合成孔径雷达
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sar孔径合成原理
合成孔径雷达sar孔径合成原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达原理进行成像的技术。
它通过利用雷达的回波信号进行数据处理，实现高分辨率、大覆盖面积的地面成像。
而SAR的核心技术之一就是孔径合成原理。
孔径合成原理是利用雷达的运动产生的多个回波信号进行合成，从而得到高分辨率的成像。
与传统雷达不同，SAR的发射器和接收器不是静止不动的，而是在飞机、卫星等平台上运动。
正是因为这种运动，SAR能够利用多个回波信号进行合成，达到提高分辨率的效果。
SAR的孔径合成原理可以通过以下几个步骤来解释：1. 发射信号：SAR首先向地面发射一束射频信号。
这个信号在空中传播并与地面物体相互作用后，会产生回波信号。
2. 接收信号：接下来，SAR接收器会接收到地面反射回来的回波信号。
这些信号包含了地面物体的散射特性，可以提供有关地面物体的信息。
3. 信号处理：接收到回波信号后，SAR会对这些信号进行处理。
首先，对回波信号进行时域压缩处理，以减小信号的时延。
然后，对压缩后的信号进行频域处理，通过傅里叶变换等算法，将信号转换为频域数据。
4. 孔径合成：在信号处理的过程中，SAR会利用雷达平台的运动信息，将多个回波信号进行合成。
SAR的雷达平台在运动过程中，相当于一个虚拟的大孔径天线，可以接收到多个不同位置的回波信号。
通过对这些信号进行合成处理，可以得到高分辨率的成像结果。
5. 成像显示：最后，SAR将合成后的信号进行成像显示。
利用合成的回波信号，SAR可以得到高分辨率、清晰度高的地面图像。
这些图像可以用于地质勘探、军事目标识别、环境监测等领域。
需要注意的是，SAR的孔径合成原理要求雷达平台在运动过程中保持稳定，并且要有较高的精度。
这样才能保证合成后的图像质量。
此外，SAR的孔径合成原理也要求对回波信号进行准确的处理和合成算法。
只有在合适的处理和算法下，才能获得理想的成像结果。
《合成孔径雷达》课件
总结词：气象观测中的重要手段
总结词：地质勘查中的重要工具详细描述：合成孔径雷达（SAR）在地质勘查中发挥着重要作用，能够观测地表和地下地质结构，提供高分辨率的地质数据，帮助地质学家更好地了解地质构造和资源分布。案例分析：合成孔径雷达在地质勘查中的应用案例包括矿产资源勘查、地震灾害评估、土地利用调查等。例如，在中国西部地区，科学家使用合成孔径雷达对矿产资源进行勘查，发现了大量的煤炭和石油资源。结论：合成孔径雷达在地质勘查中的应用具有重要意义，能够提高地质学家对地质构造和资源分布的了解和勘查准确性。
起源
随着技术的不断进步，合成孔径雷达在分辨率、速度、体积和重量等方面不断优化，应用领域也不断拓展。
发展历程
未来，合成孔径雷达将继续朝着更高分辨率、更小体积、更低成本的方向发展，同时与其他技术如人工智能、物联网等结合，拓展更多的应用场景。
未来展望
02
合成孔径雷达的应用
合成孔径雷达能够穿透云层和伪装，提供高分辨率的战场侦察图像，帮助指挥官了解敌情。
பைடு நூலகம்
气象研究
合成孔径雷达可以用于观测地球表面的地形、地貌、植被等信息，为地球科学研究提供数据支持。
地球观测
通过合成孔径雷达的高清图像，可以发现和识别古代遗址和文物，为考古研究提供新的手段。
遥感考古
03
合成孔径雷达系统组成
03
发射机的性能指标包括输出功率、效率、波形质量等，直接影响着合成孔径雷达的作用距离和分辨率。
THANKS
感谢观看
信号处理包括脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等技术，以提高雷达的分辨率、检测能力和抗干扰能力。
信号处理的性能指标包括处理精度、实时性、稳定性等，直接影响着合成孔径雷达的整体性能。
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）
合成孔径雷达指数
合成孔径雷达指数什么是合成孔径雷达指数合成孔径雷达指数（Synthetic Aperture Radar Index，SAR Index）是一种用于评估合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）的性能和质量的指标。
它可以反映出合成孔径雷达系统的成像能力、图像分辨率和物体检测能力等关键参数，是评价合成孔径雷达技术的重要标准之一。
合成孔径雷达指数的计算方法合成孔径雷达指数通常包括以下几个方面：1. 分辨率指数分辨率是合成孔径雷达图像中显示目标细节清晰度和分离度的能力。
分辨率指数用于评估合成孔径雷达在不同扫描角度、天气条件下的分辨率表现，常用的指标有雷达幅宽、波长和天线孔径等。
2. 干扰抑制指数合成孔径雷达运行环境中存在的各种干扰信号会对雷达图像的质量和检测性能造成影响。
干扰抑制指数用于评估合成孔径雷达系统在不同环境条件下对干扰信号的抑制能力，常用的指标有信噪比、相干度和杂波抑制比等。
