2016-2017(1)微波遥感-5.2侧视合成孔径雷达的构像方程
合成孔径雷达概述(SAR)
合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介 (2)1.1 合成孔径雷达的概念 (2)1.2 合成孔径雷达的分类 (3)1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4)2合成孔径雷达的发展历史 (5)2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5)2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6)2.1.2 世界各国的SAR系统 (9)2.2 我国的发展概况 (11)2.2.1 我国SAR研究历程表 (11)2.2.2 国内各单位的研究现状 (12)2.2.2.1 电子科技大学 (12)2.2.2.2 中科院电子所 (12)2.2.2.3 国防科技大学 (13)2.2.2.4 西安电子科技大学 (13)3 合成孔径雷达的应用 (13)4 合成孔径雷达的发展趋势 (14)4.1 多参数SAR系统 (15)4.2 聚束SAR (15)4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16)4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16)4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17)4.6 性能技术指标不断提高 (17)4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18)4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18)4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18)4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19)4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19)5 与SAR相关技术的研究动态 (20)5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20)5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20)5.3 SAR图像目标检测与识别 (22)5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25)5.5 SAR图像变化检测方法 (27)5.6 干涉合成孔径雷达 (31)5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33)5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35)5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37)5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38)5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。
微波遥感原理习题解答
微波遥感原理习题解答1.简述微波遥感与可见光/红外遥感有什么不同微波遥感指利用波长1mm-1m电磁波（微波波段）进行遥感的统称；可见光/红外遥感主要指利用可见光（0.4-0.7um）和近红外（0.7-2.5um）波段的遥感技术统称。
微波遥感与可见光/红外遥感相比，有优越性和不足之处。
优越性在于：1.微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力；2.主动被动微波遥感都不依赖太阳，具有全天时工作能力；3.微波对地物有一定穿透能力；4.能提供特殊信息，如测定海面形状、海面风速、土壤水分等；5.微波遥感可以记录相位信息，从而获取高程信息和地形形变信息。
不足之处在于：1.空间分辨率较低；2.数据处理和解译较困难；3.与可见光/红外影像在空间位置难以一致。
2.试绘出水平极化和垂直极化波。
3.波长8mm相当于多少GHZ频率？频率为90GHz的波其波长是多少？f=光速/波长=37.5GHZλ=光速/频率=3.3mm4.试总结分析大气对微波的吸收和散射作用大气对微波的吸收作用主要是氧分子和水分子所致，散射作用主要是大气微粒所致，两者均会引起微波的衰减。
氧分子对微波的吸收中心波长位于2.53mm和5.0mm处，水分子对微波的吸收中心波长位于1.6mm和13.5mm 处，前者对微波吸收作用较强，一般可采用2.06~2.22mm、3.0~3.75mm、7.5~11.5mm和20mm以上作为微波遥感的窗口。
大气微粒包括水滴、冰粒和尘埃。
