合成孔径雷达(SAR)技术
地基sar测量原理
地基sar测量原理
地基SAR测量是一种利用合成孔径雷达（SAR）技术进行地表形变测量的方法。
SAR技术通过发射微波信号并接收反射回来的信号，获取地表的高分辨率图像。
地基SAR测量通常在无人机或直升机平台上进行，对地质边坡进行周期性或实时监测。
以下是地基SAR测量的基本原理：
信号发射与接收：地基SAR系统通过发射微波信号，信号遇到目标（如地表）后反射回来，被接收器捕获。
这一过程在多个位置和方向上进行，以获取全面的地表信息。
信号处理与成像：收到的信号包含有关地表形变、粗糙度等信息。
通过一系列信号处理步骤，如去噪、聚焦等，将这些信息转化为高分辨率的SAR图像。
形变监测：通过对连续获得的SAR图像进行比较和分析，可以监测出地表微小的形变。
这主要涉及对两张或多张SAR图像进行相位差分处理，提取出与形变相关的信息。
数据解释：通过对形变数据的解释，可以推断出地质边坡稳定性、土壤湿度、冰川运动等变化情况。
这为地质灾害预警、环境监测等领域提供了重要依据。
地基SAR测量的优点包括：
高分辨率：能够获取高分辨率的地表图像，精确捕捉微小形变。
穿透性强：微波信号能够穿透植被、云层等遮挡物，实现对地表的无障碍监测。
实时性：系统可以快速获取数据并生成形变图，支持实时监测和预警。
可靠性：不受光照和时间限制，可在各种天气和光照条件下进行监测。
总之，地基SAR测量是一种高效、精确、可靠的地表形变测量方法，在地质灾害防治、环境保护等领域具有广泛的应用前景。
合成孔径雷达图像目标识别技术研究
合成孔径雷达图像目标识别技术研究合成孔径雷达图像目标识别技术研究摘要：合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种通过感知目标反射或散射的雷达技术。
在航天、军事、环境监测等领域都有着重要的应用价值。
本文旨在对合成孔径雷达图像目标识别技术进行研究，包括图像预处理、特征提取和分类方法。
通过实验验证了这些方法的有效性和可行性，为进一步的相关研究提供了参考。
1. 引言合成孔径雷达（SAR）是一种能够获取高分辨率地面目标信息的雷达技术。
由于其具有无视天候、全天候工作和穿透隐蔽物等优势，因此在军事侦察、环境监测、资源勘探等领域得到了广泛应用。
目标识别作为SAR图像处理的重要环节之一，对于提取目标特征、辨识目标类别具有重要意义。
2. 合成孔径雷达图像预处理合成孔径雷达图像在获取过程中会受到多种干扰因素的影响，如地物散射、方向模糊等。
因此，为了提高目标识别的准确性，需要对SAR图像进行预处理。
预处理主要包括去噪、图像增强和几何校正等步骤。
2.1 去噪由于SAR图像在采集过程中会受到天气等因素的干扰，导致图像中出现噪声。
噪声对目标识别造成很大的困扰，因此需要进行去噪处理。
常用的去噪方法包括中值滤波、小波去噪等。
2.2 图像增强图像增强的目标是提高图像的对比度和清晰度，使得目标在图像中更加鲜明。
在SAR图像中，由于环境等因素的限制，图像质量较差。
常用的图像增强方法包括直方图均衡化、自适应直方图均衡化等。
2.3 几何校正由于SAR图像在获取过程中会有不同的几何失配问题，如斜视几何失配、散焦几何失配等。
为了进行精确的目标识别，需要对图像进行几何校正。
几何校正方法包括校正变换、几何失配校正等。
3. 合成孔径雷达图像特征提取特征提取是目标识别的关键步骤之一。
通过提取图像的特征信息，可以判断目标的类别以及与其他目标的差异。
常用的特征提取方法包括空间域特征、频率域特征和小波域特征等。
3.1 空间域特征空间域特征是通过对图像的像素进行分析提取的，包括灰度特征、形状特征等。