3. 目标检测指数合成孔径雷达在目标检测中的表现直接影响系统的实用性和应用范围。
目标检测指数用于评估合成孔径雷达对不同目标类型的检测能力，常用的指标有目标信号增益、误检率和虚警概率等。
4. 地物分类指数地物分类是合成孔径雷达在应用中的一个重要环节，对于识别和区分不同类型的地物具有重要意义。
地物分类指数用于评估合成孔径雷达系统在地物分类任务中的性能表现，常用的指标有分类精度、判断准确率和漏判率等。
合成孔径雷达指数的应用合成孔径雷达指数的应用十分广泛，涵盖了军事、航空航天、船舶、气象、环境监测等多个领域。
1. 军事应用合成孔径雷达可以用于军事侦察、目标探测和精确打击等任务，而合成孔径雷达指数则可以评估其在这些任务中的性能。
通过合成孔径雷达指数，军方可以评估不同型号、不同参数的合成孔径雷达设备的优劣，以选取适合自身需求的设备。
2. 航空航天应用合成孔径雷达广泛应用于航空航天领域，包括航天器的姿态控制、空间目标的监测等。
合成孔径雷达
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 EB有关，
EB y AB 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
12
X D wts ：整个采样时间 t 内卫星移动距离 s
2 X D sin
SAR r
飞行方向
方位方向
合成孔径雷达的方位分辨率：
r x r 2 X D sin
x
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。
f ' v vo
λ
S B
v vo f 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
9
多普勒效应与合成孔径雷达
v vs " f
v f " f v vs
f '' f
8
频率为
v f ' f ' v vs
f ' f
v
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： v vo v vo f ' f v 观察者以运动速度 vs 远离波源
合成孔径雷达介绍
合成孔径雷达介绍
合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，SAR）是一种以微波回波形成高分辨率图像的雷达系统。
与传统雷达不同的是，SAR具有较高的分辨率和较强的穿透力，并且可以在夜晚、阴雨天等恶劣环境中工作。
SAR系统通过存储多个雷达回波信号，并在计算机中对信号进行处理和合成，从而形成高分辨率的图像。
它的分辨率与天线的孔径大小有关，因此采用“合成孔径”的技术，在雷达系统运动中不断积累雷达回波数据，并将其合成为一个大的孔径，从而获得更高的分辨率。
SAR系统广泛应用于地球观测、军事侦察、海洋监测、气象预报、资源调查等领域。
它可以探测地表的形态、植被覆盖、水文地质情况、海洋波浪、船只活动等信息。
同时，SAR系统还可以探测地球表面的微小变化，如地震、火山喷发等自然灾害的迹象。
总之，合成孔径雷达是一种高分辨率、高穿透力的雷达系统，具有广泛的应用前景。
随着技术的不断进步和应用领域的扩大，它的应用价值和意义将越来越受到重视。
- 1 -。
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SAR课件
利用SAR系统的高分辨率特性 ，对敌方活动进行侦查，提供
详细情报。
目标识别与跟踪
通过SAR图像的纹理、形状等特征 提取，实现对敌方目标的识别与方导弹发射的早 期预警，引导己方导弹进行拦截。
SAR在环境监测领域的应用
大气环境监测
通过对SAR图像的分析，监测大 气污染源、污染物扩散等情况。
合成孔径雷达sar课件
目录
• SAR系统概述 • SAR成像算法 • SAR图像处理 • SAR系统性能评估 • SAR系统应用与发展趋势
01
SAR系统概述
SAR定义及特点
定义
SAR，全称合成孔径雷达，是一种雷达成像技术，利用飞行 器平台携带的雷达在空间中扫描，通过合成孔径技术对地面 目标进行成像。
反射信号
地面目标反射信号回到雷 达接收机。
数据处理
雷达接收机将反射信号进 行处理，生成图像。
02
SAR成像算法
距离-多普勒算法
线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号：用于产生具有大带宽的 信号，通过改变频率增量来实现目标距离和速度的测量。
成像处理步骤：收发雷达信号、信号接收、信号处理、图像生成等。
分辨率和速度分辨率
算法对目标和速度具有较高的分辨率和速度分辨率。
成像处理中的其他关键技术
成像处理中的数字波束形成（DBF）技术
通过对多个接收天线接收到的信号进行加权和相位调整，实现波束指向控制和目标信号增强。
成像处理中的动目标检测与跟踪技术
通过对回波信号进行频谱分析和目标跟踪，实现动目标的检测和跟踪。
