星载合成孔径雷达导论
合成孔径雷达技术及其应用研究
合成孔径雷达技术及其应用研究摘要：合成孔径雷达是一种高分辨率的而为成像雷达，实际应用的过程中应用信号处理技术来进行脉冲压缩，进而获取高分辨率的成像，有着重要的应用意义，文章就此展开分析。
关键字：雷达技术；合成孔径；环境治理1、前言合成孔径雷达实际应用的过程中使用主动式的工作方式，主要是在微波频段工作，有着良好的穿透能力，可以进行全天候全天时工作，尤其适合大面积地表成像工作的开展。
2、SAR技术在林业中的应用在提供丰富的植被和土壤信息以及估测森林生物量和树高方面,SAR技术都具有显著优势。
2.1森林源调查相对于可见光和红外光等光学传感器,SAR遥感不受天气因素的干扰,能够穿透云层和树林对地面成像。
此外,波长较长的电磁波还对地物有一定的穿透能力,可对地表以下做进一步观测。
这一特征在林业调查中有其特定的优势,使SAR技术备受林业研究者推崇。
目前,欧空局的TerraSAR-X数据被应用于森林资源调查,包括区域林木覆盖率调查、主要树种的分布情况调查、林业生产状况(林分质量、林木蓄积等)调查,以及林区基础设施建设和森林资源控制(评估资源损失和资源变化的动态监测)等。
TerraSAR-X显示了其特有的优势:灵活的成像模式、快速的访问能力、高重复访问频率、高分辨率成像能力和稳定的数据持续性。
2007年,巴西有效地利用ScanSar监测了原始森林的采伐状况,取得了较为理想的结果。
SAR干涉测量可获得地面目标的方位、距离、高度三维信息,在空间上对二维遥感数据进行补充,使得近年来获得三维信息又出现了新的途径。
ln SAR技术不仅可以用于产生森林分布图,对森林进行静态研究,而且可以利用雷达卫星高时间分辨率的特点,使用不同时相的雷达数据,对森林进行动态监测。
利用InSAR技术可编绘出时间动态变化的森林分布图,用于监测森林皆伐迹地、大面积滥砍滥伐、落叶(大量、大面积)、林分高生长、林分疏密度变化和采伐迹地森林再生情况。
2.2林业规划和森林分类无论20世纪90年代原苏联发射的ALMAZ-1SAR卫星以及日本的JERS-1资源卫星,还是目前加拿大的Radar-satSAR,都显示出利用SAR技术在有效观测森林资源的同时可以提供大尺度的高分辨率雷达图像,从而高效地绘制森林分类图,为林业区划提供依据。
雷达成像技术(保铮word版)第五章 合成孔径雷达成像算法
第五章 合成孔径雷达成像算法SAR 成像处理最初用光学处理，后来采用数字处理。
与光学处理相比，数字处理更精确、更灵活，在距离徙动校正、运动补偿、几何校正和坐标转换等方面有明显的优势。
SAR 成像处理主要有两个问题，一是距离徙动校正，二是运动补偿。
距离徙动可分解一次的线性分量和二次以上(包括二次)的弯曲分量，线性分量称为距离走动，弯曲分量称为距离弯曲。
这一章主要讨论针对不同距离徙动程度情况下，需要采用的不同成像算法，运动补偿将在下一章讨论。
5.1 距离徙动距离徙动对合成孔径雷达成像是一个重要的问题，虽然在前面已多次提及，这里还要对它作比较系统的介绍。