当微粒直径远小于波长时，发生瑞利散射，散射截面积与波长的4次方成反比；当微粒直径大于波长时，发生米氏散射，散射截面积与波长的0-2次成反比。
微波在非降水云层中的衰减，主要由水粒的吸收引起，在一定温度和一定的微波波长下，与云层含水量呈线性正相关。
微波在降水云层中的衰减，主要是米氏散射，不能忽略。
在1—300GHz（微波）的频带内，随着波长愈来愈短，大气对微波能量传播的衰减作用由弱到很强，云层微粒和雨微粒对微波的吸收和散射作用从轻微到十分显著。
合成孔径雷达干涉测量概述
合成孔径雷达⼲涉测量概述合成孔径雷达⼲涉测量（InSAR）简述摘要：本⽂主要介绍了合成孔径雷达⼲涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进⾏了概述。
最后，还讲述合成孔径雷达⼲涉测量的主要应⽤，并对其未来发展进⾏了展望。
关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达⼲涉测量微波遥感影像1.发展简史合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是⼀种⾼分辨率的⼆维成像雷达。
它作为⼀种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨⼤的发展，现已逐渐成为⼀种不可缺少的遥感⼿段。
与传统的可见光、红外遥感技术相⽐，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚⾄在⼀定程度上穿透⾬区，⽽且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能⼒，这是其它任何遥感⼿段所不能⽐拟的；微波遥感还能在⼀定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。
随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应⽤于地质、⽔⽂、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、⽓象、军事等领域。
L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达⼲涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并⽤于⾦星测量和⽉球观察。
后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进⼀步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM ⽣成等⽅⾯的问题。
⾃1991 年7 ⽉欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极⼤地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应⽤。
由于有了优质易得的InSAR 数据源，⼤批欧洲研究者加⼊到这个领域，亚洲（主要是⽇本）的⼀些研究者也开展了这⽅⾯的研究。
⽇本于1992 年2 ⽉发射了JERS- 1，加拿⼤于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运⾏极⼤地扩展了利⽤星载SAR ⼲涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。
微波遥感的种类
总结词
微波辐射计是被动微波遥感的主要设备之一，用于测量地球表面或大气层中的微 波辐射能量。
详细描述
微波辐射计通过接收来自地球表面或大气层的微波辐射，经过处理和分析，能够 获取有关地表覆盖、土壤湿度、植被生长状况、云层结构等信息。这些信息对于 气象预报、农业监测、环境评估等领域具有重要意义。
微波散射计
VS
对于某些特定目标，如军事侦察、夜 间交通监测等应用场景，微波遥感具 有独特的优势。
对植被、土壤和水体的敏感度
微波遥感能够敏感地感知植被、土壤和水体的介电常数和含 水量等参数变化。
在农业、环境监测等领域，微波遥感可以用于评估作物长势 、土壤湿度和地表水体变化等情况。
05
微波遥感的未来发展
高频和超高频微波遥感技术
04
微波遥感的特点与优势
对云层和恶劣天气的穿透能力
微波波长较长，能够穿透云层和恶劣 天气，获取到被遮挡的目标信息。
在气象预报、灾害监测等领域具有重 要应用价值，能够实时获取地面目标 的情况。
获取全天候、全天时数据的能力
微波遥感不受光照条件限制，可以在 白天和夜晚进行观测，获取全天候、 全天时的数据。
多频段和多模式微波遥感技术
多频段和多模式微波遥感技术能够提供更全面 的地面信息，包括土壤湿度、地下水分布等， 有助于提高遥感监测的全面性和准确性。
多频段和多模式微波遥感技术能够实现不同频 段和模式的组合，提高遥感监测的灵活性和适 应性，满足不同应用需求。
多频段和多模式微波遥感技术需要解决不同频 段和模式之间的干扰问题，提高信号的稳定性 和可靠性。
气象参数反演
微波遥感能够通过测量大气中的水汽 、云雨等气象参数，反演得到温度、 湿度、风速等气象信息，为气象预报 提供重要数据。
