合成孔径雷达原理与应用讲座
合成孔径雷达原
信号处理算法
信号处理算法是合成孔径雷达的核心部分，包括 脉冲压缩、动目标检测、多普勒频率分析等。
这些算法能够提取出目标的位置、速度、形状等 信息，为后续的图像生成提供数据基础。
信号处理算法需要经过优化和改进，以提高雷达 的性能和降低计算复杂度。
应用领域
军事侦察
合成孔径雷达广泛应用于军事侦 察领域，用于获取敌方情报和监 测战场态势。
遥感监测
在环境监测、资源调查、气象观 测等领域，合成孔径雷达可用于 获取地面、海洋、气象等信息。
无人机与卫星
无人机和卫星上搭载的合成孔径 雷达可以用于地形测绘、导航定 位、灾害救援等领域。
02 合成孔径雷达系统组成
民用领域
除了军事领域，合成孔径雷达在民用领域也有广泛的应用前景。例如，在环境保护、气象观测、农业 监测、地质勘查和灾害救援等领域，合成孔径雷达可以发挥重要作用。随着技术的普及和成本的降低 ，合成孔径雷达有望在未来成为民用领域的重要工具之一。
06 合成孔径雷达应用案例
军事侦察
侦察范围
合成孔径雷达能够实现大范围、高分辨率的侦察，为军事行动提 供实时、准确的情报信息。
技术发展趋势
硬件小型化
随着微电子技术和制造工艺的进步，合成孔径雷达的硬件设备逐渐小型化，使得雷达系统更加便携和灵活，有利于广 泛应用。
信号处理智能化
随着人工智能和机器学习技术的发展，合成孔径雷达的信号处理逐渐向智能化方向发展。通过深度学习和神经网络等 算法的应用，提高雷达图像的分辨率和目标识别的准确性。
系统控制与监视
数据处理系统还负责整个雷达系统的控制和监视， 确保系统的稳定运行和性能优化。
合成孔径雷达的物理原理及其在军事上的应用
（２）在性能上，合成孔径雷达应具备对小速度 州仪器公司共同为 Ｘ 、Ｌ 、Ｃ 波段研制了 Ｓ Ａ Ｒ 有源
目标进行高分辨率成像的目标识别能力；利用对旋 阵列用的 Ｔ ／ Ｒ 组件，以及由 Ｘ 、Ｌ 、Ｃ 波段三部分
转物体的多维分辨和大的信息带宽，以提高分辨率。 子阵组成的有源阵列天线。
（３）在传输途径上，由单一的机 － 地实时传输，
四、结束语
向机 － 星 － 地、机 － 机 － 地、机 － 舰、地 － 地点面
合成孔径雷达是用途广泛的星载、机载设备，
联网配套等综合化方向发展。
其研制工作是一项高技术应用的系统工程，技术复
（４）三维成像：利用 ＳＡＲ 干涉仪可测量散射体 杂，难度大，应集中国内有关研究所和院校，加大
的高度，从而获得三维图像，如美国的 Ｐ３－ＳＡＲ 等。 开发研制力度，使这一高科技侦察装备能在未来信
（上接第 ５ 页）辨率、实时成像、高速图像处理、数据 Ａ Ｎ ／ Ａ Ｐ Ｇ ７ ６ ，除具有 Ｄ Ｂ Ｓ ／ Ｓ Ａ Ｒ 带状方式、聚束式
压缩、图像实时传输、二次图像分发等技术发展，合 工作状态外，也具有地面动目标检测能力。
成孔径雷达系统的技术性能越来越高，工作状态和
（６）多种工作状态相结合：如美国的 Ｐ３－ＳＡＲ，
星载合成孔径雷达能克服云雾雨雪和夜暗条件
的限制对地面目标成像，可实现全天候侦察。特别
适于昼夜跟踪舰船和装甲车辆的活动，监视机动式
洲际弹道导弹的动向，还能揭露伪装，发现隐蔽的
武器装备和识别假目标。最为典型的就是美国在轨
的“长曲棍球”雷达成像卫星（见图 ３），分辨率为
０．３ ～３ｍ （三种
模式），与光学侦
一个大合成孔径天线从而提高雷达的方位分辨力。 天线的结果，这就是合成孔径雷达的基本原理，如
合成孔径雷达差分干涉测量 ppt课件
三种方法比较
三轨法
优点：无需知道外部DEM就可以得到地面位移引起 的相位差，特别是适用于缺少高精度DEM数据的 地区。与四轨法相比的优点是，由于几何参数相 同，故不需要考虑另外的匹配和重采样。
缺点：地形对需要相位解缠，其解缠精度的优劣直 接影响到后续的处理。
三种方法比较
四轨法
优点：弥补了三轨法有时不能生成DEM或者图像相 关性差的不足。
缺点：由于使用两个独立的干涉对（需要四景数 据），故数据选择受到限制。
差分干涉测量的原理
差分干涉测量的应用
目前D-InSAR的应用主要集中在地震 同震形变场的监测、火山形变的监测、冰 川运动的监测、地面沉降的监测等领域。
