合成孔径雷达概述(SAR)
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
合成孔径雷达（SAR）合成孔径雷达产生的过程为了形成一幅真实的图像增加两个关键参数：分辨率、识别能力。
合成孔径打开了无限分辨能力的道路相干成像特性：以幅度和相位的形式收集信号的能力相干成像的特性可以用来进行孔径合成民用卫星接收系统SEASA T、SIR-A、SIR-B美国军用卫星(LACROSSE)欧洲民用卫星（ERS系列）合成孔径雷达(SAR)是利用雷达与目标的相对运动将较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大孔径的等效天线孔径的雷达。
特点：全天候、全天时、远距离、和高分辨率成像并且可以在不同频段不同极化下得到目标的高分辨率图像SAR高分辨率成像的距离高分辨率和方位高分辨率距离分辨率取决于信号带宽方位高分辨率取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽相干斑噪声机载合成孔径雷达是合成孔径雷达的一种极化：当一个平面将空间划分为各向同性和半无限的两个均匀介质，我们就可以定义一个电磁波的入射平面，用波矢量K来表征：该平面包含矢量K以及划分这两种介质的平面法线垂直极化（V）：无线电波的振动方向是垂直方向与水平极化（H）：无线电波的振动方向是水平方向TE波：电场E与入射面垂直TH波：电场E属于入射平面合成孔径雷达的应用军事上、地质和矿物资源勘探、地形测绘和制图学、海洋应用、水资源、农业和林业合成孔径雷达在军事领域的应用：战略应用、战术应用、特种应用。
SAR系统的几个发展趋势：多波段、多极化、多视角、多模式、多平台、高分辨率成像、实时成像。
SAR图像相干斑抑制的研究现状分类：成像时进行多视处理、成像后进行滤波多视处理就是对同一目标生成多幅独立的像，然后进行平均。
这是最早提出的相干斑噪声去除的方法，这种技术以牺牲空间分辨率为代价来获取对斑点的抑制成像后的滤波技术成为SAR图像相干噪声抑制技术发展的主流均值滤波、中值滤波、维纳滤波用来滤去相干斑噪声，这种滤波方法能够在一定程度上减小相干斑噪声的方差合成孔径雷达理论概述合成孔径雷达是一种高分辨率成像雷达，高分辨率包含两个方面的含义：方位向的高分辨率和距离向高分辨率。
第6章 合成孔径雷达(SAR)
第6章合成孔径雷达SAR
简介
• 简介（续）
– 相参积累无需多个阵元同时发射和接收
– 合成孔径天线：运动小天线多脉冲相参积累， 能获得沿运动轨迹的等效长线阵的方位（切向） 分辨力。采用该技术的机载（空载）雷达称为 合成孔径雷达（SAR） – 微波成像雷达 SAR：雷达移动，被测目标固定 ISAR：雷达固定，被测目标运动
x(t)
(a)
(b)
y
3 dB
r ,3 dB
Rl 0.44 L
y瑞利 r ,瑞利
1l R 2L
– 合成孔径长度 L = vpT
– 孔径边缘双程相位差
L R ( R DR) 2 2
2
2
L 1 DR 2 2R
1 l 1 R Rl 2 Lmax 2
第6章合成孔径雷达SAR
SAR工作原理
• SAR工作原理
– SAR工作方式：正侧视、斜侧视、多普勒波束 锐化、聚束定点照射等
– 正侧视SAR 天线波束指向垂直于平台运动方向 – 角度分辨力：
• 定义1：天线方向图的半功率（3dB）宽度
• 定义2：天线方向图的 2/p 强度处（4dB）宽 度，也称瑞利分辨力
2
– 允许的双程相位差为p /2 => DR l/8
Lmax Rl r ,瑞利
第6章合成孔径雷达SAR
非聚焦处理
R＋
0
l/8
Le
R0
T
第6章合成孔径雷达SAR
聚焦处理
• 聚焦处理：球面波相参积累
– 阵列边缘产生的平方项可在信号处理中补偿， 合成孔径长度 波束宽度覆盖的长度
– 瑞利切向分辨力（切向覆盖宽度）
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）是一种利用计算机合成宽波束照片质量的雷达。
合成孔径雷达工作原理是通过天线阵列或天线上的高速振动装置连续发射短脉冲，然后接收被地面或目标反射回来的雷达信号。
接收的信号会通过相位稳定的混频器进行频率转换后，经过有限带宽宽余滤波器滤波。
滤波后的信号通过采样器进行模数转换，并送往数字信号处理单元。
接收到的一系列回波信号通过复杂的信号处理算法进行时频分析，并利用相位、幅度和频率信息进行高精度的距离测量和目标成像处理。