成像处理中的杂波抑制技术
通过采用滤波器、空域滤波等技术，抑制杂波干扰，提高图像质量。
《合成孔径雷达原》课件
contents
目录
• 合成孔径雷达简介 • 合成孔径雷达工作原理 • 合成孔径雷达系统组成 • 合成孔径雷达性能参数 • 合成孔径雷达技术前沿与发展趋势
01
合成孔径雷达简介
合成孔径雷达的定义
合成孔径雷达是一种利用雷达与目标 之间的相对运动，通过信号处理技术 实现高分辨率成像的主动式微波传感 器。
精度
雷达的定位精度取决于多种因素，如信号处理算法、接收机 性能和大气条件等。高精度雷达对于目标跟踪和识别至关重 要。
03
合成孔径雷达系统组成
发射机
功能
产生雷达发射信号
关键参数
发射信号的频率、脉冲宽度、重复周期等
作用
将电磁能量转换为雷达发射信号，提供目标照射 能量
接收机
功能
接收反射回来的信号
关键参数
02
合成孔径雷达工作原理
雷达发射信号与接收
雷达发射信号
合成孔径雷达通过发射电磁波信 号来探测目标。这些信号可以是 调频连续波或脉冲信号，具体取 决于雷达型号和应用场景。
信号接收和处理
发射的信号遇到目标后会被反射 回来，被雷达接收。反射信号会 携带有关目标位置、距离、速度 和形状等信息。
信号处理与成像
信号处理
接收到的原始信号需要经过一系列的 信号处理技术，如滤波、放大、混频 和去调频等，以提取有用的信息。
成像算法
处理后的信号通过成像算法转换为图 像，这些算法包括傅里叶变换、逆合 成孔径雷达成像等。
分辨率与精度
分辨率
合成孔径雷达的分辨率取决于发射信号的波长、天线尺寸和 目标距离。分辨率越高，图像中能够分辨出的细节越多。
关键参数
第12章课件 第十二章 合成孔径雷达 (Synthetic-Aperture Radar) 卫星海洋学 PPT
我们假设某一声源发出的声波频率为f，波长为λ，它们与声波传播速度v
的关系为
f v
（12-3）
图12-5给出了阐述多普勒效应的示意图。第一种情况是观察者静止.
'S 'B S B S' S vv svv s （12-5） ff f
因此，在B点接收到的波动频率f′是
f' v v f ' vvs （12-6）
由于f ′ >f，故在B点接收到的波动频率比波源发出的频率要高。当波源以速
度vS由S点背向B做匀速直线运动时，用同样的方法可以导出
" v vs
f
f" v f v vs
（12-7）ຫໍສະໝຸດ 这时在B点接收的波动波长λ〞变长，对应频率f〞有所降低。
第二种运动是波源不动，而位于B点的接收装置以速度vS向着波源做匀速直 线运动。这相当于波动的传播速度增加，变为v+vS。这样，虽然波源发出的 频率保持不变，但是接收装置接收到的波动频率变为
f'vvs vvs f
五种工作模式：1）成像模式,可以提供七种不同入射角的图 像 2）交互极化模式,提供同一地区的两种不同极化方式的图 像，用户可根据需要从以下三种极化方式组合中选择：VV 和HH，HH和HV，VV和VH。3）宽刈幅模式4）全球探测 模式5）波浪模式
在上述五种工作模式中，高数据率的成像模式、交互极化模 式和宽刈幅模式可提供其它国家的各地面站接收，低数据率 的全球探测模式和波浪模式仅供欧空局的地面站接收。表 12-1显示了欧洲环境卫星ENVISAT-1携带的高级合成孔径雷 达ASAR五种模式的工作特性。12-2显示了成像模式提供的 七种不同图像的幅宽/卫星与星下点距离和入射角等信息。
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。
合成孔径雷达课件
实际应用中的挑战与解决方案
总结词
环境适应性，实时性，低成本
详细描述
在实际应用中，合成孔径雷达面临着许多挑战，包括环 境适应性、实时性和低成本等。为了解决这些问题，研 究人员正在寻求新的技术和方法。例如，通过采用先进 的信号处理技术和算法，可以提高合成孔径雷达的环境 适应性，使其能够在不同的环境和条件下保持稳定的性 能。此外，通过优化设计和采用新型材料，可以降低合 成孔径雷达的成本，使其更具实际应用价值。
重要。
脉冲重复频率
总结词
脉冲重复频率是合成孔径雷达的一项重要技术参数， 它直接影响到雷达的信号处理能力和目标识别能力。
详细描述
脉冲重复频率越高，雷达的信号处理能力越强，目标 识别能力越强。然而，受到硬件限制和信号传播条件 的制约，选择合适的脉冲重复频率非常重要。
天线尺寸
要点一
总结词
天线尺寸是合成孔径雷达的一项重要技术参数，它直接影 响到雷达的探测性能和目标识别能力。
采用高效的信号处理算法和硬件加速技 术，提高雷达数据处理速度。
VS
详细描述
雷达系统需要实时处理大量的数据，包括 目标回波信号、干扰信号等。通过采用高 效的信号处理算法和硬件加速技术，可以 提高雷达数据处理速度，减少数据传输和 处理延迟，从而提高整个雷达系统的响应 速度和实时性能。
数据可视化优化
总结词
SAR系统的应用范围还在不断扩大，未来还可能应用于自动驾驶、智慧城市等领域，为人们的生活和工作带来更多的便利和 安全保障。
05