差分干涉测量的原理
如图所示，S．、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理，由S。和S2可生成一 幅干涉图，s，和S 可生成 另一幅干涉图，利用这两幅 干涉图进行差分处理，即所 谓的差分雷达干涉测量。
差分干涉测量的原理
两轨法 其基本思想是利用已知的外部DEM
Radar，简称InSAR)是SAR的新发展，是最新发展起来的 一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视 复数图像中的相位提取出来，进行干涉处理而得到目标点 三维信息的一种新技术
差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。
基于三种假设：
1. 只有形变对干涉图收到形变的影响； 2. 形变对于干涉图中形变不会影响有地面高程产生
的相位发生跳跃； 3. 地形对干涉图可以获得精确的DEM。
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。
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
合成孔径雷达在测绘中的方法与技巧介绍
合成孔径雷达在测绘中的方法与技巧介绍合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种利用雷达波束合成大孔径的高分辨率雷达系统，被广泛应用于测绘领域。
本文将介绍合成孔径雷达在测绘中的方法与技巧。
一、合成孔径雷达的原理与优势合成孔径雷达利用雷达系统在目标方向上进行前后多次观测，通过将多次观测结果叠加处理，可以得到高分辨率的成像结果。
相对于传统的雷达系统，合成孔径雷达有以下优势：1. 高分辨率：合成孔径雷达可以通过叠加多次观测结果来合成大孔径，从而获得高分辨率的成像结果。
这对于测绘领域的精确测量非常重要。
2. 具有独立距离与方位分辨率：合成孔径雷达通过对目标进行多次观测，可以获得独立的距离与方位分辨率。
这使得合成孔径雷达在地面表面和地形测绘中具有较好的测量效果。
3. 不受天气条件限制：由于雷达波在大气中的传播受到较小的干扰，合成孔径雷达在各种天气条件下都能稳定地进行测绘工作。
二、合成孔径雷达测绘中的方法1. 数据采集与处理：合成孔径雷达需要在空中获取雷达数据，并通过数据处理技术来提取出有用的信息。
数据采集方面，可以通过航空方式，搭载合成孔径雷达设备进行数据采集。
而数据处理方面，需要对采集到的雷达数据进行校正、滤波、配准等一系列操作，以便得到准确的测绘结果。
2. 地物分类与识别：合成孔径雷达可以提供高分辨率的雷达图像，通过对这些图像进行地物分类与识别，可以得到地面上不同地物的信息。
这对于土地利用、城市规划等方面有重要的应用价值。
3. 地貌测量与变形监测：合成孔径雷达在地貌测量与变形监测方面有很高的应用价值。
通过多次观测，可以获取地表地貌的精确信息，并对地表变形情况进行监测。
这对于地震灾害预警和地质灾害研究等方面具有重要意义。
三、合成孔径雷达测绘中的技巧1. 多孔径技术：多孔径技术是合成孔径雷达中常用的技巧之一。
通过使用不同大小的孔径，可以得到不同分辨率的测绘结果。
在实际应用中，根据不同的需求选择合适的孔径大小，可以充分发挥合成孔径雷达的优势。
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,遥感原理与应用 ppt课件
SAR影像
控制点
有关术语（5）
距离分辨率 计算示例： 设俯角50,脉冲宽度0.1s
则距离分辨力 Pg = 0.5 c ／cos
Pg = 0.5 0.110-6(s) 2.998 108(m/s)/cos 50 = 0.5 0.1 2.998 / 0.642788 100 = 23.2m
有关术语（6）
方位分辨率
ra = [3 10-2(m)/4(m)]200103(m) =1500m 若要求方位分辨率达到3m,则天线孔径需2000m。 （这是不可能的）