θ∆波束Qθ∆BR B ALxBR ROmvt x图5.1正侧视时距离徙动的示意图距离徙动的情况对不同的波束指向会有所不同，首先讨论正侧视的情况，这时距离徙动可用图5.1来说明。
所谓距离徙动是雷达直线飞行对某一点目标（如图中的Q 点）观测时的距离变化。
如图5.1所示，天线的波束宽度为θ∆，当载机飞到A 点时波束前沿触及Q 点，而当载机飞到B 点时，波束后沿离开Q 点，A 到B 的长度即有效合成孔径L ，Q 点对A 、B 的转角即相干积累角，它等于波束宽度θ∆。
Q 点到航线的垂直距离为最近距离B R 。
这种情况下的距离徙动通常以合成孔径边缘的斜距R 与最近距离B R 之差表示，即BB B q R R R R R -∆=-=2secθ （5.1）在合成孔径雷达里，波束宽度θ∆一般较小，2)(2112secθθ∆+≈∆，而相干积累角θ∆与横向距离分辨率a ρ有以下关系：θλρ∆=2a 。
利用这些关系，（5.1）式可近似写成：22232)(81aBB q R R R ρλθ=∆≈（5.2）假设条带场景的幅宽为W ，即场景近、远边缘与航线的最近距离分别为2W R B -和2W R B +，得场景两端的距离徙动差为2232a q WR ρλ=∆ （5.3）距离徙动和距离徙动差的影响表现在它们与距离分辨率r ρ的相对值，如果它们比r ρ小得多，就无需作包络移动补偿。
星载多极化合成孔径雷达波位设计研究
（ ｅｅｒｈ＆ Ｄ ｖｌ ｍ ｎ Ｃ ｎｅ ， ｈｎ ｃｄ ｍ ｆ ｐ ｃ ｅｈ ｏ ｇ ， Ｂ ｉｎ ０ ０ ４ ｈｎ ） Ｒ ｓａ ｃ ｅｅｏ ｅ ｔ ｅ ｔ Ｃ ｉａＡ ａｅ ｙｏ ａ ｅＴ ｃ ｎ ｌ ｙ ｅ ｉｇ１０ ９ ，Ｃ ｉａ ｐ ｒ Ｓ ｏ ｊ
Ａ ｓｒ ｃ ： ｅ ｍ ｐ ｓ ｉ ｅｉ ｆ ｃ ａ ｅ ｏｎ ｎｈ ｔ ｐ ｒ ｒ ｄ ｒ（ Ａ ｂ ｔ ｔ Ｂ ａ ｏ ｉｏ ｄ ｓ ｎａｆ ｔ ｓ ｃ ｂ ｒ ｅ ｙ ｔｅ ｃ ｅｔ ｅｒ ａ Ｓ Ｒ）ｓ ｓ ｍ ｐ ｒ ｒ ａ ｃ ｒ ｕ ｌ ， ｎ ｅ ｄ ｏ － ａ ｔｎ ｇ ｅｓｐ ｓ ｉａ ｕ ａ ｙｔ ｆ ｍ ｎ ｅｓ ｉ ｓ ａ ｄｉ ｎ ｅ ｓ ｎ ｅ ｅ ｏ ｅｏ ｙ ｔ ｃ ｓ ｅｉｇｔｅｌ ｉｎ ｃｏ ｏ ｐ ｅ ｅ ｓ ｅ ， ｕ ｈ ａ ａ ｇ ｍ ｉ ｉ ｉ ａ ｒｔ （ Ａ Ｒ） ａ ｉ ｕｈ ａ ｉ ｉ ｉｎ ｌ ａ ｏ ｉ ｒ ｍ ｔ ｇｆ ｔ ｓｃ ｍ ｒ ｎ ｉ ｌ ｓ ｃ ｓｒｎ ｅ ａ ｂｇ ｔ ｔ ｓ ｌ ａ ｏ Ｒ Ｓ ， ｚ ｔ ｍｂ ｕｔ ｔ ｓ ａ ｒｔ ｄ ｎ ｈ ｉ ｉ ａ ｒ ｈ ｖｙ ｕｙｏ ｇ ｉ ｎ ｍ ｇ ｙｏ ｇ ｉ
计 是 星载合 成孔 径雷 达 （ Ａ 系统参 数设 计 的重 要组 Ｓ Ｒ）
成 部分 ， 要全 面考 虑 天 线 尺 寸 、 射 脉 冲遮 挡 、 需 发 星下
点 回波 干扰 、 离模 糊 比、 位 模糊 比和 Ｎ ｏ 距 方 Ｅ ＂ 多种 。等 因素 ， 而使 系统 达 到最优 。 从 多 极化 与单 极化 相 比技 术 更 加 复杂 ， 主要 原 因 其
星 载 多 极 化 合 成 孑 径 雷 达 波 位 设 计 研 究 Ｌ
金丽花 ， 志伟 赵