微波遥感-2
Rr
c
2 cos
方位分辨率：
Ls Ra
D
R
采用合成孔径技术合成后的天线孔径为真实孔径雷达的 波瓣宽度（方位分辨率）即
Rs
Ls
RD
由于电磁波双程位移，最终的方位分辨率还可提高一倍。
D Rs 2
合成孔径雷达得到的原 始数据还不能叫做图像, 只是一组包含强度、位 相、极化、时间延迟和 频移等信息的大矩阵,叫 做(原始)信号数据(Raw Signal Data)。从信号数 据到图像产品,要经过复 杂的步骤。
d sin dd
二、雷达方程
雷达波束是以天线为中心的球面波。包括： 发射-发射增益-传输吸收-到达-回波吸收-接收 增益-接收总功率。
第二节 成像微波传感器
一、微波辐射计
中文名称：
微波辐射计
英文名称：
microwave radiometer
用以收集和测量地物发射来的微波辐射通量的被动式微波遥感探测仪。 测绘学（一级学科）；摄影测量与遥感学（二级学科） 能定量探测目标物的低电平微波辐射的高灵敏度的接收装置。 地理学（一级学科）；遥感应用（二级学科） 主要用于测量海面辐射强度的微波遥感器。 海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋遥感（三级学科）
第三节 天线、雷达方程和灰度方程
一、雷达天线 天线是将发射机产生的电磁波发射出去，或者 接收地物反射回来的电磁波，并传送给接收机 的重要中间环节。 各向同性的天线（各方向辐射能量相同）是不 存在的。天线立体方向图表示天线能量的分布 空间。
平面天线方向图
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
微波遥感复习
微波遥感复习一、概论1.微波遥感：利用微波传感器接收地面各种地物发射和反射的微波信号，藉以识别、分析地物，提取所需的信息。
2.极化：电磁波的电场振动方向的变化趋势3.后向散射：散射波的方向和入射方向相反，这个方向上的散射就称作后向散射4.微波与物质相互作用的形式：反射、散射、吸收、透射5.大气对微波的衰减作用主要是大气中水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
大气微粒可分为三类，水滴、冰粒和尘埃。
水粒组成的云粒子，瑞利散射；降水云层中的粒子，米氏散射。
6.氧气分子的吸收中心波长位于和处；水气吸收谱线随电磁波频率增高而增强，在23GHZ处有一个突变。
7.雷达卫星所采用的波段（一般是C（4~8GHz）、L（1~2GHz）波段）C波段：ERS,RADASAT,ENVISAT,XSAR/SRTM;L波段：SEASAT,SIR,JERS,S波段：ALMAZ8.微波遥感的优点微波能穿透云雾、雨雪，具有全天候工作能力。
全天时工作能力。
微波对地物具有一定穿透性。
微波能提供不同于可见光和红外遥感所能提供的信息。
微波遥感的主动方式不仅记录电磁波振幅信号，而且可以记录电磁波相位信息。
行星际探测的主要手段。
缺点雷达图像分辨率较低—雷达成像处理困难数据源较少二、微波遥感系统9.相干与非相干性从远处两个靠得较近的物体反射回来的波是高度相干的。
因而用这类电磁波的遥感器进行成像时，获取的图像上有的地方可能没有接收到任何功率，有的地方从这两个物体接收到的反射功率则可能是其中一个物体的平均反射功率的四倍。
正因为波的相干性，微波雷达图像的像片上会出现颗粒状或斑点状的特征，这是一般非相干的可见光像片所没有的，也是对解译很有意义的信息。
10.微波主动遥感：微波散射计，雷达高度计，侧视雷达（固定孔径雷达，合成孔径雷达）微波被动遥感：微波辐射计11.微波散射计作用：测量地物表面的散射或反射特性，主要用于测量目标的散射特性随雷达波束入射角变化的规律，也可用于研究极化和波长对目标散射的影响。
《微波遥感》课程教学大纲
《微波遥感》课程教学大纲
一、课程基本信息
二、课程简介和教学目标
1．课程简介
《微波遥感》是给海洋技术专业本科生开设的一门专业任选课程，本课程主要讲述微波遥感的基本理论、方法和基础知识。
要求学生理解微波遥感中的雷达原理，掌握雷达高度计、微波散射计、真实孔径雷达、合成孔径雷达和微波辐射计的基本工作原理，并且学会获取、处理和分析各种微波遥感传感器数据，熟悉微波遥感在海洋、陆地、大气等领域的应用。
通过课程学习，使学生具备海洋动力参数信息提取方法的初步技能，提高学生解决复杂问题和终生学习的能力，培养学生的海洋强国意识。
2.教学目标
教学目标1：掌握雷达高度计、微波散射计、真实孔径雷达、合成孔径雷达和微波辐射计的基本工作原理，理解海洋动力参数信息的反演和提取方法；
教学目标2：理解微波遥感数据处理的基本过程和方法；
教学目标3：提高学生解决复杂问题和终生学习的能力，培养学生的海洋强国意识。
3．教学目标与毕业要求指标点的支撑关系
三、理论教学
表1 理论教学安排
四、实验教学
五、考核与成绩评定方法
六、建议教材及相关教学资源
[1] 苗俊刚, 刘大伟. 微波遥感导论[M]. 北京: 机械工业出版社, 2012.
[2] Woodhouse Iain H., 董晓龙, 徐星欧, 等. 微波遥感导论[M]. 北京: 科学出版社, 2014.