由于合成孔径雷达所接收到的信号来自不同的角度和瞬时位置，经过处理后就能够形成一个综合的、高分辨率的二维或三维雷达图像。
合成孔径雷达工作的基本原理是以一个相对较小的发射天线，通过采集和处理多个脉冲零散的数据，综合形成一个较长的虚拟天线，从而获得较高的方位分辨率。
这种虚拟天线的长度等于所有采集的零散数据的长度之和。
合成孔径雷达在成像质量方面优于传统雷达，主要因为它能够获得较高的方位分辨率。
通过相位偏移校正技术，合成孔径雷达能够消除多普勒频移引起的模糊和模糊，从而获得高质量的雷达图像。
此外，合成孔径雷达还具有对目标进行全天候、全地形、长距离的监测能力。
综上所述，合成孔径雷达通过计算机处理和合成多个零散数据，形成一个虚拟天线，从而获得高分辨率和高质量的雷达图像。
这使得合成孔径雷达在航空、航天、地质勘探等领域具有重要应用价值。
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。
sar的介绍和测试
仿真测试环境
利用计算机仿真技术模拟 SAR系统的运行，以便进 行快速、低成本的测试。
测试方法
功能测试
验证SAR系统的主要功能是否 正常工作，如成像、目标检测
与跟踪等。
性能测试
评估SAR系统的性能指标，如 分辨率、灵敏度、抗干扰能力 等。
兼容性测试
检查SAR系统与其他设备或系 统的兼容性，以确保协同工作 。
SAR不受光照和时间限制，可在任何 天气和时间条件下工作，具有全天候、 全天时的特点。
SAR的工作原理
SAR通过在飞行过程中不断向地面发送电磁波信号，并接收反射回来的信号，利用信号的相位和幅度 信息，经过处理后形成高分辨率的图像。
SAR的分辨率取决于其发射信号的波长和天线的大小，具有较高的横向分辨率和较低的纵向分辨率。
极化SAR技术
总结词
极化SAR技术能够提供更多地面目标信息， 有助于提高遥感监测和识别精度。
详细描述
极化SAR技术通过采用不同极化方式获取地 面目标的多种极化信息，能够更好地分辨出 不同目标，如建筑物、车辆和树木等。此外， 极化SAR技术还可以提供地表结构、土壤湿 度等信息，为地质勘查、农业监测等领域提 供更全面的遥感监测数据。
辨率。
补偿算法
03
采用合适的算法实现运动补偿，如卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤
波等。
03 SAR系统的组成
发射机
1
发射机是SAR系统中的重要组成部分，负责产生 和发射电磁波信号。
2
它通常包括信号源、调制器、功率放大器等部分， 能够产生高功率的射频信号，并通过天线辐射到 空间中。
3
发射机的性能指标包括发射频率、发射功率、波 形质量等，这些指标直接影响着SAR图像的质量 和分辨率。
合成孔径雷达SAR综述
合成孔径雷达SAR综述合成孔径雷达(SAR) 是一种高分辨机载和星载遥感技术，用于对地形等场景上的远程目标进行成像。
1951 年，Carl Wiley 意识到，如果在雷达沿直线路径移动时收集回波信号，则接收信号的多普勒频谱可用于合成更长的孔径，以便提高沿轨道维度的分辨率。
1953 年，当一架 C-46 飞机绘制佛罗里达州基韦斯特的一段地图时，形成了第一张实测SAR 图像。
第一个星载卫星SAR 系统由美国国家航空航天局 (NASA) 的研究人员开发并于 1978 年投入 Seasat。
SAR 模式根据雷达天线的扫描方式，SAR 的模式可分为三种。
如下图所示，当雷达收集其行进区域的电磁 (EM) 反射波，观察与飞行路径平行的地形带时，这种模式称为侧视 SAR或带状 SAR。
当雷达跟踪并将其电磁波聚焦到一个固定的、特定的感兴趣区域时，这种模式称为聚束 SAR，如下图所示。
SAR 操作的另一种模式称为扫描SAR，它适用于雷达在高空飞行并获得比模糊范围更宽的条带时。
条带的这种增强会导致距离分辨率的下降。
如下图所示。
对于这种模式，照射区域被划分为几段，每段被分配到不同的条带的观察。
随着雷达平台的移动，雷达在一段时间内照射一个段，然后切换到另一个段。
这种切换是在特定的方法中完成的，使得所需的条带宽度被覆盖，并且当平台在其轨道上前进时没有留下任何空白段。
SAR 系统设计通用 SAR 系统框图如下图所示。
所有的定时和控制信号都由处理器控制单元产生。
首先，SAR 信号（线性频率调制（LFM）脉冲或阶跃频率波形）由波形发生器生成并传递到发射机。