星载合成孔径雷达系统仿真研究
空 间 几何 关 系模 型
图 ｌ星载 Ｓ ＡＲ系统数值仿真模型 １１ ． 空间几何关 系模型 Ｓ Ｒ获得高分辨力的主要原理是基于对 点 目标距 离（ Ａ 变化 ） 历程 的 精 确估计 ， 以空间几何关系模型提供了星载 Ｓ Ｒ和地面 目标之间 的 所 Ａ 空间几何关系。 模型还要考虑卫星轨道参数、 地球形状 、 天线视 角 、 卫星 姿态、 目标位置等诸多因素。 空间几何关 系模型的建立需要选择适 当的坐标系 ，建立星载 Ｓ Ｒ Ａ 运动平台的数学模型 ，结合传感器与平 台的搭载关系及地球模型来仿 真星载 Ｓ Ｒ的观测能力 ， Ａ 确定 任一时刻星载 Ｓ Ｒ的观测地 域 ， Ａ 然后根 据观测地域内设定 目标 的位置 ， 计算合成孔径 时间 内目标的距离史 。 模 型包括 ： （ ） 椭 球 模 型 １ 地球 为了仿真的精确性 ，用地球椭球参数来综合表示地球椭球的几何 和物理特性 。 选择精确 、 通用的地球椭球模型 ， 是进行仿真 的必要前提。 （） ２卫星轨道模 型 卫星的实际运动轨道 可以分为两部分考虑 ：可以精确求解的简化 理论轨道 和影响卫星轨道运动的摄动量。Ｓ Ｒ卫星轨道模型用来描述 Ａ Ｓ Ｒ卫星在惯性参考系里的运行规律。 通常采用开普 勒轨道六 根数具 Ａ ‘
据传输 、 量化等影响。 １ ． 像 处 理模 型 ４成 成像处理是星载 Ｓ Ｒ成像干扰数值仿真 系统 的重要组成部分 ， Ａ 对 算法 的要求是能适应不 同的星载 Ｓ Ｒ系统参数并精确成像 。对于星载 Ａ Ｓ Ｒ仿真 ， 能够像 Ｓ Ｒ信号处理那样从雷达 回波 中通过 自 Ａ 并不 Ａ 动聚焦 和杂波锁定来估计 多普勒参数。因此我们 必须通过建立的星载 Ｓ Ｒ空 Ａ 间几何关系模 型， 利用 已知的卫星轨道参数 、 卫星平台运动状 态参数 以 及 目标和地球运动参数 ，从理论上确定仿真过程 中所需要的多普勒参
浅析用于地球表面监测的合成孔径雷达
要】
识 别伪 装 和 穿 越 掩 盖 物 ．可 以敏 感 地 监 测 出 地 面 的 沉 降
合成 孔径雷达已广泛应用于产生高 精度 的数字高 度模 型、测 量地 表形变等领域 。本文介绍了合成孔径雷达 的基本 原理 ，
变化 。合 成孔 径雷达技 术可 以对地 震 、火 山和 山体 滑坡 及地表 下沉 等地球 表面 的变动进 行及 时观测 ．可 以作 出 最早期 的灾情 诊断 并及 时提 出相 应的对 策 ．最低 限度地 减小 由于灾害造成 的损失 （ １。还可 以为地质 工作者 图 ） 提 供地 形构造 信息 ．为环境监 测人 员提供 油汽和水 文信
际开 口的分 辨率提 高 了很 多．运 用合成 开 口技术 ．可 以 大大提 高雷达的测控精度。
多部星载 Ｓ ＡＲ共 同完成 的双基或 多基星座 系统 。
就 Ｓ ＡＲ 系 统 的 工 作 模 式 而 言 ．有 条 带 （ｔｐ ｐ Ｓｒ ｍａ ｉ
Ｓ Ｒ） 聚 束 （ｐ ｔｇｔ Ａ Ａ 、 Ｓ ｏｌ ｈ Ｒ） 和 扫 描 《ｃｎＳ Ｒ） 和 混 ｉ Ｓ Ｓａ Ａ