[3] 舒宁. 微波遥感原理[M]. 武汉: 武汉大学出版社, 2000.。
微波遥感思考题及答案原创
上网查是否能找到标准参考答案1、试总结分析微波与大气的相互作用过程大气对微波的衰减作用主要有大气中水分子和氧分子对微波的吸收，大气微粒对微波的散射。
水分子和氧分子具有的几种能量形式包括：平移动能，与轨道有关的电子能量，振动能量及转动能量。
当水分子和氧分子与周围的电磁场发生相互作用时，它们的能级会发生变化，这时它们就会吸收某一频率的微波辐射能量。
氧分子对微波的吸收中心波长位于0.253cm和0.50cm处，且氧分子对微波的吸收作用要强于水分子。
根据这些情况，一般可采用2.06-2.22mm、3.0-3.75mm、7.5-11.5mm和20mm以上的波长作为微波遥感的窗口（大气窗口），在这四个波段内大气的吸收作用是很小的。
微波在非降水云层中的衰减：由于水粒组成的云粒子一般直径很小，不超过100微米，比微波波长要小一两个量级，故对微波的散射满足瑞利散射条件，但这时散射作用比吸收作用小得多，一般可以忽略，微波的衰减主要由水粒的吸收引起。
微波在降水云层中的衰减：降水云层中的粒子主要有雨滴，冰粒，雪花和干湿冰雹等，其直径均大于100μm，有的可以达到几毫米(如雨滴)、几厘米(如冰雹)，它们对微波的散射必须按米氏散射来分析。
这时的吸收情况十分复杂，散射作用一般是不能忽略的。
研究表明：当微波频率小于10.69GHz（约2.81cm）时，水滴的散射衰减作用已经逐渐小于吸收；当频率为4.805GHz （约6.3cm）时，散射作用只有吸收的十分之一；而当频率大于10.69GHz时，水滴的散射作用则完全不能忽略。
但如果不是暴雨和大雨，雨滴直径不超过2.5mm左右，而频率又不大于19.35GHz时，雨滴的散射作用比吸收小将近十倍，仍可予以忽略。
除上述外，云层本身也会发射出微波辐射而呈现为亮度温度。
这种亮度作为随机干扰噪声叠加在目标亮温上，对目标的微波辐射亮度测量产生影响，且频率愈高，这种噪声就愈严重。
在1~300GHz的频带内，随着波长越来越短，微波与大气的相互作用有两个重要的转变：其一，大气对微波能量传输的衰减作用由很弱到很强；其二，云层微粒和雨微粒对微波的吸收和散射作用(其宏观表现也是衰减)从极轻微到十分显著。
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理概述微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们通过利用微波的特性来获取地球表面信息。
本文将介绍微波遥感和成像侧视雷达的工作基本原理。
一、微波遥感的工作原理微波遥感是利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量的一种技术。
微波遥感系统由微波源、发射器、接收器和数据处理系统等组成。
1. 微波源微波源是产生微波信号的装置，常见的有微波发射机、毫米波源等。
微波源将电能转化为微波能量，并通过天线辐射出去。
2. 发射器发射器是将微波信号传输到目标物体的装置。
它可以调节微波信号的频率、幅度和极化等参数，并将微波信号辐射出去。
3. 接收器接收器是接收由目标物体反射回来的微波信号的装置。
它可以接收微波信号的幅度、相位和极化等信息。
4. 数据处理系统数据处理系统对接收到的微波信号进行处理和分析，从中提取出地球物体的特征信息。
常见的处理方法有滤波、解调、调幅和解调等。
二、成像侧视雷达的工作原理成像侧视雷达（InSAR）是一种利用雷达波束和合成孔径雷达（SAR）数据生成地表高程和表面形变等信息的技术。
1. SAR数据采集SAR是一种全天候、全时序、全天时的遥感技术。
它通过发射和接收脉冲雷达波束，测量地表物体的反射回波。
2. SAR数据处理SAR数据处理主要包括预处理、图像生成和解译等步骤。
预处理用于去除图像中的噪声和干扰，图像生成则是从原始数据中合成出高质量的成像结果。
3. 多幅SAR图像融合成像侧视雷达通过将多幅SAR图像进行融合，可以获取地表高程和形变等信息。
这是通过计算不同时间和角度下的雷达干涉图生成的。
4. 数据解译融合后的数据可以利用地表参考点进行几何校正和高程校正，进而得到具体的地表高程和形变等信息。
