合成孔径雷达sar孔径合成原理
SAR合成孔径雷达图像点目标仿真报告(附matlab代码)
SAR 图像点目标仿真报告徐一凡1 SAR 原理简介合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar .简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。
它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率.利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率.从而获得大面积高分辨率雷达图像。
SAR 回波信号经距离向脉冲压缩后.雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：2r rCB ρ=.式中r ρ表示雷达的距离分辨率.r B 表示雷达发射信号带宽.C 表示光速。
同样.SAR 回波信号经方位向合成孔径后.雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：aa av B ρ=.式中a ρ表示雷达的方位分辨率.a B 表示雷达方位向多谱勒带宽.a v 表示方位向SAR 平台速度。
在小斜视角的情况下.方位分辨率近似表示为2a Dρ=.其中D 为方位向合成孔径的长度。
2 SAR 的几何关系雷达位置和波束在地面覆盖区域的简单几何模型如图1所示。
此次仿真考虑的是正侧视的条带式仿真.也就是说倾斜角为零.SAR 波束中心和SAR 平台运动方向垂直的情况。
图1 雷达数据获取的几何关系建立坐标系XYZ 如图2所示.其中XOY 平面为地平面；SAR 平台距地平面高H.以速度V 沿X 轴正向匀速飞行；P 点为SAR 平台的位置矢量.设其坐标为(x,y,z)； T 点为目标的位置矢量.设其坐标为(,,)T T T x y z ；由几何关系.目标与SAR 平台的斜距为：(R PT x ==(1)由图可知：0,,0T y z H z ===；令x vs =⋅.其中v 为平台速度.s 为慢时间变量（slow time ）.假设T x vs =.其中s 表示SAR 平台的x 坐标为T x的时刻；再令r =r 表示目标与SAR 的垂直斜距.重写(1)式为：(;)PT R s r = =(;)R s r 就表示任意时刻s 时.目标与雷达的斜距。
一般情况下.0v s s r-<<.于是通过傅里叶技术展开.可将(2)式可近似写为：220(;)()2v R s r r s s r=≈+- (3)可见.斜距是s r 和的函数.不同的目标.r 也不一样.但当目标距SAR 较远时.在观测带内.可近似认为r 不变.即0r R =。
第3章 合成孔径原理
一、SAR概念
ERS–1/2 SAR Antenna L: 10 m D: 1 m Altitude: 785 km, sun-synchronous orbit Ground Velocity: 6.6 km/s Look Angle: Right 17-23 (20.355 mid-swath) Slant Range: 845 km (mid-swath) Frequency: C-Band(5.3GHz, 5.6 cm) Footprint : 100 km x 5 km
奥地利，比利时，加拿大， 丹麦，法国，芬兰， 德国， 意大利，挪威，西班牙， 瑞典，瑞士，荷兰和英国
二、成像雷达的发展与现状
有效载荷：2050公斤 设计寿命：5年--10年 星上仪器数量 10 轨道： 太阳同步 轨道高度：800公里 轨道倾角 98° 单圈时间 101分钟 重复周期 35天 ENVISAT卫星－ASAR
一、SAR概念
ERS–1/2 SAR
Sampling Rate: 18.96 MHz Pulse duration: 37.1 s Sampling Duration: 300 s (5616 samples) PRF: 1700 Hz Data Rate: 105 Mb/s(5bit/sample)
二、成像雷达的发展与现状
SAR 的发展 8) 1988年和91年，使用大力神号航天飞机发射了军用 的“长曲棍球”(Lacrosse)雷达卫星。 分辨率高达1m，公开资料很少 9) 1991年和95年，欧洲空间局分别成功发射了 ERS-1和ERS-2，2000年发射了Envisat卫星 10) 1995年加拿大发射了RadarSat-1卫星，工作模式 最多，波束方式最多的雷达卫星。分辨率8m。