大多数 SAR 系统使用单个天线或两个紧密放置的天线进行发射和接收，这样系统通常在单站配置下工作。
SAR 天线、转换器和天线波束形成器可沿场景或目标方向形成和引导主波束。
发射的 SAR 信号从场景或目标反射回来后，接收到的信号由 SAR 天线收集并传递给接收机。
接收机输出后的信号被模数转换器采样和数字化。
合成孔径雷达概述
合成孔径雷达概述蔡**********************二OO八年三月二十三合成孔径雷达概述1合成孔径雷达简介 (3)1.1 合成孔径雷达的概念 (3)1.2 合成孔径雷达的分类 (4)1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (5)2合成孔径雷达的发展历史 (6)2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (6)2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (7)2.1.2 世界各国的SAR系统 (10)2.2 我国的发展概况 (12)2.2.1 我国SAR研究历程表 (12)2.2.2 国内各单位的研究现状 (13)2.2.2.1 电子科技大学 (13)2.2.2.2 中科院电子所 (13)2.2.2.3 国防科技大学 (14)2.2.2.4 西安电子科技大学 (14)3 合成孔径雷达的应用 (14)4 合成孔径雷达的发展趋势 (15)4.1 多参数SAR系统 (16)4.2 聚束SAR (16)4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (17)4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (17)4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (18)4.6 性能技术指标不断提高 (18)4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (19)4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (19)4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (19)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 (20)4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (20)5 与SAR相关技术的研究动态 (21)5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (21)5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (21)5.3 SAR图像目标检测与识别 (23)5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (26)5.5 SAR图像变化检测方法 (28)5.6 干涉合成孔径雷达 (32)5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (34)5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (36)5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (38)5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (39)5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (39)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。
SAR
第一章绪论1.1.合成孔径雷达的历史、现状和发展合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是20世纪50年代初发展起来的一种新型雷达体制。