合成孔径雷达 成像流程
合成孔径雷达成像流程
合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）是一种主动微波遥感技术，它利用微波信号穿透云层、雨雪等大气干扰，可以在任何天气条件下获取地面图像。
合成孔径雷达成像流程包括以下几个步骤： 1. 发射信号：SAR系统发射微波信号，信号被地面目标反射并
返回，形成回波信号。
2. 接收信号：接收机将回波信号接收并放大，形成接收信号。
3. 构建虚拟孔径：利用回波信号计算出每个目标点到雷达的距离，确定雷达与目标之间的距离差，建立虚拟孔径。
4. 聚焦处理：将接收信号与虚拟孔径相乘，产生聚焦后的信号，使目标点的信号能够累积，提高信噪比。
5. 形成图像：在聚焦后的信号的基础上，进行图像重建，形成
合成孔径雷达成像图像。
合成孔径雷达在军事、民用、地质等领域有广泛的应用，例如军事侦察、灾害监测、资源勘探等。
- 1 -。
SAR技术ppt课件
率ρg ，地距分辨率是随入射角不同而变化的。
(2) 单点目标分辨率
单点目标分辨率定义：点目标冲激响应主瓣半功率点 (-3dB)处宽度对应的空间长度
0dB -3dB -4dB
…… 副瓣 副瓣 副瓣
速度取决于轨道精度，是有规律的。 ● 安装空间和位置：安装空间和载荷能力是有限的。 ● 供电能力：卫星电源供电能力是有限的。
7.2 波段和极化
● 目前SAR的工作波段已经几乎覆盖了全部雷达波段， 多波段SAR系统是一个发展方向。
● 不同目标对不同极化的电磁波散射特性也不同，并 会产生不同的极化方向旋转。 多极化SAR系统是一个发展方向。
回顾 2 合成孔径雷达采用的先进技术
宽频带的天线馈线系统； 分布式有源相控阵天线系统； 距离向多波束扫描方式（ScanSAR）； 方位向多波束工作方式； 聚束工作方式（Spotlight）； 多频段、多极化SAR技术； 干涉SAR技术； 宽频带相干发射接收系统； 高稳定度信号源； 线性调频脉冲产生和脉冲压缩技术；
特别 B = fMax 时——信号带宽使用100%（实际做不到）
SAR是一种微波全息
SAR是微波全息成像，SAR 原始数据就是数 字化的全息图，成像处理就是图像重建。
在方位向通过载机飞行和 PRF 进行全息图的 采样，因此要求载机直线飞行。
采样间隔必须固定不变，因此通常 PRF 随地 速成正比变化。或记录飞行速度（或加速度） 在成像处理中进行校正。
在距离向通过距离采样时钟进行全息图的采样。
合成孔径雷达技术
2005年6月
合成孔径雷达技术内容
回顾：1 合成孔径雷达的基本特点 2 合成孔径雷达采用的技术 3 合成孔径雷达系统的组成
ka波段合成孔径雷达
ka波段合成孔径雷达KA波段合成孔径雷达（SAR）是一种以卫星为平台，利用合成孔径雷达技术进行地面成像的先进技术。
它具有高分辨率、大覆盖面积、全天候工作等特点，广泛应用于地质勘探、环境监测、城市规划及防灾减灾等领域。
作为一种主动遥感技术，KA波段SAR可以通过向地面发射辐射，接收反射回来的信号，通过信号的相位差来还原地面上的目标。
与传统光学遥感相比，KA波段SAR可以独立于天气条件、光照条件，实现全天候、全时段的地表观测。
并且，由于波长较短，KA波段SAR具有很好的穿透能力，对地球表面的变化、变形等现象有很高的灵敏度。
KA波段SAR在地质勘探方面具有重要的应用价值。
通过对地壳运动、地震活动、地质构造等进行高分辨率成像和变形监测，可以提供准确的地质信息，为资源勘探和灾害预警提供有力支持。
同时，KA波段SAR还可以应用于环境监测领域，通过对森林覆盖、土地利用、湿地变化等进行监测，为环境保护和生态建设提供数据支撑。