总结微波遥感和成像侧视雷达是两种常用的遥感技术，它们利用微波信号对地球物体和环境进行探测和测量。
微波遥感通过微波源、发射器、接收器和数据处理系统等装置，获得地球物体的特征信息。
微波遥感地表参数反演进展
微波遥感地表参数反演进展一、概述随着遥感技术的不断进步和卫星传感器性能的日益提高，微波遥感作为地球观测的重要手段之一，正日益显示出其在地表参数反演中的独特优势。
微波遥感具有全天时、全天候的观测能力，对云、雨和大气具有较强的穿透能力，这使得它能够在复杂的天气条件下获取地表信息。
微波遥感在地表参数反演中扮演着至关重要的角色，尤其在积雪、土壤水分、地表温度和植被参数等关键地表要素的反演中，其优势和潜力日益凸显。
在积雪参数反演方面，积雪作为全球水文循环和气候系统的重要组成部分，其深度和分布对全球气候变化和寒区水资源管理具有重要意义。
微波遥感因其对雪层的穿透能力和对雪面高反射率的敏感性，成为积雪参数反演的有效手段。
现有的被动微波积雪反演数据产品的空间分辨率较粗，地表异质性等复杂因素的影响也使得反演精度难以满足需求。
提高微波遥感在积雪参数反演中的精度和分辨率成为当前研究的重点。
在土壤水分反演方面，土壤水分是地表能量交换和物质循环的重要参数，对农业生产和生态环境具有重要影响。
微波遥感因其对土壤水分的敏感性，在土壤水分监测和反演中发挥着重要作用。
由于土壤特性如湿度和粗糙度的影响，微波遥感在土壤水分反演中仍面临挑战。
如何消除这些影响，提高土壤水分反演的精度和稳定性是当前研究的热点。
在地表温度反演方面，地表温度是衡量地球表面水热平衡的关键参数，对气候、水文和地球生物化学等科学研究领域具有重要意义。
微波遥感因其对地表温度的敏感性和全天候观测能力，在地表温度反演中具有独特优势。
由于微波信号受多种因素的影响，目前被动微波反演地表温度的算法还不成熟。
发展更加稳定和准确的微波遥感地表温度反演算法是当前研究的重点。
在植被参数反演方面，植被是地球生态系统的重要组成部分，其生长状况和分布对全球气候变化和生态系统服务功能具有重要意义。
微波遥感因其对植被结构的敏感性和对叶片叶绿素的低敏感性，在植被参数反演中具有独特优势。
由于微波遥感受土壤特性如湿度和粗糙度的影响，以及传统模型在稀疏冠层中的适用性问题，微波遥感在植被参数反演中仍面临挑战。
微波遥感论文
微波遥感论文中国地质大学INSAR的相关研究摘要InSAR技术是近年来受到国际地学界及遥感界广泛关注的一项新型技术，在地面沉降及地表形变、地震与火山研究、冰川运动监测、地球构造运动研究等领域得到广泛应用，如今已成为SAR图像研究的热点之一。
本文首先对InSAR技术做了概述，之后详细介绍了InSAR技术及在其基础上发展的D-InSAR技术的原理，并对InSAR技术发展现状做了详细分析，展望了InSAR技术的研究前景，最后论述了InSAR技术目前存在的问题。
关键词：InSAR D-InSAR 合成孔径雷达干涉技术一．绪论近年来地震、火山、滑坡和地面沉降等地质灾害越来越严重地威胁着人类的生存空间，针对这种灾害而发展起来的地表形变监测和测量技术就显得尤为重要。
20世纪70年代后期，空间影像雷达在遥感中开始扮演重要角色。
1978年美国国家航空与航天局(NASA)发射了第一颗用于观测地球表面的SEASAT卫星。
而后发现，合成孔径雷达(SAR)可以广泛地用于研究陆地、冰川和海洋、由于空间影像雷达使用微波信号(厘米至分米波段)很少受气象条件及是否有太阳照射影响，可以在任何时候获取全球表面信息，因此非常适用于地表面监测工作。
侧视成像、脉冲压缩技术及合成孔径技术的综合应用，可以保证空间影像雷达获得几米到几十米精度的地面几何分辨率。
InSAR英文全称为Interferometric Synthetic Aperture Radar，中文含义为“合成孔径雷达干涉技术”，是一种使用微波探测地表目标的主动式成像传感器，InSAR传感器可以通过记载或星载的方式对地球表面成像，是20世纪发展起来的一种新型的空间对地观测技术，具有高空间分辨率、高精度和面矩阵测量等优点。
由于航天技术的发展，商用卫星的InSAR系统已投入应用，并不断地趋于完善，使该项技术被认为是前所未有的新的空间观测技术。
