合成孔径雷达(SAR)

2 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:
M d x
R
x R
M d
阵列信号处理后的波束分辨率为:
M d
2 合成孔径原理(波束形成)
考虑合成孔径雷达信号的双程相位差， 合成孔径雷达的波束分辨率为:
2M d
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
x vst vsT 2
sin( d sin )
|
上式表明, 单个阵元的波束宽度被加权, 形成 新波束,新波束的形状由上式中的分式决定。
2 合成孔径原理(波束形成)
sin( Md sin )
|
sin( d sin )
|
上式的形状由分子决定, 其中:
sin x
R
式中, R为目标的距离, Δx 为目标的横向分辨距离。
RA
R2 x2 R x2 2R
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
对于目标A, 回波信号的双程相位差为:
1 (t )
4
x2 2R
4
vs2t 2 2R
对于目标B, 回波信号的双程相位差为:
2 (t )
4
(x y)2 2R
4
(vst y)2 2R
4
(vs2t 2
2vsty 2R
典型的合成孔径雷达结构是侧视的，其雷达 天线同飞机航线相垂直，并向下俯适当角度，横 向距离分辨力定义为飞行航线上的分辨力。
2 合成孔径原理(2)
2 合成孔径原理(波束形成)
目标
天线阵
d
相邻两个阵源接收信号的空间延迟为: d sin
2 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:
2R T /2
R
exp[ j 4 y2 ] • sin[2 vsTy /( R)]
2R
2 vsTy / R
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
求归一化回波功率增益:
|
Z( y) Z (0)
|2
sin 2 ( 2vsTy ) R
( 2vsTy )2
R
求半功率点波束宽度, 令:
| Z ( y) / Z (0) |2 0.5
y 0.5 R , y R
D
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
最后得到其横向分辨率为:
y 0.886 R
2vsT
合成孔径的最大长度为:
Le
vsT
0.886
D
R
最终，理论上合成孔径的横向分辨率为:
y D,
2
y 0.5 R ,
y R
D
4 合成孔径原理(频率分析方法)
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。
2d sin
{F(), F()*exp( j 2d sin ),..., F()*exp( j 2 (M 1)d sin )}
其中 F () 为单个阵源的天线方向图,满足:
D
显然, M个阵源接收的信号构成等比级数。
2 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:
Le
聚焦
R (x y)2 / 2R
R x2 / 2R
R
目标B y
目标A
vsT 2
聚焦与非聚焦示意图
3 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:
RA
R2 x2 R 1 ( x )2 R
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:
4 合成孔径原理 (频率分析方法)
雷
达
平
P1
台 运
Baidu Nhomakorabea
Φ1 Φ2
P2
动
方
ß
向
目标的多普勒频率
4 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:
fd1
2vs
cos1
fd 2
2vs
cos 2
它们的多普勒频率差为:
f
fd1
fd 2
2vs
[cos1
cos2 ]
4 合成孔径原理(频率分析方法)
第6章 合成孔径雷达
1 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，主要有:
机载SAR 星载SAR
2 合成孔径原理(1)
合成孔径雷达是釆用相干雷达系统和单个移 动的天线模拟真实线性天阵中所有天线的功能。 单个天线依次占据合成阵列空间的位置。在合成 阵列里，在每个天线位置上所接收的信号，其幅 度和相位信息都被存储起来，这些被存储的数据 经过处理，成像为被雷达所照射区域的图豫。
2R
3 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 R
D
3 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:
2 (t) 1(t)
非聚焦处理: 在y处的点目标回波响应为:
Z( y)
T /2
exp[
j
4
(vs t
y)2 ]dt
T / 2
2R
| Z ( y) |2 { T /2 cos[ j 4 (vst y)2 ]dt}2
T / 2
2R
{ T /2 sin[ j 4 (vst y)2 ]dt}2
T / 2
1 exp( j 2Md sin )
OUT
F ()
1 exp( j 2d sin )
F ()
sin( Md sin )
sin( d sin )
exp(
j
(M 1)d
sin
)
2 合成孔径原理(波束形成)
取M个信号和的包络, 可以得到:
sin( Md sin )
| OUT | F ()• |
4
(
xy 2R
y2 )
2R
这时回波响应为:
Z ( y) T / 2 exp[ j 4 ( xy y2 )]dt
T / 2
R 2R
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
Z ( y) T / 2 exp[ j 4 ( vsty y2 )]dt
T / 2
R 2R
exp[ j 4 y2 ] T / 2 exp[ j 4 vsty ]dt
f
fd2
y2)
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
则对任意位置y，在整个孔径时间内积分可 以得到目标在所有y位置上的信号包络. 当对雷达 载体沿直线飞行产生的二次相位误差不补偿时：
1
(t )
4
x2 2R
4
vs2t 2 2R
这时的积分处理称非聚焦处理, 否则称为聚焦 处理。
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）