在城市规划及防灾减灾方面，KA波段SAR也发挥着重要作用。
通过对城市建设、基础设施分布等进行高分辨率监测，可以为城市规划和管理提供精准的空间信息。
同时，KA波段SAR在灾害监测和应急响应中的应用也备受关注。
例如，在地震、洪涝等自然灾害发生后，通过KA波段SAR可以实现对灾区的快速搜寻、灾情评估和救援部署，提高灾害响应的效率和精度。
然而，KA波段SAR技术在应用过程中还存在一些挑战。
首先，由于高分辨率和大覆盖面积的要求，KA波段SAR需要处理大量的数据，对数据传输和存储能力提出了更高的要求。
其次，由于波段较高，大气折射现象对成像结果产生影响，需要进行精确的大气校正和数据处理。
此外，KA波段SAR的辐射功率较高，对人体和环境的潜在安全风险也需要进行监控和评估。
因此，在KA波段SAR的应用中，需要加强技术研究和创新，提高数据处理和传输能力，完善大气校正和数据处理算法，加强安全监控和风险评估。
同时，应积极探索与其他遥感技术的结合，如光学遥感、微波遥感等，实现多源数据的融合和共享，提高遥感数据的综合利用效益。
SAR图像处理的若干关键技术
SAR图像处理的若干关键技术SAR图像处理的若干关键技术合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种利用合成孔径波束形成技术获得高分辨率航天或地面观测图像的雷达。
相比于光学遥感，SAR具有天气无关性、全天候观测能力以及对地表遥感的穿透能力等优势。
然而，由于SAR的脉冲压缩、多普勒频率模糊、地形效应等因素，使得SAR图像的处理变得复杂而具有挑战性。
本文将探讨SAR图像处理的若干关键技术。
1. SAR图像去斑点和去噪技术SAR图像中存在着斑点和噪声，这会影响图像的可视化和后续处理。
去斑点和去噪技术旨在提高SAR图像的质量。
常见的方法包括小波去斑、中值滤波、自适应滤波以及基于稀疏表示的降噪方法等。
这些技术可以有效减少斑点和噪音，提高图像质量。
2. SAR图像去焦模糊技术合成孔径雷达通过接收连续多个雷达回波并对它们进行累积处理，以获得高分辨率图像。
然而，这种累积处理可能会导致图像模糊。
因此，需要进行去焦模糊处理。
常见的方法包括波前解扩、逆滤波和最大熵方法等。
这些方法可以有效去除图像的焦模糊现象，提高图像的分辨率。
3. SAR图像多普勒参数估计技术由于合成孔径雷达平台的运动，SAR图像中存在多普勒频率模糊现象。
为了恢复真实的地物信息，需要准确估计多普勒参数。
常见的多普勒参数估计方法包括基于最大熵准则的参数估计、基于相位解缠的参数估计和基于谱分析的参数估计等。
这些方法可以精确估计多普勒参数，降低图像的多普勒模糊程度。
4. SAR图像纹理特征提取技术纹理特征对于地物分类和目标检测具有重要意义。
SAR图像的纹理特征提取是指提取图像中的空间变化特征，并通过这些特征进行分类和检测。
常用的纹理特征提取方法包括灰度共生矩阵（GLCM）、小波变换和局部二值模式（LBP）等。
这些方法可以提取出图像中的纹理特征，为后续的分类和检测提供有效的数据支持。
5. SAR图像目标检测技术SAR图像中的目标检测是指在图像中准确地找出感兴趣的地物目标。
合成孔径雷达的现状与发展趋势
二、合成孔径雷达现状
然而，目前合成孔径雷达技术还存在一些问题，如图像质量不稳定、处理速 度慢、无法识别特定目标等。此外，由于合成孔径雷达系统的复杂性和成本较高， 也限制了其应用范围。
三、合成孔径雷达发展趋势
三、合成孔径雷达发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的增长，合成孔径雷达未来的发展将趋向于 高分辨率、高灵敏度、宽测绘带以及多模式多波段的发展。