研究表明：其能够生成大规模的数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)，InSAR用于差分模式(D-InSAR)能以cm级甚至毫米级精度在大的时间与空间尺度上探测到地球表面位移，并已应用于地震与火山研究、冰川运动监测、地球构造运动研究、地面沉降监测等领域，得到了国际地学界的广泛关注。
2016-2017(1)微波遥感-1.2电磁波理论与微波介绍
³
平面波与球面波
³
电场和磁场互相垂直，且都位于与传播方向垂直的平面上， 该平面所有点上电场或磁场的相位都是相同的（等相位 面）。
E
Z
H
³
波面是一系列相互平行的平面的波。在离点波源较远处， 沿波的传播方向取一局部范围来看，在这范围内的波面都 是平行的，这样的波可近似看成平面波。如射到地面的太 阳光波可看成平面波。
（1）微波的叠加原理
Electromagnetic wave superposition principle
p当两列波在同一空间传播 时，空间尚各点的振动为 各列波单独振动的合成。 p任何复杂的电磁波都可以 分解成许多比较简单的电 磁波； p比较简单的电磁波也可以 合成为复杂的电磁波。
（白光的色散和合成，计算机显 示器的工作原理， 混合像元的分 解）
³
如果两个波是非相干的，则叠加后的 合成波振幅是各个波的振幅的代数和， 交叠区不会出现振动强弱交替的现象。 一般说来，凡是单色波都是相干的。 微波雷达发射的电磁波和激光器产生 的激光就是这样。从远处两个靠得较 近的物体反射回来的波是高度相干的。 因而用这类电磁波的遥感器进行成像 时，获取的图像上有的地方可能没有 接收到任何功率，有的地方从这两个 物体接收到的反射功率则可能是其中 一个物体的平均反射功率的四倍。 正因为波的相干性，微波雷达图像的 像片上会出现颗粒状或斑点状的特征， 这是一般非相干的可见光像片所没有 的，也是对解译很有意义的信息。
1.2.1 电磁波基本特征与微波
³
1）电磁波 2）电磁波基本要素 3）电磁波基本特征 (叠加原理, 相干与非相干性，衍射穿透性，偏振与极化，多普勒效应)
³
1.2.2 电磁辐射与微波散射特征
合成孔径雷达SARppt课件
面粗糙度等物理和化学特性，它们对微波的不同频率、透射角、及极化方 式将呈现不同的散射特性和不同的穿透力，这一性质为目标分类及识别提 供了极为有效的新途径。
（5）多功能多用途：例如采用并行轨道或者一定基线长度的双天线， 可以获得包括地面高度信息在内的三维高分辨图像。
孔径雷达和数字成像技术取得进展。美国于1978年发射的“海洋卫星”A
号达和图像8的0年优代越初性发。射从的9航0年天代飞起机，都对加试能拿验够大了提C合o供成n三v孔a维i径r信-雷5息8达0的的C干/效X涉果S式A，RS证A系R明的统了研雷究
引起了世界各国的格外关注，成为SAR技术发展的新热点。
一些发达国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间 雷达卫星。如欧洲空间局预计发射的ASAR是到目前为止正在研制的最先进 的星载SAR；美国下一个计划是发射SIR-D，预计2005年将研制成功，投入 实用，它将是多频段(可能有4个)、多极化的星载成像雷达。
合成孔径雷达SAR
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1
目录
合成孔径雷达简介 合成孔径雷达发展史及现状 合成孔径雷达的应用 合成孔径雷达的发展趋势 合成孔径雷达的原理
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2
微波 的概 念
合成 孔径 雷达 的概 念
合成孔 径雷达 简介
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合成 孔径 雷达 的分 类
3
合成孔径雷达简介
微波的概念
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简 称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、 毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称 为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基 本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器， 微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。 而对金属类东西，则会反射微波。