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。
ds-insar技术原理 -回复
ds-insar技术原理-回复DSinsar技术原理DSinsar（Differential Synthetic Aperture Radar Interferometry）技术是一种利用合成孔径雷达干涉测量地表形变的技术。
它通过对空间两个或多个时刻的雷达影像进行差分处理，可以获取地表物体在两个时刻之间的形变情况。
DSinsar技术是精确、高效且不受受污染等因素影响的形变监测手段之一。
1. 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）技术简介合成孔径雷达是一种利用微波波段进行成像的无源遥感技术。
它通过发射连续波照射地表，接收地表反射回来的雷达信号，并通过波传动时间和波传动路径的变化来探测地表特征。
相比于光学遥感技术，SAR技术具有天气无关、可以在白天和夜晚进行观测等优势。
2. 干涉合成孔径雷达（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）技术原理干涉合成孔径雷达技术是一种通过对两个或多个重复观测的雷达影像进行相位差分处理，获取地表形变信息的技术。
该技术利用雷达波传播过程中被地表物体散射的功用实现形变的测量，即通过监测两个或多个时刻地表的相位变化来获取地表的形变信息。
3. DSinsar技术原理DSinsar技术基于InSAR技术，通过对两个或多个时刻的雷达影像进行差分处理，可精确测量地表形变。
其核心思想是对多期SAR影像进行叠加和相位差分，得到相位差值。
这种差分处理的优势在于可以消除大部分卫星轨道和大气等方面的误差，从而获得较高的形变精度。
4. DSinsar技术步骤（1）数据获取：首先需要获取多期的SAR影像数据，通常需要考虑不同季节、不同天气等多个时刻的数据，以便对地表形变进行更全面的监测。
（2）数据预处理：对获取的SAR影像进行预处理，包括几何校正、辐射校正和滤波等步骤，以确保后续处理的准确性和可靠性。
（3）相位解缠：由于地表形变通常引起相位延迟，因此需要对相位进行解缠，以获取准确的相位差值。
光sar融合原理
光sar融合原理
光SAR（Synthetic Aperture Radar）融合是将光学遥感和合成孔径雷达技术相结合的一种数据融合方法。
光学遥感主要通过获取地物反射或辐射的电磁波能量来进行地物识别和监测，而合成孔径雷达则利用雷达发射的微波信号与地物相互作用，通过接收回波信号分析地物特征。
光SAR融合原理是将光学遥感图像和合成孔径雷达图像进行配准和融合，以获得更详细、全面的地物信息。
具体步骤包括以下几个方面：
1. 数据获取：同时获取光学遥感图像和合成孔径雷达图像，并确保两种数据在时间和空间上具有一定的重叠。
2. 配准：通过图像配准算法将光学遥感图像和合成孔径雷达图像进行精确对准，保证它们在空间上一一对应。
3. 融合算法：将配准后的光学遥感图像和合成孔径雷达图像进行融合。
常用的融合方法包括基于像素级的直接融合、基于特征提取的融合和基于决策级的融合等。
4. 结果分析：对融合后的图像进行分析和解译，以获取更准确、全面的地物信息。
可以利用融合后的图像进行地物分类、目标检测、地貌分析等应用。
光SAR融合技术可以克服光学遥感和合成孔径雷达各自的局限性，同时利用它们相互补充的特点，提供更丰富的地物信息。
这对于资源环境调查、灾害监测、军事侦察等领域具有
重要意义。
合成孔径
发射信号的线性相位
1 t
与距离有关的常数相位
2
飞机运动产生的二次相位
4 R0
2
3
2 ( X 0 X p )
R0
如果令Xo=V*to，Xp=V*t，则有
3
2 V (t t0 )
2
2
R0
4 R0 2 V (t t0 )
2 2
将相位对时间求导数，再除以360度，即得回波 信号的瞬时频率：
从目标散射回来的回波脉冲数N与三个因素有关： • 天线的发射脉冲的周期Tr
• 雷达的运动速度Va
• 波束在目标P点处的直线长度Ls
Ls R
Ts N Ts Tr Ls Va Ls Va .Tr 1 Ls x 1
1
图 阵列天线的概念
如果从目标P散射回来的N个脉冲回波的相位关系与 实际小天线元所接收到的信号的相位关系完全一样，必 须注意它是往返的双程差，则合成天线的波束角应为：
合成孔径雷达原理
回波信号的特性
合成孔径的匹配滤波
合成孔径的相关处理
图 合成孔径雷达空间几何关系
飞机以Va的速度沿X方向作匀速直线飞行，飞行高度为 H，机载雷达天线以规定的高低角向航线正侧方向地面发射 无线电波。设其垂直波束，方位波束角，测绘带宽，最大 合成孔径长度(远距点)，最小合成孔径长度(近距点)。