2、国外现状和趋势
2、国外现状和趋势
全球范围内，合成孔径雷达卫星技术发展迅速。商业公司如Planet Labs、 DigitalGlobe等纷纷推出具有高性能的SAR卫星，以满足不同用户的需求。同时， 一些国际组织如欧洲航天局也积极参与SAR技术的研究和应用，推动全球SAR技术 的发展。
2、国外现状和趋势
发展历程
1、起源和发展阶段
1、起源和发展阶段
合成孔径雷达卫星技术起源于20世纪50年代，当时美国国防部开始研究雷达 成像技术。到了20世纪70年代，雷达成像技术开始应用于卫星遥感领域。最初的 SAR技术采用机械扫描方式，随后逐渐发展为电子扫描方式。20世纪90年代初， 第一颗商业合成孔径雷达卫星TerraSAR-X成功发射，标志着SAR技术进入商业化 应用阶段。
与此同时，针对SAR系统的干扰方法也在不断发展。常见的SAR干扰技术包括 欺骗式干扰、压制式干扰和复合式干扰等。欺骗式干扰通过向SAR系统发送虚假 信号，使其无法正确解码和成像；压制式干扰则通过干扰SAR系统的接收机或发 射机，降低其信号接收能力；复合式干扰则结合欺骗式和压制式干扰，使SAR系 统无法正常工作。
三、合成孔径雷达发展趋势
3、宽测绘带：合成孔径雷达未来的发展趋势之一是实现大测绘带（SAR）的 覆盖。通过采用先进的信号处理技术和分布式系统，合成孔径雷达将能够实现大 范围的目标探测和地图绘制。
合成孔径雷达的工作原理
合成孔径雷达的工作原理
合成孔径雷达（SAR）是一种重要的雷达技术，用于获取高分辨率和全天候的
雷达影像。
其工作原理基于雷达波的合成孔径处理和图像重建算法。
合成孔径雷达利用机载或航天器上的雷达系统发射脉冲波束，这些波束被地面、海洋或其他目标物体反射回来。
传统的雷达根据收到的回波信号的时间来测量目标物体的距离。
然而，SAR利用合成孔径处理技术将多个回波信号合成为一幅高分
辨率图像。
在合成孔径雷达中，雷达系统以高速度沿着轨迹移动，通过不断接收目标的回
波信号。
这些回波信号中包含有关目标反射特性和其与雷达的相对位置的信息。
随着雷达系统的移动，不同位置上接收到的回波信号时间会有微小差异，形成相移。
合成孔径雷达利用这些相移信息，通过数学算法将多个回波信号叠加在一起，构建出一幅高分辨率的雷达影像。
图像重建算法是合成孔径雷达的关键部分。
通过应用一系列信号处理和滤波算法，目标物体的回波信号被提取并转换为像素级的图像。
这些算法能够抵消地球曲率、地形起伏和传播介质的影响，从而产生准确的图像。
合成孔径雷达在很多领域有广泛应用。
它可以用来监测地表的变化，例如土地
利用变化、冰川融化、森林覆盖等。
此外，SAR还可用于军事侦察、天气预测、
航海导航等领域。
总结而言，合成孔径雷达通过合成孔径处理和图像重建算法，能够获取高分辨
率和全天候的雷达影像。
它的工作原理基于多普勒频移和相移，通过精确处理和叠加回波信号，构建出准确的图像，为地质、环境和军事等领域提供了重要的数据支持。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
由4.13度提高到0.4度,并获得第一张SAR图像.
3. 1957年, 密西根大学采用光学处理方式, 获得了第一 张全聚焦SAR图像. 4. 1978年, 美国发射了第一颗星载Seasat-1. 5. 1991年, 欧洲空间局发射了ERS-1. 6. 1995年, 加拿大发射了Radarsat-1. 7. 2000年, 欧洲空间局发射了ASAR. 8. 2003年, 日本准备发射ALOS SAR.