模 式 相 混 合 的 Ｓ Ｒ 工 作 方 式 。在 这 种 情 况 下 ．雷 达 波 束 Ａ 相对 于 成 像 区域 的运 动 速 度 ．相 比于 条 带 模 式 小但 高 于 聚
究并 逐步应 用于 实际 。 目前发展 最快 、应用最 广 的星载
合成孔径雷达 。
束模式 。在这种混合模式下所得到 的雷达 图像具有较高的
“ 成 ” 了一 个 远 远 大 于 实 际 天线 （ 远 远 大 于 飞 行 器 长 合 也
式与聚束模式的一种折衷 。
Ｓ ＡＲ的应用效能主要取决于获取的 Ｓ ＡＲ图像的质量 ．
星载sar方位分辨率计算
星载sar方位分辨率计算
星载SAR（合成孔径雷达）的方位分辨率计算公式为：分辨率= λ / (2 * Δθ)，其中λ表示雷达波长，Δθ表示SAR雷达天线接收到的目标信号的相位差。
此公式说明，方位分辨率与波长的比例成正比，即波长越短，方位分辨率越高。
因此，要提高方位分辨率，需要减小波长或减小目标信号的相位差。
另外，合成孔径观点的SAR方位向分辨率表达式为：R_a = λR / 2L = l / 2，其中λ表示雷达波长，R为斜距，L为合成孔径长，l为真实雷达孔径长。
从该式可以看出，要提高方位向分辨率，需要减小真实孔径长度l或增大合成孔径长度L。
另外，合成孔径雷达由于自身在方位向上的移动，在照射目标过程中合成了一个等效的大天线，从而实现方位向高分辨率。
对于真实孔径雷达来说，它的方位向分辨率为ρ = Hλ / (Dsinβ)，其中H为天线距地高度，β为俯角，λ为波长，D为天线长度。
当雷达工作频率固定后，要提高方位分辨率必须增大天线长度D，这会受到雷达载体的限制。
总之，星载SAR的方位分辨率取决于多个因素，包括雷达波长、天线尺寸、目标信号的相位差等。
要提高方位分辨率，需要综合考虑这些因素并采取相应的措施。
(参考资料)真实和合成孔径雷达
• 卫星轨道矢量的参考时间通常为UTC，因此在进行GEI与ECR之间的 转换时，需要从UTC推算出GHA。
ECR与GEI坐标系X轴间 的夹角为地球自转角，是 时刻在变化的。
14
地理定位方法——间接定位法
( Lt , δ t , H t ) ECR → ( X t , Yt , Z t ) ECR → ( X t , Yt , Z t ) GEI → ( R , f D ) → t ij → (i , j ) 若从地物大地坐标空间出发，同样也可以通过解算定位方程，确定该地物对应的 影像坐标，这种定位方法称为间接定位法。
几何粗纠正
• 图像的几何粗校正
– 地球自转、曲率、卫星姿态的校正 – 斜距-地距改正,斜地变换仅是视觉上的变换
¾ SAR的斜距图像是时间上的等间隔采样 ¾ 地距图像是等距离间隔的采样
– 利用地面控制点拟合变换公式近似进行简单校正
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斜距图像 地距图像
多项式纠正
x = a00 + a10 X + a01Y +a20X 2 + a11XY + a02Y 2 + ... y = b00 + b10 X + b01Y + b20 X 2 + b11 XY + a02Y 2 + ...