合成孔径雷达(SAR)技术
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 )}
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理
微波遥感和成像侧视雷达工作基本原理微波遥感和成像侧视雷达（SAR）是现代遥感技术中常用的两种手段。
微波遥感利用微波辐射与地球表面的相互作用来获取地表信息，而SAR则是通过侧视雷达传感器获取地表高分辨率的图像。
本文将重点介绍微波遥感和SAR的工作原理。
一、微波遥感的工作原理微波遥感利用微波辐射与地球表面的相互作用来获取地表信息。
微波辐射是一种电磁波辐射，它在遥感中起到传感和信息获取的作用。
微波辐射的频率通常处于0.1 GHz到100 GHz之间，波长在米到厘米量级。
微波遥感在地球观测中的应用非常广泛，包括农业、林业、海洋、城市规划、气象预报等领域。
微波遥感可以穿透云层和大气，不受光学遥感中云层、雾霾等因素的限制，因此在一些特殊气象条件下有着明显的优势。
微波遥感主要利用微波辐射与地表的反射、散射、发射等作用来获取地表信息。
反射是指微波辐射射到地表后一部分被地表反射回来；散射是指微波辐射经过地表后被地表非均匀分布的目标散射回来；发射是指地表目标吸收微波辐射后再发射出来。
通过微波辐射与地表的相互作用，可以获取地表的物理和化学性质的信息，如植被的水分含量、土壤的湿度、冰雪的厚度等。
二、成像侧视雷达（SAR）的工作原理成像侧视雷达（SAR）是一种利用雷达技术获取地表高分辨率图像的遥感手段。
与传统雷达不同，SAR可以利用飞行平台上的合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar）传感器进行高精度成像。
SAR的工作原理是通过向地表发射微波脉冲，然后接收并记录反射回来的微波信号。
SAR的传感器不仅可以测量微波信号的强度，还可以获取其相位信息。
通过记录不同时刻接收到的信号，可以对信号进行合成处理，从而形成一幅高分辨率的地表图像。
SAR的成像原理与光学相机类似，都是通过获取目标反射或散射的信号来获得图像。
不同的是，SAR利用微波辐射而不是可见光，在夜晚或云层密布的情况下仍然能够进行观测。
SAR在地表观测中具有很高的分辨率和穿透性能，可以获取地表物体的微小变化，如地表高度、地表形态等。
微波遥感简介
与光学图象比较
46
47
Look Direction
a.
X - band, HH polarization look direction
b.
X - band, HH polarization
s
look direction
48
侧视雷达的入射方位对影像的影响
在山区地形情况下,在雷达影像中, 地形起伏一般表现为明 显的亮坡-阴影组合特征. 沟谷和山脊的面向入射坡为亮坡 而背光坡为阴影. 因此,随着入射方位不同,不同方向的线状 地形起伏将会得到突出 ---- 线状的亮坡-阴影组合总是平 行于平台航向,亮坡朝向传感器,阴影背对传感器.
17
２. 方位分辨率 沿航线方向的分辨率—方位分辨率 ra=*R 波束宽度， R天线到该像元的倾斜距离 =/L, 波长，L天线长度 ra= (/L)*R 天线越长， ra越小，方位分辨率越高
距离越近，方位分辨率越高；与距离向分辨率变化规律相反. 18
例: 设卫星天线孔径D=4m,波长=3cm,距目标地物200km, 则方位分辨力
获取在地面扫描所得到的带有地物信息的电磁波信号并形成图象
微波辐射计、侧视雷达、合成孔径雷达
5
6
① 微波辐射计
微波辐射计主要用于探测地面各点的亮度温度并生成 亮度温度图像。由于地面物体都具有发射微波的能力 , 其 发射强度与自身的亮度温度有关。通过 扫描接收这些信 号并换算成对应的亮度温度图, 对地面物体状况的探测很 有意义。
49
右图为同一地区的两幅雷 达像片,航向不同,突出了 不同方向的线状地形起伏.