侧视雷达工作原理
提高距离分辨率和方位分辨率的方法： 1） 采用脉冲压缩技术，缩短脉冲发射宽度； 2） 用合成孔径天线来代替真实孔径天线，以缩
短天线孔径。
合成孔径雷达
合成孔径雷达,遥感原理与应用
合成孔径雷达原理方法与应用
内容提要
1 合成孔径雷达（SAR）的基本概念 2 SAR的基本原理与方法 3 SAR的应用领域和优势 4 SAR的发展方向与研究热点
1 合成孔径雷达（SAR）的基本概念
雷达(Radar) Radar– Radio Detection and Ranging 无线电 探测 和 测距
飞行方向垂直的侧面，发射一个窄的波束，覆盖地 面上这一侧面的一个条带，然后接收在这一条带上 地物的反射波，从而形成一个图像带。随着飞行器 前进，不断地发射这种脉冲波束，又不断地接收回 波，从而形成一幅一幅的雷达图像。
雷达成像的基本条件：雷达发射的波束照在目标 不同部位时，要有时间先后差异，这样从目标反射 的回波也同时出现时间差，才有可能区分目标的不 同部位。
.
几何校正
列间隔7.9米 行 间 隔 3 9 米
合成孔径雷达成像技术及应用分析
合成孔径雷达成像技术及应用分析摘要：合成孔径雷达是一种新体制雷达，具有全天候工作、穿透地表、高分辨率等独有特点，使其广泛应用于军民领域。
本文介绍了合成孔径雷达的成像原理，剖析了其关键技术及实现方法，并结合应用现状对其未来发展趋势进行了分析。
关键词：合成孔径雷达；信号处理；发展趋势合成孔径雷达（SAR）是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和数字信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离、方位双向高分辨率遥感成像的雷达系统，通常安装在飞机、卫星等平台上，不受光照和气象条件限制，可在能见度极低的情况下得到类似光学照相的雷达图像，具有全天时全天候工作、穿透云雾和植被、低频段穿透地表、分辨率高等优点。
合成孔径的概念始于20世纪50年代初期，首次使用是在50年代后期装配在RB-47A和RB-57D 战略侦察机上。
一、合成孔径雷达的工作原理用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理，一个小天线通过“运动”方式就合成一个等效“大天线”，可以得到较高的方位向分辨率。
合成孔径雷达工作时按一定的重复频率收发脉冲，真实天线依次占一虚构线阵天线单元位置，把这些单元天线接收信号的振幅与相对发射信号的相位叠加起来，便形成一个等效合成孔径天线的接收信号。
合成孔径雷达工作原理示意图地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。
相参性是合成孔径雷达系统获得高分辨率的必要条件,发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号产生，接收机也需要具备很高的时间精度。
二、合成孔径雷达关键技术（一）数字信号处理技术。
影响合成孔径雷达性能的关键因素是数据处理速度，因为SAR需要存储大量雷达回波，并对一定时间间隔内的信号进行相干积累和实时解算，对数据容量、读写速度、运算方法等都提出了较高的要求，而且探测区域越大、分辨率越高，信息量就越大，对数据处理的要求也就越严格。
《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
合成孔径技术的原理及应用
合成孔径技术的原理及应用1. 引言合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一种基于大型天线阵列的雷达系统，通过运动合成孔径的方式获取高分辨率的雷达图像。
合成孔径技术广泛应用于地球观测、军事侦察、气象监测等领域，具有诸多优势。
2. 合成孔径技术原理合成孔径技术的原理基于以下几个关键要素：2.1 雷达信号发射与接收合成孔径雷达通过发射脉冲信号并接收目标回波信号，通过计算信号的相位差和幅度差来获取目标的散射特性。