SAR 主要性能指标-辐射精度
1. 辐射分辨率:
10 lg[ 1 q]
2. 辐射精度:
H PI
SAR 主要性能指标-定位精度
1. 目标定位 2. 目标定位误差源
* 回波时延误差 * 电磁波传播效应误差 * 目标高度误差 * 多普勒中心频率误差 * 时钟误差 * 卫星的星历误差
SAR 主要性能指标-模糊特性
距离模糊
方位模糊
SAR 主要性能指标-模糊特性
距离模糊
h
波束宽度
测绘带
模糊带
模糊带
SAR 主要性能指标-模糊特性
近距点回波时间:
远距点回波时间:
为满足测绘带内的单值测量,脉冲重复周期应满足:
SAR合成孔径原理
SAR合成孔径原理-波束形成
目标
d 相邻两个阵源接收信号的空间延迟为:d sin
天线阵
SAR合成孔径原理-波束形成
相邻两个阵源接收信号的相位差为: M个阵源接收的信号序列为:
2d
sin
2d 2 ( M 1)d {F ( ), F ( ) * exp( j sin ),..., F ( ) * exp( j sin )}
各国SAR系统
美国: Seasat-1, Sir-A, Sir-B, Sir-C, LACROSSE SAR, LightSAR, Medsat SAR
欧洲:
ERS-1, ERS-2, XSAR, ASAR
加拿大: Radarsat-1, Radarsat-2 俄罗斯: Almaz-1
日本:
JERS-1
接收机
SAR
天线 子系 统
高功
率微 波电 路 发射机 校准系统
定时与 数据处 理
磁波
记录器 传输
载荷
系统
计算
电源分配单元
SAR 基本组成
输入数 据接口
方位 预处理 距离 压缩 距离走 动校正
方位 压缩
幅度 检测
多视 相加
参考函 数产生
控制 单元
运动参 数提取
几何幅 度校正
输出数 据调节
控制指令
惯性导航系统
SAR数字信号处理
SAR 主要性能指标
频率与极化 分辨率与观测带宽 重复观测周期 辐射精度 定位精度 模糊特性
SAR 主要性能指标-频率与极化
1. 2. 3. 4. 5. 大气传输窗口 频率与信息 极化与信息 系统特征与图像质量 设备复杂性与继承性
SAR 主要性能指标-分辨率与观测带宽
T /2
SAR合成孔径原理-非聚焦与聚焦处理
求半功率点波束宽度, 令:
| Z ( y) / Z (0) |2 0.5
最后得到其横向分辨率为:
y 0.5 R
真实孔径天线横向分辨率为:
y
D
R
SAR合成孔径原理-非聚焦与聚焦处理
聚焦处理 聚焦处理需要对二次相位差进行补偿, 有:
xy y 2 2 (t ) 1 (t ) ( ) 2R 2R
应用领域
地形测绘与地质研究中的应用
如埃及古河道的发现, 阿尔贝托油田的分析
农业和林业中的应用
如土地利用调查, 土壤水分测量, 作物生长与分类
海洋研究和监测方面的应用
如海面石油污染的监测
军事方面的应用
如军事目标的识别与定位
减灾防灾方面的应用
如森林火灾,地震等灾害的预报
合成孔径原理
8km 的孔径长度由小天线实现 原理
0.886R y 2vsT
合成孔径的最大长度为:
0.886 Le vsT R D
最终,理论上合成孔径的横向分辨率为:
D y 2
SAR合成孔径原理-频率分析方法
1951年, Carl Wiley首次提出频率分析方法解决雷达
角分辨率问题. 从多普率频率分辨出发, 研究目标的分辨. 证明当两个点目标其多普勒频率可分时, 两个目标空间上 也可分.