合成孔径雷达的性能 优化
发射功率优化
总结词
在保证雷达系统性能的前提下，降低发射功率，以减少 系统功耗和散热需求。
详细描述
根据雷达系统的任务需求，合理选择发射功率的大小。 一般来说，发射功率越高，雷达的作用距离越远，但同 时也会增加系统功耗和散热需求。因此，需要在保证雷 达探测性能的同时，选择合适的发射功率，以实现系统 的节能和稳定运行。
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
第四章 合成孔径雷达合成孔径雷达（ Synthetic Aperture Radar ，简称 SAR ）是成像雷达中应用最 多，也是本书讨论的重点。
在前几章对雷达如何获取高的距离分辨率和横向分辨 的基础上，从本章开始用三章的篇幅对合成孔径雷达作较详细的讨论。
首先，结合工程实际介绍合成孔径雷达的原理。
在前面的讨论中已经提到， 根据不同的要求，成像算法（特别是横向成像算法）有许多种，本章只介绍最简 单的距离 - 多普勒算法的原理，目的是由此联系到对合成孔径雷达系统的要求以 及工程实现方面的问题。
合成孔径雷达通常以场景作为观测对象， 它与一般雷达有较大不同， 我们将在本章讨论合成孔径雷达有别于一般雷达的一些技术性能和参数。
4.1 条带式合成孔径雷达成像算法的基本原理4.1 所示，设 X 轴为场景的中心线，Q 为线上的某一点目标， 载机以高度 H 平行于中心线飞行， 离中心线 的最近距离 R B 为R B R 02 H 2 （4.1）当载机位于 A 点时，它与 Q 点的斜距为R R B 2 （X X 2 ）2（4.2） 式中 X t 为点目标 Q 的横坐标。
当分析中心线上各个点目标的回波状况及成像算法时， 可以在包括场景中心 线（即 X 轴）和载机航线的平面里进行。
至于场景里中心线外的情况将在后面 说明，这里暂不讨论。
图4.1 合成孔径雷达运动几何示意图H一般合成孔径雷达发射线性调频（LFM ）脉冲，由于载机运动使其到目标的距离发生变化，任一点目标回波在慢时间域也近似为线性调频，而且包络时延也随距离变化，即所谓距离徙动。
合成孔径雷达成像算法的任务是从载机运动录取得到的快、慢时间域的回波数据，重建场景图像，它是二维匹配滤波问题。
严格考虑距离徙动的成像算法比较复杂，在实际应用中，一般均根据情况采用一些较简单的算法，这些将在第五章里系统介绍。
在这里我们主要讨论分辨率较低，距离徙动影响可以忽略的最简单的情况，这时可采用简易的距离- 多普勒基本算法。
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
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4
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
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
15
谢谢！
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
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 前下方：
f f0
波束指向卫星后下方：
f f0
10
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
11
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
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
12
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
8
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
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
9
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：
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
5
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！
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
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
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
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