷达可以对海洋面进行监测，检测海洋表面的形态、海底地形、海洋潮汐、海洋流量等信息。
它还可以监测海岸线的演变、海冰覆盖、海浪、风暴增强等。
3. 军事情报合成孔径雷达在军事情报领域中有广泛应用。
合成孔径雷达基本原理-参考
原始信号
距离压缩
距离向参考函数
Correction of rangecell-migration
方位向参考函数
复图像
Processing of an ideal point target response (no range cell migration)
距离向
+
方 位 向 实部 虚部 强度 相位
点目标的响应 信号
从另一个角度思考，合成孔径雷达的成像处理过程可以 等效为一个重建地面目标散射系数的二维反卷积过程
ˆ x, r s( x, r ) h 1 ( x, r ) ( x, r ) h( x, r ) h 1 ( x, r )
如果点目标能够在距离向和方位向可分，则
方位向分辨率优于距离向分辨率
玛尼
X
r
L
R r 2 n d
2
2 n d r 2r
2R 2r 2 2 f ( n d ) exp j exp j j n d c c r
方位相关量为
2 2 f n d exp j ( n d ) r
合成孔径雷达是一种脉冲方式工作的雷达系统， 其信号在沿距离向和沿方位向的变化程度是不同的， 沿距离向是快变化，沿方位向慢变化。这些特点为简 化合成孔径雷达的成像处理过程提供了依据。
1、斜距向
c r 2f
(脉冲宽度):是指脉冲 90%幅度点之间的时间 宽度（单位为秒）
改善距离向分辨率——脉冲压缩技术 为了既能提高信号噪声比又不至于对 发射信号要求过大的峰值功率。常常采 用脉冲压缩技术。利用线性调频信号作 为发射信号，再进行距离向压缩处理