它利用合成孔径原理和脉冲压缩技术实现对观测目标的识别和成像，具有全天时，全天候工作的特点，能在云、雾、雨等恶劣气象条件下获取目标的高分辨图像。
在军事及民用领域都具有重要的研究意义和广阔的发展前景[1]。
SAR的发展历史可以追溯到上世纪中期，1951年6月，Goodyear航空公司的Carl Wiley提出[2]：可以利用频率分析的方法改善雷达方位向分辨率——正是这一创造性的思想导致了SAR的产生。
所谓“合成孔径”就是雷达载体相对于成像区域运动的同时，利用尺寸较小的真实天线以固定重复周期发射脉冲，接收并存储成像区域的回波信号，在合成孔径时间内进行相干处理，随着雷达的运动将形成比真实天线尺寸大得多的等效线性阵列天线，从而使雷达角分辨率大为改善，方位向分辨率显著提高。
1953年，亚利桑那州Goodyear研究所的雷达组根据Wiley的波束锐化思想建造了第一个机载SAR系统，与此同时，Illinois大学的一个工作组也在开发合成孔径雷达并于1953年7月采用非聚焦孔径综合的方法得到第一张SAR图像。
1953年，美国军方在Michigan大学举办了关于Wolverine计划的短期讨论会，会议决定由Michigan大学的Willow Run实验室（即后来的Environmental Research Institute of Michigan，ERIM实验室）研究光学处理器。
此后的四年，该实验室成功研制了X波段雷达和基于氦-氖激光的光学处理器并于1957年8月获得了第一张全聚焦的SAR图像[3]。
1958年，可产生条带图像的实用性机载SAR系统诞生，从此之后，合成孔径原理和合成孔径雷达被人们所认识，并得到不断发展，宣告SAR技术从理论走向实践的成功。
合成孔径雷达名词解释
合成孔径雷达名词解释
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达技术进行高分辨率成像的技术。
它通过利用雷达波束的相干性，将多次雷达波束的回波信号进行叠加处理，从而获得高分辨率的雷达图像。
以下是合成孔径雷达中一些常用的名词解释：
1. 合成孔径：指利用多次雷达波束的回波信号叠加处理，模拟出一个大孔径的雷达系统，从而获得高分辨率的雷达图像。
2. 脉冲压缩：指将雷达发射的长脉冲信号压缩成短脉冲信号，从而提高雷达的分辨率。
3. 多普勒效应：指当雷达与目标相对运动时，目标的回波信号会发生频率偏移，利用这种频率偏移可以获得目标的速度信息。
4. SAR图像：指利用合成孔径雷达技术获得的高分辨率雷达图像，可以用于地形测量、目标识别和环境监测等领域。
5. SAR干涉：指利用两个或多个合成孔径雷达获得的雷达图像进行干涉处理，可以获得地表形变、地震等信息。
6. SAR极化：指利用不同极化方式的雷达波束进行成像，可以获得目标的极化信息，用于目标识别和环境监测等领域。
7. SAR地形校正：指利用数字高程模型对SAR图像进行校正，消除地形对SAR 图像的影响，从而获得更准确的地表信息。
8. SAR遥感：指利用合成孔径雷达技术进行遥感观测，可以获得地表形态、植被覆盖、水文地质等信息，用于资源调查和环境监测等领域。
合成孔径雷达
合成孔径雷达（SAR）合成孔径雷达（SAR）数据拥有独特的技术魅力和优势，渐成为国际上的讨论热点之一，其应用领域越来越广泛。
SAR数据可以全天候对讨论区域进行量测、分析以及猎取目标信息。
高级雷达图像处理工具SARscape,能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，应用永久散射体PS、短基线处理SBAS 等方法快速精确地猎取大范围形变信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。
基本概念合成孔径雷达就是采用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一较大的等效天线孔径的雷达，也称综合孔径雷达。
合成孔径雷达的特点是辨别率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
所得到的高方位辨别力相当于一个大孔径天线所能供应的方位辨别力。
分类合成孔径雷达可分为聚焦型和非聚焦型两类。
用在飞机上或空间飞行器上可有几种不同的工作模式,最常见的是正侧视模式,称为合成孔径侧视雷达；此外还有斜视模式、多普勒波束锐化模式和定点照耀模式等。