f Dc
2
( s sc )
fr
4
( s sc )
2
距离迁移是SAR处理中必然出现的现象，距离迁移为
R R( s) R0
虽然距离迁移是SAR处理中必然出现的现象，但它的 大小随系统参数不同而变化，并不总需要补偿。通常认 为，如果最大距离迁移值不大于四分之一个距离分辨单 元，则距离迁移不需要补偿，即：
SAR原理及回波模拟
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar , SAR)原理SAR 是通过采用合成孔径原理来提高其方位向的空间分辨率。
有关SAR 原理的解释包括：孔径合成、匹配滤波、相关接收、多普勒波束锐化、合成天线阵列和微波全息技术等。
这些解释尽管形式上有所变化，但其实质并没有太多的变化，其数学模型都可以归纳为两维傅立叶变换。
总的来说，SAR 原理的基础是合成孔径。
合成孔径包含两个过程:第一，回波多普勒信号的形成和记录过程，即由被测地域的微波散射场到形成与之对应的被雷达接收到的电信号的过程;第二，成像过程，由电信号重建被测地域的散射场或得到被测地域图像的过程。
SAR 是利用雷达平台和被观测目标间的相对运动，在一定积累时间内，将雷达在不同空间位置上接收的回波信号进行相干处理，获得目标的方位向高分辨率，结合距离向高分辨技术，获得目标的二维雷达图像。
由于SAR 具有对目标进行成像和识别能力，其在微波遥感领域得到了广泛的应用和发展。
真实孔径雷达的角度分辨率由雷达主波束宽度决定，天线越长，雷达波束越窄，角度分辨率越高。
但对于机载或星载雷达而言天线尺寸不可能很大，因此利用实孔径雷达进行成像，难以获得高的分辨率。
SAR 的距离向高分辨特性通过发射大的时间-带宽积信号，利用脉冲压缩技术实现；方位向高分辨特性则利用多普勒效应，通过匹配滤波或频率分析实现。
图1(a)所示为真实孔径雷达波束示意图，长度为a D 的真实天线，其角度分辨率为a D /dB 3λθ= (1)式中，λ为雷达发射信号波长。
在斜距为R 处的方位分辨率为a real D R R /dB 3λθρ== (2)可见，真实孔径雷达的方位分辨率与发射信号波长、斜距、天线长度有关。
长度为a D 的天线随载体平台以速度V 运动，天线以等时间间隔PRT T 发射并接收相干脉冲，相干积累时间为a T 。
由此，在空间中形成了长度为a VT L =的合成孔径，孔径内阵元间隔为PRT VT L =∆。
合成孔径雷达原理(SAR) 共37页PPT资料
归一化以后有： sr(t)ejtej4R0 ej2(x aR 0xp)2
这里， c f0
取实部后有： sr(t)cost4R02(xaR 0xp)2
这个信号的相位部分由三项组成： 12 3 1 ：原始发射信号的一次相位（线性相位）； 2 ：是随R0而变的相位项，但与时间无关。对同一
相位为 i t-Kat2
d dt
i
2Kat
0
2Kat (t)
驻定相位点的时刻tk为：
tk
2 Ka
tk
S()= a(t)ej(tKat2)dt
tk
表示驻定相位点tk附近的时刻。
把相位项 t- Ka t2在驻定相位点tk展成幂级数， 用 ( t ) 表示回波信号的相位 K a t 2 ，有
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 t 0为中
心向正负两方向变化。当 t t 0 时，天线位置正好
处在p点与航线的垂直斜距点 f d 0 ；在 t t 0
时刻以前，t t0 0 f d 0，其最大值发生在：
t
t0
Lvsa/2t0
合成孔径雷达原理
§1 合成孔径雷达原理 机载合成孔径雷达的几何关系如图所示：
x
θα
R0
θr Ls
W
θr h
W
x θα
Lmin R p R0 Lmax
飞机以速度va沿x方向匀速直线飞行，飞行高度为 h，机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方 向地面发射无线电波。垂直波束角为θr，航向波 束角为θα，测绘带宽为W，最大合成孔径长度为： Lmax，最小合成孔径长度为： Lmin。被测目标为 一理想点目标p，p点与航线x的垂直斜距为R0。 取航线x和R0所构成的平面为坐标平面。
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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（SAR）利用孔径合成原理，通过多次回波信号的合成处理，实现高分辨率的地面成像。
这种技术在军事、地质、环境等领域具有广泛的应用前景。