2.2 干涉效应和相干叠加合成孔径雷达利用天线阵列的移动来合成一个大的孔径，实现高分辨率成像。
利用干涉效应和相干叠加的原理，对多个接收天线接收到的信号进行处理，形成高分辨率的图像。
2.3 运动补偿合成孔径雷达在接收信号时，由于雷达平台的运动，会引起信号的多普勒频移，需要对信号进行运动补偿，以保证成像质量。
3. 合成孔径技术的应用合成孔径技术在各个领域都有着广泛的应用。
3.1 地球观测合成孔径雷达可以获取地球表面的高分辨率雷达图像，用于地表形态的监测、土地利用的识别、陆地生态环境的研究等。
3.2 军事侦察合成孔径雷达对地面目标的高分辨率成像能力使其成为军事侦察领域的重要工具。
它可以用于目标识别、目标变化分析、目标位置的监测等。
3.3 气象监测合成孔径雷达可以通过测量云层、降水和风场等气象要素，对气象变化进行实时监测与研究。
在气象灾害预警和气象预报中有着重要的应用价值。
3.4 其他领域的应用合成孔径技术还被应用于海洋监测、工程测量、无人机遥感等领域。
它在海洋目标探测与定位、土壤含水量测量、环境监测等方面发挥着重要作用。
4. 合成孔径技术的发展趋势随着雷达技术的不断发展，合成孔径技术也在不断改进与创新。
未来合成孔径雷达的发展趋势包括：4.1 高分辨率成像提升合成孔径雷达的成像分辨率，实现更精细化的目标探测与识别。
4.2 实时监测与数据处理改进合成孔径雷达的数据处理算法，实现实时监测与分析，提高雷达系统的实时性和准确性。
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。
合成孔径雷达技术介绍PPT课件
地球动力学应用：InSAR技术在地球动力学方面的应用最令人瞩目
，主要包括以下几个方面
1、地震形变研究，包括同震、震间、震后的机理研究。主要利用InSAR技术获取同 震位移和震后形变，分析由于地震的主震所造成的地表形变，结合形变模型模拟结果 ，分析形变场，推算震源参数，解释发震机理，从而分析地震周期及演化过程。
意大利Etna火山 美国 夏威夷火山
3、冰川研究：通过InSAR技术获取完整的、高分辨率的、高精度的地形数据，并 测量冰流和其他变化。GoldStein（1993）首次在没有控制点的情况下直接测得冰 流速度开始，研究人员利用InSAR技术从冰川变形、冰流速度、温带冰川以及冰川 学应用等多个方面对冰川进行全面系统的研究。
InSAR是一个多重嵌套的缩写词,翻译为合成孔径雷达干涉测量技术
(Interferometric Synthetic Aperture Radar)
雷达(Radar)是无线电探测与测距(Radio Dctection and Ranging)的缩写, 起初只有真实孔径雷达,后来发展成为合成孔径雷达 (SynthetieAPertureRadar,SAR), 再后来有干涉雷达(InterferometricSAR,InSAR)技术, 最后发展为差分合成孔径雷达干涉(Differential InSAR)测量技术
汶川地震（2008）
2、火山的下陷与抬升研究
通过对火山的运动规律分析， 进行火山爆发的预测研究，目 前研究人员已成功地利用 InSAR技术研究了大量火山形 变情况。主要包括意大利的 Etna火山、美国夏威夷的火奴 鲁鲁美国阿拉斯加州的几个活 火山、冰岛的断裂火山、日本 伊豆半岛火山、美国黄石国家 公园活动的火山口等。
合成孔径雷达SAR-讲稿
合成孔径雷达——SAR09海1 吕冰冰合成孔径雷达 - 定义定义1：用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理的侧视雷达。
定义2：一种机载雷达系统，其所接收到的来自移动的飞机或卫星上的雷达回波经计算机合成处理后，能得到相当于从大孔径天线所获取的信号。
定义3：用相干信号处理技术处理回波振幅和相位，得到较大观测孔径的一种微波成像雷达所属学科：海洋科技(一级学科);海洋技术(二级学科);海洋遥感(三级学科)美国一家专门从事小型合成孔径雷达（SAR）研究的ImSAR公司最近同一家从事远程无人机开发的Insitu公司合作，成功地实现了重量仅为1磅（0.454千克）的世界上最小的纳米合成孔径雷达(NanoSAR)的原型机开发。