Professor Donald Wise (University of Massachusetts)制作 的模拟像片
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（基于等效中心投影的构像方程）
S-U,V,W为传感器坐标系。 U-航向，V-侧向扫描方向，W天顶方向Sy-雷达图像 （U=W=0）(像平面坐标系) x’oy’为等效框幅摄影机坐标系。 f-等效焦距(等效像平面坐标系) XNY为物方坐标系。
P为物点，p’像点，p雷达图像。 dr-雷达成像阴极射线管亮点扫 描的拂掠延迟。yr-雷达图像坐 标。
中心投影的 构像方程
X p XS x Y p YS AR p 0 Z Z f p S
全景摄影机的 构像方程
X p XS Up Y p YS A V p Z Z W p S p
X p XS 0 Y p YS AR p y Z Z f p S
推扫式传感器的 构像方程
X p XS 0 Y p YS AR p 0 Z Z f p S
扫描式传感器的 构像方程
X p XS 0 Y p YS A p r sin Z Z r cos p S
侧视雷达的 构像方程
5.2.7 改进侧视雷达共线条件方程式坐标系
方向余弦
P ( X,Y ,Z) X
反算公式（已知P点大地坐标求p图像坐标）：
假设
共线方程的最简形式：
5.2.3 全景摄影机的构像方程
w w v s u(u) Z
z
v
t
y
s-uvw为传感器坐标系 s-uvw为成像瞬间的 像空间坐标 O-XYZ为地面坐标系
像点P 曝光缝隙 x 等效画幅式像片 P´ P(X,Y,Z) Y
5.2.1 遥感图像的通用构像方程
p
构像方程
图像坐标（x,y） 数学关系 共线方程 大地坐标（X，Y，Z）
a(x,y)
S投影中心 A(X,Y,Z)
W z
传感器坐标系S-UVW
V S U f o P(X,Y,Z) y p(x,y) x
地面坐标系O-XYZ 像点坐标系o-xyf
(XS,YS,ZS) Z Y
Z Y
地面坐标系O-XYZ中P点坐标
传感器投影中心在地面坐标 系中的坐标
O
X
5.2.2 中心投影构像方程
图像坐标（x,y,-f） 传感器坐标（U,V,W）
U p x Vp p y W p
f
z
W V y o U p ( x, y) x
X
O
x
旋转矩阵
5.2.4 推扫式传感器的构像方 程
多中心投影（每个 像元都有投影中心）； 几何关系类似于全景投 影像片（f 不变）
w w v v
x
u(u) s u v w ：遥感器坐标系 Z s uvw ：像空间坐标系
t
像点 p
O XYZ ：地面坐标系
Y
P(X,Y,X XS Y Y 0 cos sin y t t S Z f 0 sin t cos t ZS
x' p 0 y' p
2 ya f 2 (d r yr ) 2 f 2
d r 雷达扫描延迟 yr 雷达影像坐标 k 比例尺
z' p f
p
P点斜距成像坐标：
[u p , v p , w p ] [0, (d r yr ) 2 f 2 , f ]k
第五章 微波图像的几 何校正
第二节 侧视合成孔径雷达的构像方 程
5.2 遥感传感器的构像方程
5.2.1 p 5.2.2 p 5.2.3 p 5.2.4 p 5.2.5 p 5.2.6 p 5.2.7 p 5.2.8
p
遥感图像的通用构像方程 中心投影构像方程 全景摄影机的构像方程 推扫式传感器的构像方程 扫描式传感器的构像方程 侧视雷达的构像方程 改进侧视雷达的构像方程 基于多项式的传感器校正模型
0 1 0 R 0 cos sin t t 0 sin t cos t
5.2.5 扫描式传感器的构像方程
5.2.6 侧视雷达的构像方程
总结：
X p XS x Y p YS A p y Z Z f p S
S ( X S ,Y S , f ZZS) Y O
X p XS Up XS x Y p YS A V p YS A p y Z Z W Z f S p p S
O 构像方程中的坐标系
X
地图坐标系Om-XmYm
在地面坐标系与传感器坐标系之间 建立的转换关系称为通用构像方程
W
传感器坐标系S-UVW中P点的坐标
V S
P(U,V,W)
U (XS,YS,ZS)
X p XS Up Y p YS A V p Z Z W p S p
合成孔径雷达单位向量
5.2.8 基于多项式的传感器校正模 型
基于构像方程的锚点校正法
每个像元按构像方程进行校正是不可取的； p 格网_计算格网点坐标矢量(构像方程)_网格内的 点按一次多项式内插。
p
共线条件方程式-内外方位元素
内方位元素3个参数： 像主点e’,相对于影像中 心位置（x’e,y’e）,等效 焦距f. 外方位元素6个参数： 3个线元素，物方空间 坐标位置Xp,Yp,Zp; 3个角元素：ω俯仰， κ偏航，φ翻滚.
共线条件方程式-像点坐标和物方坐标
p
扫描线上P的像点坐标
x' p , y ' p , z ' p
共线条件方程式-构像方程
0f (X) (Z ) (Y ) (Z ) (d r yr ) 2 f 2 f
( X ) a11 ( X p X s ) a21 (Yp Ys ) a31 ( Z p Z s ) (Y ) a12 ( X p X s ) a22 (Yp Ys ) a32 ( Z p Z s ) ( Z ) a ( X X ) a (Y Y ) a ( Z Z ) 13 p s 23 p s 33 p s