假如雷达保持相对静止，使目标运动成像,则成为逆合成孔径雷达，也称距离-多普勒成像系统。
合成孔径雷达在军事侦察、测绘、火控、制导，以及环境遥感和资源勘探等方面有广泛用途。
进展概况合成孔径的概念始于50年月初期。
当时，美国有些科学家想突破经典辨别力的限制，提出了一些新的设想：采用目标与雷达的相对运动所产生的多普勒频移现象来提高辨别力；用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高辨别力。
50年月末，美国研制成第一批可供军事侦察用的机载高辨别力合成孔径雷达。
60年月中期，随着遥感技术的进展，军用合成孔径雷达技术推广到民用方面，成为环境遥感的有力工具。
70年月后期，卫星载合成孔径雷达和数字成像技术取得进展。
美国于1978年放射的〃海洋卫星〃A号和80年月初放射的航天飞机都试验了合成孔径雷达的效果，证明白雷达图像的优越性。
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。
合成孔径雷达
分辨率 /m
工作模式
用途
聚束式、条带式、 广域覆盖、条带式、 扫描式 点状式、马赛克式 全天时、全天候侦 军事情报搜集、敌 察能力 方重划、 灾害管理、环保
合成孔径雷达
应用
合成孔径雷达应用
军用：
战略应用：全天候全球战略侦察，全天候海洋 军事动态监视，战略导弹终端要点防御的目标 识别与拦截，战略导弹多弹头分导自动导引， 轨道平台开口的识别与拦截，对战略地下军事 设施的探测。 战术应用：全天候重点战区军事去态监视，大 型坦克群的成像监视，反坦克雷场的探测。
个新的科研热点。
谢谢欣赏
Synthetic Aperture Radar
合成孔径雷达
发展趋势
合成孔径雷达发展方向
多参数合成孔径雷达 干涉式合成孔径雷达
动目标检测与动目标成像技术
小型化技术和星座对地观测技术 实时信号处理和先进的成像技术
多参数合成孔径雷达系统
多参数包含多极化、多频段及多视角等内容。 当合成孔径雷达系统发射不同波段、不同极化的 电磁波且电磁波以不同入射角照射地物时，合成 孔径雷达系统会接收到不同的地物微波散射信息。 不同的极化方式能使被探测的地物具有不同的电 磁响应，即具有不同的后向散射特性，地物层次 变化对比亦不相同。
合成孔径雷达原理
多普勒频移：当雷达沿轨道飞行时,被成像的地 面目标与雷达间存在相对运动,因而被地面反射 回来的雷达脉冲频率产生漂移。 合成孔径雷达正是利用多普勒频移现象来改善 雷达成像的方位向分辨率的。 其方位分辨率与波长和斜距无关，是雷达成像
技术的一个飞跃，因而具有巨大的吸引力，特
别是对于军事和地理遥感的应用更是如此。
合成孔径雷达应用
民用：
合成孔径雷达原理(SAR)
fd
2va2
R0
(t
t0)
随时间呈线性变化。
回波信号是一种线性调频信号，其调制斜率为：
ka
2va2
R0
f
回波信号频率
f0
0
t0 Ts 2 t0
t0 Ts 2 t
发射信号相位 （线性相位） t0
t
回波信号相位 （二次相位）
点目标p引起的Doppler有一个范围，以 t t0为中
fd1
2va2
R0
t0Biblioteka Ls 2va t0
2va2
R0
Ls 2va
2va2
R0
Ts 2
在 t t0 时刻以后，t t0为正，fd 为负值，其最大
值发生在 移为：
t
t0
Ls / va
2
t0
Ts 2
，此时的Doppler频
fd2
2va2
t1 Tr t2
第一模糊区
Tr
1 fr
t1
2R1 c
Tr
t2
2R 2 c
有可能有： t2 t1 Tr
示器上出现在
引起距离模糊 ，p2的回波在显
R2
1 2
(t2
Tr )c
fr的选择必须考虑最大作用距离Rmax的要求，即
fr
c 2R max
,
Tr
2R max c
对于SAR要求：
Dx
s
x
合成孔径雷达(SAR)
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:
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:
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
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