1磅NanoSAR的应用有以下方面：·为远程武器提示目标地理坐标；·大面积区域侦察；·搜索和营救；·地面运动目标指示（GMTI）。
日本先进陆地观测卫星ALOS介绍全色立体测绘仪(PRISM)星下点空间分辨率为2.5米。
其数据主要用于建立高精度数字高程模型高性能可见光与近红外辐射计-2(AVNIR-2)——(精确观测地面)主要用于陆地和沿海地区的观测,为区域环境监测提供土地覆盖图和土地利用分类图AVNIR-2传感器光谱模式相控阵型L 波段合成孔径雷达(PALSAR)数数字高程模型的生成，适合对特定区域的监测。
-用于全天侯陆地观测在侧视角度为41.5度时，PALSAR 观测区域在北纬87.8度至南纬75.9度之间欧宇卫星见证北冰洋海冰覆盖面积创新低(图)图中暗灰色显示的是不冻区域，亮灰色显示的是海冰覆盖区域。
合成孔径雷达 - 工作原理 若直接把各单元信号矢量相加，则得到非聚焦合成孔径天线信号。
在信号相加之前进行相位校正，使各单元信号同相相加，得到聚焦合成孔径天线信号。
地物的反射波由合成线阵天线接收，与发射载波作相干解调，并按不同距离单元记录在照片上，然后用相干光照射照片便聚焦成像。
地球同步轨道合成孔径雷达导论
地球同步轨道合成孔径雷达导论一、什么是合成孔径雷达（SAR）？1.1 合成孔径雷达的定义合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种通过合成大尺寸天线孔径来实现高分辨率成像的雷达技术。
1.2 合成孔径雷达的原理SAR利用雷达发射的脉冲信号与地面目标反射回来的信号之间的差异来获取目标的位置、速度、形状等信息。
通过对大量脉冲信号的叠加处理，可以实现高分辨率成像。
二、地球同步轨道合成孔径雷达2.1 地球同步轨道的定义地球同步轨道（Geostationary Orbit）是指卫星的轨道与地球自转周期相同，卫星相对于地球表面的位置保持不变。
在地球同步轨道上，卫星的轨道速度和地球自转速度相等。
2.2 地球同步轨道合成孔径雷达的特点地球同步轨道合成孔径雷达具有以下特点： - 可以实现连续监测：由于卫星相对于地球表面的位置保持不变，地球同步轨道合成孔径雷达可以连续对地球表面进行观测，无需频繁调整卫星姿态。
- 全球覆盖能力强：地球同步轨道合成孔径雷达可以实现对全球范围的高分辨率成像，适用于各种地理环境和气候条件。
- 高分辨率成像能力：利用合成孔径雷达技术，地球同步轨道合成孔径雷达可以实现高分辨率的地表成像，对地球表面的细节进行精确观测。
三、地球同步轨道合成孔径雷达的应用3.1 气象监测地球同步轨道合成孔径雷达可以对大气中的云层、降水等进行实时监测，为气象预报和灾害预警提供重要数据支持。
3.2 地质勘探地球同步轨道合成孔径雷达可以对地球表面的地貌、地质构造等进行高精度成像，为地质勘探和矿产资源的发现提供可靠依据。
3.3 环境监测地球同步轨道合成孔径雷达可以对环境变化、森林覆盖、土地利用等进行监测，为环境保护和资源管理提供数据支持。
3.4 农业应用地球同步轨道合成孔径雷达可以对农作物生长情况、土壤湿度等进行监测，为农业生产提供决策支持和精细管理。
四、结论地球同步轨道合成孔径雷达是一种具有重要应用价值的雷达技术。
合成孔径雷达原理ppt课件
R R02 (xa xp)2
3
一般情况下， R0 xa xp
则R可近似为：
R R02 (xa xp )2
回波信号： sr (t) Re K 0e j(t-0 )
K表示由距离R及其他因素引起的对信号幅度的衰 减因子，τ0为信号往返延迟。
那么0 ， 2cR，
sr(t)
0
Re
K2cR0
2
0
xa xp 2R 0
exp j t
R0
va
2va
10
从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点，即
j 2 va2 (t t0 )2
sr(t) e
R0
e j Ka (t-t0 )2
