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。它通过采用合成孔径原理提高雷达的方位分辨率，并依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率

由于SAR雷达发射信号（距离向信号）和合成孔径信号（方位信号）均具有线性调频性质，SAR成像的实质就是通过匹配滤波器对距离向和方位向具有线性调频信号的信号进行二维脉冲压缩的过程，也就是依靠脉冲压缩技术提高距离分辨率，通过合成孔径原理提高雷达的方位分辨率的过程

SAR成像处理是先利用距离向匹配滤波器，进行距离脉压，实现距离向高分辨率后，再通过方位向德匹配滤波，最终得到原始目标的高分辨图像。

合成孔径雷达成像的算法

合成孔径成像的实质就是对回波信号进行二维脉冲压缩，由于在SAR回波信号中的不同位置目标的距离移动曲线相互交叉、回波相互叠加，且不同的斜距地目标的信号多普勒特性也不同，因此成像处理不只是简单的二维脉冲压缩，而是考虑目标的距离移动与方位的相关性，如何消除距离的移动式区分各种成像算法的关键，并导致了各种成像算法在成像质量以及成像效率上的差异。

合成孔径雷达的特点：

一、二维高分辨率

二、分辨力与波长、载体的飞行高度、雷达的作用距离无关

三、强投射性：不受气候、昼夜影响，全天候成像有点。选合适的波长可以投射一定的遮掩

物体

四、包含多种散射信息：不同的目标，往往具有不同的介电常数、表面粗糙等物理和化学特

征，他们多微波的不同频率、投射角以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地新途径

五、分辨率和测量精度

六、多功能多用途

七、多极化、多波段、多工作模式

八、实现综合孔径原理

九、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

合成孔径雷达图像的物理基础

电磁传播

均匀介质的传播规律

基本公式

梯无旋，旋无散

磁导率与介电常数相对的磁导率与介电常数

一束电磁波可以用四个矢量来表示：E电场D电感应B磁感应H磁场

MAXWELL方程

电磁能量的传播

被电磁波覆盖的物体离发射源足够远，可以认为，对局部区域的领域，波是一个平面

由具有相同相位的点的集合定义的面称为波面

衰减现象

异质介质中的传播方程

需要考虑的现象：

一、传播的差别在于波前是弯曲的，传播不再是直线

二、散射现象改变了能量沿辐射线的传递

三、波的吸收导致了能量向热能的转化

介电常数变化的情况动

二、介电常数缓慢的变化

吸收介质中的传播方程

应用于星载雷达

物质-辐射的相互作用

如果传播介质不是均匀的，电磁波就会发生散射

两种情况：

一、L》λ:可以认为是无限屈光面

二、L《λ：这是点目标的情况

各种后向散射的理论模型

一、无限屈光面

二、瑞利散射体

现实的模型：

粗糙的屈光面、任意目标的散射、目标群的散射

雷达有效截面（RCS）

反射波是由每个目标给出的后向散射分量波的总和

多次散射现象

波的极化一个平面波的极化以一个时间的函数表示，它描述了在与E(t)正交的平面内的电场矢量K的端点轨迹

右极化与左极化方位角与椭率角

BSA协议

复后向散射矩阵S以及Mueller矩阵