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 )}
sar原理
sar原理SAR原理。
SAR（Synthetic Aperture Radar）合成孔径雷达是一种通过合成孔径技术来获取雷达图像的雷达系统。
它利用雷达信号的相位信息来合成一个大孔径，从而获得高分辨率的雷达图像。
SAR系统通常安装在飞机、卫星等载体上，可以对地面、海洋等目标进行高分辨率成像，具有全天候、全天时、全地域的观测能力。
SAR原理的核心是合成孔径技术。
合成孔径技术是利用雷达系统飞行或移动时的相对运动，通过对接收到的雷达信号进行处理，实现合成一个大孔径，从而达到高分辨率成像的目的。
在SAR系统中，通过不断接收目标散射的雷达信号，并记录下相位信息，然后利用目标与雷达之间的相对运动，将这些信号进行合成，最终形成高分辨率的雷达图像。
SAR系统的工作原理可以简单概括为，首先，SAR系统发射一束脉冲雷达信号，然后接收目标反射回来的信号。
由于SAR系统的载体（如飞机、卫星）在发射和接收信号的过程中会发生相对运动，因此接收到的信号会包含相位信息。
接着，SAR系统将这些接收到的信号进行处理，利用合成孔径技术将相位信息合成，最终得到高分辨率的雷达图像。
SAR原理的优点在于其具有全天候、全天时、全地域的观测能力。
由于SAR系统不受天气、光照等自然条件的限制，因此可以在任何时间、任何地点对目标进行观测和成像。
这使得SAR系统在军事侦察、灾害监测、资源调查等领域具有重要的应用价值。
除此之外，SAR系统还具有高分辨率、大覆盖面积的特点。
利用合成孔径技术，SAR系统可以获得数米甚至亚米级的分辨率，能够清晰地显示目标的细节特征。
同时，SAR系统在一次观测中可以覆盖大范围的地面，实现对大面积目标的快速成像，具有高效的观测能力。
总的来说，SAR原理是通过合成孔径技术实现高分辨率雷达成像的原理。
它具有全天候、全天时、全地域的观测能力，适用于多种领域的应用。
随着雷达技术的不断发展，SAR系统将在军事侦察、灾害监测、资源调查等领域发挥越来越重要的作用。
SAR成像与成像算法
SAR 成像1 合成孔径雷达(SAR1.1 SAR 简介合成孔径雷达(SAR是一种可以全天候、全天时工作的高分辨率成像雷达。
它利用天线和目标之间相对运动而形成等效合成孔径,解决了雷达设计中高分辨率与大尺寸天线和短工作波长之间的矛盾,在遥感和国防中潜在着极大的应用价值。
星载SAR 一般工作在正侧视状态,但在特殊应用中,也会工作在斜视状态。
图1给出了星载SAR 正侧视模式的空间几何关系。
飞行路径在地面上的投影(地面轨迹方向称为方位方向,而与其垂直的方向称为距离方向。
距离向使用脉冲压缩技术实现高分辨率;方位向利用多普勒效应,经过相干处理得到高分辨率。
图1 SAR 的几何关系1.2 SAR 信号模型:SAR 信号可以分为距离向信号和方位向信号。
首先考虑SAR 距离向信号。
SAR 距离像脉冲可表示为:((20(cos 2r rs rect f K T ττπτπτ=+ (1.2.1其中,r T 为脉冲持续时间,r K 为距离向昧冲的调频率,0f 为中心频率,τ以脉神中心为参考原点。
任一照射时刻的反射能量脉冲波形和照射区域内地面反射系数r g 的卷积,如下所示:(((r r s g s τττ=⊗ (1.2.2 考察距雷达0R 处的一个目标点,其后向散射系数0σ的幅度为A ,则式(1.2.2中的(02r g A R c δτ=-,其中c 为光速,02R c 为该点的信号延时。
所以可知,该点目标的接收信号为:((((200002(cos 222r r rR cs Arect f R c K R c T ττπτπτφ-=-+-+(1.2.3其中,φ表示地表散射过程可能引起的首达信号相位改变。
现在考虑方位向信号。
由于大多数SAR 天线在方位面内没有加权,其单程方向图可以近似为一个sin c 函数:(0.886sin a bwP c θθβ⎛⎫≈⎪⎝⎭(1.2.4 其中θ为斜距平面内测得的与视线的夹角,bw β方位向波束宽度0.886a L θλ,a L 为方位向天线长度。
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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。