这里
Ka
2va2
R0
回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲：
a(t)
rect(
t
T
)=
1, 0,
0tT t<0 or t>T
假定 t0 0
xp 0
+
于是有 sr (t) a(t)ej Kat2 ，其频谱为：S()= a(t)ej Kat2 e-jtdt
-
11
利用驻定相位原理来计算上述积分。被积函数的
相位为 i t- Kat2
d dt
i
2 Kat
0
2Kat (t)
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合成孔径雷达干涉测量－原理、发展与应用－
廖明生
测绘遥感信息工程国家重点实验室（武汉大学）
liao@
2010年5月13日
什么是合成孔径雷达（SAR）
合成孔径
主动成像传感器
机场
SAR Image of Mount Vesuvius
为什么要用SAR?
SAR 影像
•全天时
•全天候
•相位信息（干涉测量，InSAR
）光学影像
SAR干涉测量（InSAR）
利用两次成像距离差和轨道参数提取地面高程信息遥感＋测量＝> 影像测量学
222
()sin()2r dr r B rB
θα+−−−=cos z H r θ=−InSAR 技术几何模型
由干涉图至数字高程模型埃特纳火山
InSAR技术的典型应用
航天飞机雷达测图计划（SRTM）
•11天获取地表大部分区域数字高程模型
•分辨率30m, 高程精度16m
Perspective with Landsat
Overlay, Mount Kilimanjaro, Tanzania
GTOPO30, USGS SRTM DEM Eastern-center Tibet (Xizang, China)
SRTM DEM 实例（中国，西藏）
差分干涉测量（D-InSAR）
量测地表形变
巴姆地震地表形变相位
1，时间去相干
2，大气效应
永久散射体技术（PS-InSAR）
•探测稳定点目标（PS点）
•在PS点上求解大气效应，估计形变速率
-油田沉降
-滑坡监测
-城市地表模型
InSAR技术研究进展 城市地表沉降监测研究
非城市地区地质灾害监测研究 高分辨率InSAR影像研究进展
PART A. 城市地表沉降监测
上海地区为例
地面沉降
在中国，地面沉降是许多城市，特别是沿海的城市，面临着的突出的地质灾 害. 随着人口和经济的发展，这一问题逐渐凸现。
实验区概况
老商业区
开发区
上海城市地图
1. 应用PS技术进行 长时间序列干涉影像形变场估算
长时间序列PS 结果
上海地区26景SAR影像后向散射系数图
26 images processed
Sensor ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS1 ERS2 ERS2 ERS1 ERS2 ERS1 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 ERS2 Date 19930417 19930731 19950619 19951002 19951211 19960115 19960116 19960220 19960325 19960326 19960603 19960604 19971111 19980224 19980331 19980505 19990420 19990525 19990629 19991116 19991221 20000125 20000229 20000509 20000613 20000926 Bn 474.92 377.29 -235.69 430.82 559.97 -428.12 -919.52 781.46 -829.64 -928.87 -600.72 -682.94 -353.96 -689.71 -120.41 387.19 504.88 245.13 290.08 46.72 0.00 61.68 -430.69 738.58 -75.89 503.11 Bt -2439.0 -2334.0 -1646.0 -1541.0 -1471.0 -1436.0 -1435.0 -1400.0 -1366.0 -1365.0 -1296.0 -1295.0 -770.0 -665.0 -630.0 -595.0 -245.0 -210.0 -175.0 -35.0 0.0 35.0 70.0 140.0 175.0 280.0