Azimuth resolution
Ra
=
S
×λ L
slant range × wavelength
antenna length
5
Azimuth Resolution (2)
Synthetic aperture radar (SAR)
高分辨宽测绘带星载合成孔径雷达频域重构算法
以六通 道 Ｄ Ｐ Ｃ Ａ 系 统 为例 ， 方 位 向天 线 尺寸 为 Ｄ， 全孑 Ｌ 径 宽 波束 发 射 ， 接收 时形 成 六个 子 孔径 天线 波束 。 当平 台运动 速度 、 采样 周期 丁且 满 足 口 Ｔ—Ｄ／ ２时 ， 按照 收发 等效 的观 点 ， 各通 道 数据 依次 间隔存 放形 成 一 列 均匀 采样 数据 ， 可达 到提 高 ６倍 的均匀 采样 效果 ， 大 大减 弱 了方 位模 糊 。也 可 以说 ， 均 匀 采样 条 件 对 天线 尺
第 ２ ５卷 第 ８期
２ ０ １ ３年 ８月
强 激 光 与 粒 子 束
ＨＩ ＧＨ ＰＯＷ ＥＲ ＬＡＳ ＥＲ ＡＮＤ ＰＡＲＴＩ ＣＬＥ ＢＥＡＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． ２ ５，ＮＯ ． ８
Ａ ｕｇ ．，２ ０１ ３
文章编号 ： １ ０ ０ １ — ４ ３ ２ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ８ — １ ９ ３ ９ — ０ ６
ｌ 非 均 匀 采 样 频 域 重 构 算 法
假 定对 带 限连续 信号 （ ｆ ） 进行 非 均匀采 样 ， 得到 循环 的 Ｍ 参 差 周期 序 列 序列 ｚ（ ￡ ） 。其 中 ， 采样 时刻 满
足
ｔ 一 丁 ＋ △ （ １ ）
式中 ： Ｔ为循 环 周期 ； △ 为 相 对 于 时 间 起 点 的 时 刻 。假 定 是 Ｍ＋ ， 其 中一Ｃ × ３ ＜ ＜ ＋。 。 ， Ｏ ％ｍ％Ｍ － １ ， 则
寸 平 台运动 速度 和雷 达脉 冲发 射频 率提 出 了严 格 的要求 。实际上 ， Ｓ ＡＲ系统 考虑 到 星下 点 和盲 区等 因素影 响
以及 系统设 计 的灵活 性 ， 通 常使 用多 个 Ｐ ＲＦ来实 现测 绘 带 的 连续 覆 盖 ， 客 观上 要 求 Ｐ ＲＦ可 变 ， 由此造 成 方 位 向非均 匀采 样 ， 影响其 成像 性 能 。本 文提 出了一种 用 于非均 匀采样 信 号 的频 域重 构算 法 ， 从 理论 上分析 了该 算 法， 介绍 基 于频域 重构 的多通道 星载 Ｓ ＡＲ成 像方 案 ， 并 通过 仿真 验证 成像算 法 的可行 性及 对成 像性 能的影 响 。
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星载合成孔径雷达导论
今天，我们正在进行一次关于星载合成孔径雷达（SAR）的学习。
星载合成孔径雷达是一种非常重要的航空电子设备，可以进行远距离监测，并且它的应用正在不断增加。
星载合成孔径雷达是一种特殊的雷达，它可以帮助我们更快更清楚地看到大范围内的地面目标。
这一雷达技术基于一种叫做合成孔径的原理。
这种原理的基本思想是，我们可以通过合成多个雷达采集的数据来获得更多更清晰的地面目标图像。
合成孔径雷达技术的の目的是利用多个收发信机和一个雷达接收机，通过改变飞行轨迹，实现轨道上不同方位上的数据采集，从而实现一个大范围内的数据采集。
现代星载合成孔径雷达不仅可以用来将大范围内的地面目标图
像采集形成高分辨率的地面目标图像，还可以用来监测较远距离处的天气或气象，以及观测特定的地理区域对应的情况。
一般来说，现代星载合成孔径雷达可以通过计算实现更高的精度，更多的细节，甚至可以实现多种功能，例如像温度、湿度、地形和地质等的测量。
星载合成孔径雷达可以发挥的作用非常的广泛，而它的实际应用也正在不断增加。
它可以帮助人们实现对远距离目标地的远程监测，例如，它可以用来帮助航空公司监测其飞机飞行路径，及时发现高报警条件，以及对公路、桥梁、地铁等公共设施的监测。
此外，星载合成孔径雷达甚至可以用来做地形测量、台风监测、地震研究以及海洋和大气变化监测等。
星载合成孔径雷达的发展速度非常快，它的精度不断提高，应用
也越来越广泛。
它的应用也将越来越多，也将带来更多的机遇和挑战，为人类和社会带来更多的好处。