合成孔径雷达

f
1 T
v
7
多普勒效应三种情况
1. 观察者静止，波源相对于 媒质运动
波源以速度vs接近观察者
经过时间T（波周期）：
SS ' vs
T
vs f
B点接收到的声波波长为
' S ' B SB SS ' v vs v vs
ff f
频率为 f ' v v f ' v vs
f ' f
波源运动速度vs背离观察者 波长和频率分别为
合成孔径雷达
1.多普勒效应 2.方位分辨率 3.距离分辨率
1
合成孔径？
合成孔径雷达长度
天线孔径
天线孔径观测范围
观测目标 2
合成孔径雷达观测示意图 地距
3
合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率
距离分辨率： 由脉冲持续时间τ或者等价 的脉冲宽度确定
y c 2 sin
θ是入射角，c是电磁波传 播速度，cτ =Δr是雷达的 脉冲宽度
方位方向
合成孔径雷达的方位分辨率：
x r
r
x
2 X D sin
Hale Waihona Puke Baidu
真实孔径雷达的孔径尺度 D 与 2 XDsin ψ 具有相同的作用，等同于通过合成孔径技术
取得了一个比较大的天线孔径。
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距离分辨率推导
S：卫星 θ：入射角 SC：卫星与探测点之间的距离 AB：距离分辨率，用δy表示
根据直角三角形各边的关系，δy与线段
对于真实孔径和合成孔径雷达来 说，两者的距离分辨率是一样的。
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方位分辨率：由多普勒效应产生
x
r
2 X D sin
XD 是卫星在整个采样时间内移动的距离，λ是雷达发射的 电磁波波长，r是从卫星到探测点的距离（斜距），ψ是 方位角（雷达波束与卫星飞行方向间的夹角）。
真实孔径雷达（侧视雷达）的方位分辨率
v
3.波源、观察者均相对于媒质运动
波源以速度 vs、观察者以速度 vo 互相接近.
相当于声波传播速度变为 v+vo，则可得到接收 到的频率表达式：
f ' v vo v vo f
vsT v vs
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多普勒效应与合成孔径雷达
雷达发射电磁波频率为 f0，卫星与被观测点之间存在相对 运动，相对速度 w’等于卫星速度矢量 w 在波束方向上的投影：
w' wcos
被观测点所接收的电磁波频率f ’为
c f ' c w' f0
到达被观测点的电磁波以频率 f ’ 散射，一部分被雷达接收。由于 相对运动，此时被观测点成为波源。雷达接收到的回波频率 f 为
f
c w' c
f
'
c w' c w'
f0
波束指向卫星前下方：
f f0
波束指向卫星后下方：
f f0
入射角越大，距离分辨率越高；反之越低。
利用技术：脉冲压缩技术
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谢谢！
EB有关，
y AB EB sin
为了分辨A点和B点，从这两点返回的电磁波束不能重
合，这就要求EB的长度大于或等于脉冲宽度的一半。
线段EB和脉冲持续时间τ的关系为 2 EB c
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y
c 2 sin
距离分辨率与脉冲持续时间τ成正比，与入射角θ成反比:
脉冲持续时间越短，距离分辨率越高；反之越低
分辨率
2w sin
根据离散数据的谱估计理论可知，频率分辨率由
采样长度决定，等于采样长度的倒数。因此，多普
勒频率的分辨率 |δΩ| 可以通过采样时间长度 tS 近似
地表示为
1
ts
2wts sin
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X D wts：整个采样时间 ts 内卫星移动距离
SAR
2 X D sin
飞行方向 r
" v vs
f
f " v f v vs
f '' f
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2.波源静止，观察者相对于媒质运动
观察者以运动速度vo接近波源
相当于声波传播速度变为 v+vo，而波长不变
则可获得接收到的频率表达式：
λ
f ' v vo v vo f
S
B
v
观察者以运动速度 vs 远离波源
f ' v vo v vo f
合成孔径雷达使用较小孔径通过多普勒频移合成技术实现 十米量级的高分辨率。
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多普勒效应简介
当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率会产生差别， 这种现象叫多普勒效应。
两者相互接近时，观察者接收到的频率升高；两者相互远离时，观察者接收到的频率 降低。
1842年奥地利物理学家多普勒 某一波源发出的声波频率为 f，波长为 λ；声波传播速度 v
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方位分辨率推导
多普勒频率：由相对运动引起的接收频率和发射 频率之间的“差频”
f
f0
c w' c w'
f0
f0
2w' c w'
f0
2w' c(1 w'/ c)
f0
w' = 1 c
2w' c
f0
2w'
2w cos
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多普勒频率的微分：
2wsin
若以 δΩ 表示多普勒频率的分辨率，δψ 表示方位角
R
r
D
λ：雷达发射的电磁波波长
r：从卫星到探测点的距离（斜距）
D：真实孔径雷达的孔径长度
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x r 2 X D sin
R
r
D
D与2 XDsin ψ具有相同的作用
对于卫星高度为750km，微波波长为5cm（C波段）的 真实孔径雷达，实现100m星下点方位分辨率所需的孔径 长度为375m；L波段（23.5cm）则为1.8km！