85 Km
85 Km
长时间序列PS 结果
20
More than 20.000 PS identified
0
mm/yr Reference point, assumed motionless
- 20
沉降速率经过拉伸处 理。
上海地区上世纪 最大沉降速率实际达 到40毫米/年
长时间序列PS 结果
PS 技术，时间序列形变结果
40
0
- 40
mm/yr
PS 结果 验证
40 1990-1998 cumulating subsidence
0
mm/yr
mm - 40 +40 +20 0 -20 -40 -60 -80 -200 -400 -600 -800
(a)
(b)
PS反演的沉降形变场 与上海地质调查研究院提供的上海沉降分别图沉降趋势基本一致
2.小数据集上进行形变场的提取
研究目的
在
PS 技术中，需要获取大量的影像数据 (大约 >20 景)
基于时间序列干涉影像的形变场估算局限于长时间序列
如何从小数据集上提取地表的形变变化?
在小数据集上提取的相关点目标
处理流程
数据输入InSAR处理D-InSAR
处理
参数估计可视化定标配准PS探测
形变DEM误差
实验数据和实验区
Orbit Date Doppler Frequency(Hz)556820030325265.44653907520031125102.0139311580
20040518132.776551208120040622380.32261408520041109146.2111458620041214122.945491558820050222146.70931608920050329136.2259718093
20050816
156.00352
85 Km
85 K m
9 景ENVISAT-ASAR 影像，2003年-2005年
干涉组合选取
π
−π
+策略: 根据时间基线、空间基线和多普勒频率差选取最优的干涉对组合
17 景干涉图
解译结果
水准点分布
LB
reference
point
(mm/yr)
结果验证（最近邻方法）
Mean : 1.08mm
STD : 4.22mm
PART B. 非城市地区地质灾害监测三峡地区为例
Qutang Gorge (瞿塘峡)
Xiling Gorge (西陵峡)
三峡水利枢纽工程
防洪 发电
提高通航能力
地形相关的三峡大坝的鸟瞰图
三峡地区为什么需要InSAR技术
三峡地区属于多云多雨地区，传统的摄影测量技术难以实施。
由于三峡工程造成的地表变化需要不间断的连续监测。
此外，地表几何形变的监测对该地区地质灾害防治十分重要。
InSAR技术是最适合解决上述问题的技术手段之一。
实验区和实验数据 实验区:
•巴东
•坝区
D a m
20km
T34
7T75
B a d o n g
20m 3000m
实验区和实验数据
实验数据及长江水位变化情况Track347 Frame 2979:
Track75 Frame 2979:
三峡工程修建前后雷达幅度影像差异
已有外部低分辨率地形数据辅助下的InSAR DEM 生成技术
InSAR技术在地形测绘中的误差分析
系统性误差(轨道误差和大气效应误差)•能够进行建模并部分去除
粗差(相位解缠误差和低相干区域误差)•能够被剔除
偶然误差(噪声)
•能够通过多次观测取平均的手段加以去除
利用已有低分辨率数据去除干涉图中的系统性误差和粗差
结论
在已有低分辨率外部地形数据的辅助下我们提出的方法：
对InSAR技术中存在的系统性误差进行建模和去除。
对粗差，通过估计合理的高程取值范围加以滤除。
在三峡巴东地区的实验表明，该方法显著提高了InSAR技术在困难地区地形测绘的精度。