它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向双向高分辨率遥感成像的雷达系统，在成像雷达中占有绝对重要的地位。
近年来由于超大规模数字集成电路的发展、高速数字芯片的出现以及先进的数字信号处理算法的发展，使SAR具备全天候、全天时工作和实时处理信号的能力。
它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率雷达图像，为人们提供非常有用的目标信息，已经被广泛应用于军事、经济和科技等众多领域，有着广泛的应用前景和发展潜力。
国内外越来越多的科技研究者已投身于这一领域的研究。
在早期研究雷达成像系统时采用的是真实孔径雷达系统(Real Aperture Radar)。
真实孔径雷达成像系统及处理设备相对较为简单，但它存在一个难以解决的问题，就是其方位分辨率要受到天线尺寸的限制。
所以要想用真实孔径雷达系统获得较高的分辨率，就需要较长的天线。
但是所采用天线的长短往往又受制于雷达系统被载平台大小的限制，不可能为了提高分辨率无休止地增加天线长度。
幸运地是，随着雷达成像理论，天线设计理论、信号处理、计算机软件和硬件体系的不断完善和发展，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)的概念被提出来。
合成孔径雷达系统的成像原理简单来说就是利用目标与雷达的相对运动，通过单阵元来完成空间采样，以单阵元在不同相对空间位置上所接收到的回波时间采样序列去取代由阵列天线所获取的波前空间采样集合。
只要目标被发射能量波瓣照射到或位于波束宽度之内，此目标就会被采样并被成像。
利用目标－雷达相对运动形成的轨迹来构成一个合成孔径以取代庞大的阵列实孔径，从而保持优异的角分辨率。
从潜在的意义上来说，其方位分辨率与波长和斜距无关，是雷达成像技术的一个飞跃，因而具有巨大的吸引力，特别是对于军事和地理遥感的应用更是如此。
因此，合成孔径雷达(SAR)已经成为雷达成像技术的主流方向。
1.1 合成孔径雷达的概念合成孔径雷达是一种高分辨率相干成像雷达。
高分辨率在这里包含着两方面的含义：即高的方位向分辨率和足够高的距离向分辨率。
它采用多普勒频移理论和雷达相干理论为基础的合成孔径技术来提高雷达的方位向分辨率；而距离向分辨率的提高则通过脉冲压缩技术来实现。
它的具体含义我们可以通过以下四个方面来理解：（1）从合成孔径的角度。
它利用载机平台带动天线运动，在不同位置上以脉冲重复频率（PRF）发射和接收信号，并把一系列回波信号存储记录下来，然后作相干处理，就如同在所经过的一系列位置上，都有一个天线单元在同时发射和接收信号一样，这样就在平台所经过的路程上形成一个大尺寸的阵列天线，从而获得很窄的波束。
如果脉冲重复频率达到一定程度（足够高），以致相邻的天线单元间首尾相接，则可看作形成了连续孔径天线。
诚然这个大孔径天线要靠信号处理的方法合成。
这种解释方法给出了合成孔径的字面解释。
（2）从多普勒频率分辨的角度。
如果我们考察点目标在相参脉冲串中的相位历程，求出其多普勒频移，对于在同一波束、同一距离波门内但不同方位的点目标，由于其相对于雷达的径向速度不同而具有不同的多普勒频率，因此可以用频谱分析的方法将它们区分开。
这种理解又被称为多普勒波束锐化。
（3）从脉冲压缩的角度。
对于机载正侧视测绘的雷达，地面上的点目标在波束扫描过的时间里，与雷达相对距离变化近似地符合二次多项式。
点目标对应的横向回波为线性调频信号，该线性调频信号的调频斜率由发射信号的波长、目标与雷达的距离及载机的速度决定。
对此线性调频信号进行匹配滤波，及脉冲压缩处理，就可以获得比真实天线波束窄得多的方位分辨率。
因此在SAR信号处理中，经常有纵向压缩、横向压缩的说法。
（4）从光学全息照相的角度。
如果将线性调频信号作为合成孔径雷达的发射信号，则一个点目标的回波在记录胶片上将呈现Fresnel衍射图，这点和点目标的光学全息图很相似。
因此可以用光学全息成像的步骤，来得到原目标的图像。
这种与全息照相的相似性，启发了早期的研究者采用光学处理器来实现合成孔径雷达信号处理。
以上几种说明虽然从不同的角度出发来说明合成孔径的概念，但都揭示了合成孔径雷达的本质特征，从而为深入理解合成孔径雷达的概念指明了方向。
1.2 合成孔径雷达的分类一般情况下合成孔径雷达根据雷达载体的不同，可分为星载SAR，机载SAR 和无人机载SAR等类型。
根据SAR视角不同，可以分为正侧视、斜视和前视等模式。
根据SAR工作的不同方式，又可以分为条带式(Stripmap SAR)，聚束式(Spotlight SAR)，扫描式(Scan SAR)等(如图1.1所示)。
它们在技术上各具特点，应用上相辅相成。
目前世界上能够使用的星载和机载SAR系统共有28个。
其中处于使用状态的星载SAR系统共有5个。
而处于使用状态的机载SAR系统有23个。
多数系统具有多种极化方式。
最大分辨力30×30cm。
最大传输数据率100M字节/秒。
1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点（1）二维高分辨力。
（2）分辨力与波长，载体的飞行高度，雷达的作用距离无关。
（3）强透射性：不受气候、昼夜等因素影响，具有全天候成像优点；如果选择合适的雷达波长，还能够透过一定的遮蔽物。
（4）包括多种散射信息：不同的目标，往往具有不同的介电常数、表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。
（6）多极化，多波段，多工作模式。
（7）实现合成孔径原理，需要复杂的信号处理过程和设备。
（8）与一般相干成像类似，SAR图像具有相干斑效应，影响图像质量，需要用多视平滑技术减轻其有害影响。
2合成孔径雷达的发展历史2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状雷达诞生于二战中，从雷达诞生起，就与国防密切不可分，战场上希望在雷达屏幕上能看到目标的真实图像，而不仅是一个亮点。
五十多年来人们一直在寻找提高分辨率的方法，由于信息论在雷达信号处理领域中的应用和高速数字处理器件的出现。
以及现代信号处理的不断发展，导致了高分辨成像雷达的诞生与发展。
这使得人们能够在雷达屏幕上看到了目标的图像。
成像雷达的出现使雷达具有了对运动目标、地面目标进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力。
它对国防现代化建设具有十分重要的意义。
成像雷达技术越来越受到重视，发展迅速。
现在不仅有各种实孔径成像雷达，而且有各种机载的、星载的和航天飞机载的用于不同目的合成孔径雷达，并且还出现了逆合成孔径雷达和干涉成像雷达。
合成孔径雷达是一有源系统，主动向目标发射电磁波，利用接收到的目标回波的信号经处理后成像。
因此合成孔径雷达具有全天时全天候工作能力。
合成孔径雷达的思想首先是在1951年6月由美国Goodyear航空公司的Carl Wiley在“用相干移动雷达信号频率分析来获得高的角分辨率”的报告中提出的。
报告中提出了将多普勒频率分析应用于相干移动雷达，通过频率分析可以改善雷达的角分辨率，即“多普勒波束锐化”的思想；同时，证明了移动雷达的角分辨率因回波信号中多普勒频率的结构有可能提高，回波信号的瞬时多普勒频移与被测目标沿航迹方向的位置之间存在着一一对应的关系，回波信号的多普勒带宽与波束带宽有关，最窄的角波束发生在垂直于雷达平台速度矢量的侧方。
同年，美国Illinois大学控制系统实验室的一个研究小组在C.W. Sherwin的领导下开始对SAR的研究，当时采用的是非相干雷达，发射波束宽度为4.13 度，经过孔径综合后波束宽度变为0.4度。
他们证实了“多普勒波束锐化”的概念，从而在理论上证明了SAR原理，而且于1953年7月成功地研制了第一部X波段相干雷达系统，首次获得了第一批非聚焦SAR图像数据，为以后的聚焦型SAR 的研究奠定了基础。
1953年夏，在美国Michigan大学举办的研讨会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线合成为大尺寸的线性天线阵列的概念，即没有必要象真实天线那样在各个位置连续发射和接收，可先在第一阵元位置发收，再在第二阵元位置发收，依次操作并将接收到的回波信号全部储存起来，等最后一个阵元位置发收完毕后将所储存的全部回波信号进行叠加，其效果类似于长线阵天线连续发射和接收(其实，只需用一小天线沿此长线阵轨迹方向前进并发射和接收相干回波信号，对所记录下的接收信号进行适当处理，即可获得一条合成孔径天线的方位向高分辨率)，进而推导出SAR的聚焦和非聚焦工作模式；并在1957年8月成功研制出第一个聚焦式光学处理机载合成孔径雷达系统，获得了第一幅全聚焦SAR图像，从此SAR技术进入实用性阶段。