合成孔径雷达(SAR)技术
中国科学院电子所 2002/12/09
SAR 技术概述
SAR 是一种脉冲雷达技术，具有较高的分 辨率，可以获得区域目标的图像。 SAR 具有广泛的应用领域，它有两种模式 机载SAR 星载SAR
SAR 发展概况
1. 1951年, Carl Wiley 首次提出利用频率分析方法改 善雷达的角分辨率. 2. 1953年, 伊利诺依大学采用非聚焦方法使角度分辨率
SAR合成孔径原理-频率分析方法
目标的多普勒频率
SAR合成孔径原理-频率分析方法
对目标P1,P2, 它们多普勒频率为:
f1 f2
2vs
cos1 cos 2
2v s
它们多普勒频率差为:
f f1 f 2
2vs
[cos 1 cos 2 ]
SAR合成孔径原理-频率分析方法
1 exp( j
2Md
sin )
SAR合成孔径原理-波束形成
取M个信号和的包络, 可以得到:
Md sin( sin ) | OUT | F ( )* | | d sin( sin )
上式表明, 单个阵源的波束宽度被加权, 等效形成新的波束.
新波束的形状由上式第二个因子决定.
f f 2 f1 2vs 2vs
2 2 2vs 2 1 2[sin( ) sin( )] 2 2
通常存在下面关系:
2[sin(
2 1
[cos 2 cos1 ] ) sin(
2 1
)]
2 1
sin( 2 ) 2
这时回波响应为:
4
xy y 2 Z ( y ) exp[ j ( )]dt T / 2 R 2R
T /2
4
SAR合成孔径原理-非聚焦与聚焦处理
vs ty y Z ( y ) exp[ j ( )]dt T / 2 R 2R 2 4 y T / 2 4 vs ty exp[ j ] exp[j ]dt 2 R T / 2 R 2vsTy 2 sin 4 y R exp[ j ] 2 R 2vsTy R
其中F ( ) 为单个阵源的天线方向图,满足:
显然, M个阵源接收的信号构成等比级数
D
SAR合成孔径原理-波束形成
对M个阵源接收信号构成的等比级数求和, 可以得到:
OUT F ( )
2d 1 exp( j sin ) Md sin( sin ) ( M 1)d F ( ) exp( j sin ) d sin( sin )
1. 空间分辨率
c K r K1 距离分辨率: r 2 Br sin i
c Kr K1 i Br
:为光速 :为距离加权展宽系数
:幅相频率特性误差引起的展宽系数
:为入射角 :为发射的线性调频信号带宽
SAR 主要性能指标-分辨率与观测带宽
1. 空间分辨率
D K a K 2 K3 方位分辨率: a 2K 4
K a :为方位加权展宽系数 K 2 :信号分布不均匀引起的展宽系数 K 3 :为地速引起的改善系数 K3 Re / a
K 4 :为天线加权展宽系数
SAR 主要性能指标-分辨率与观测带宽
2. 观测带宽
距离向3dB波束宽度对应的地面距离跨度
波束视角
h
波束宽度
近距点 波 远距点
束
中 心
SAR 主要性能指标-分辨率与观测带宽
SAR合成孔径原理-频率分析方法
所以点目标间的多普勒增量为:
f
2vs sin
多普勒频率分辨与滤波器时间常数存在如下关系:
1 f TD
只要多普勒频率增量能够被分辨, 则方位分辨率为:
x R
R
2TD vs sin
SAR合成孔径原理-频率分析方法
当 90度, 多普勒滤波器的时间常数为:
x vst Le
v sT 2
目标B y
R x 2 / 2R
R
目标A
聚焦与非聚焦示意图
SAR合成孔径原理-非聚焦与聚焦处理
对于目标A, 天线任意位置与其的距离为:
x 2 RA R x R 1 ( ) R
2 2
因为目标的距离与天线横向移动的距离相比较大, 则运用 泰勒级数展开进似可以得到:
SAR合成孔径原理-波束形成
Md sin( sin ) | | d sin( sin )
显然, 上式的形状由分子决定, 其中:
式中, R为目标的距离, x 为目标的横向分辨距离
x sin R
SAR合成孔径原理-波束形成
求第一零点位置确定半功率点分辨率, 令:
x
2 x RA R 2 x 2 R 2R
SAR合成孔径原理-非聚焦与聚焦处理
则对于目标A, 回波信号的双程相1 (t ) 2R 2R
同理, 对于目标B, 回波信号的双程相位差为: