雷达成像技术-第二章

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经典雷达资料-第22章 天基雷达(SBR)系统和技术-2

经典雷达资料-第22章  天基雷达(SBR)系统和技术-2

SBR系统的优缺点当传感器要完成探测太空、海洋和空中目标任务及完成导弹防御任务时,可考虑使用SBR。

与陆基雷达相比,这些部署在太空的雷达具有以下优点:(1)空间和时间覆盖范围仅受选定的轨道和卫星的数目限制。

如图22.9和图22.10所示。

大范围的连续观测是可以实现的[28]。

图22.9标明了从圆形极地轨道上提供连续覆盖整个地球表面所需要的轨道平面数量和卫星数量。

可以看出,当卫星的高度大于6 000n mile时,需要在两个轨道平面上使用6颗卫星,在卫星探测范围内没有天底孔。

图22.10说明了在赤道轨道的特殊情况下,实现连续覆盖所需要求卫星的数量。

这种情形仅限于扩展到图中所指定纬度的宽条形区,可看出:当卫星的高度大于6 000n mile时,4颗卫星能够覆盖一条60 宽的条形区。

时间上的覆盖范围如图22.11所示。

图中给出了目标被跟踪以后从太空卫星观测地面目标的最大时间[28],可以看出,当轨道高度为6 000n mile时,一个地面目标能被观测的时间超过7 000s。

图22.9 极地轨道的全球覆盖[28]图22.10 赤道轨道的带状覆盖图[28](2)使用电子扫瞄天线的SBR是可以完成多种任务的。

例如,一个雷达卫星系统能:第22章天基雷达(SBR)系统和技术·838·①搜索一个扇区,完全覆盖美国本土周围的防御区域,探测距海岸一定距离的轰炸机;②搜索一个覆盖极地的扇区以便在弹道导弹早期预警系统(BMEWS)发现之前发现洲际弹道导弹(ICBM);③监视任何国外潜在的太空发射场地;④完成海洋地区的监视;⑤搜索一个海基弹道导弹(SLBM)防御区域;⑥探测可能对美国同步卫星构成威胁的太空目标。

任务的数量仅受限于重量和可用的主电源,但当采用航天飞机作为发射装置时,这些限制都能克服。

因此惟独技术和成本才是真正的限制。

(3)大气传播影响可以通过适当选择工作频率和有利的几何关系使之最小化。

(4)如果数据经中继卫星获得,就不需要海外工作站。

《雷达成像原理》课件

《雷达成像原理》课件
雷达成像原理
通过介绍雷达成像原理,我们可以深入了解雷达技术在遥感领域的应用,并 探讨其优势、局限性以及未来发展方向。
基本雷达成像类型
Omnidirectional Imaging
全向成像技术在雷达领域中的应用以及其适用场景。
Spotlight Imaging
脉冲雷达技术的应用,以及通过重点扫描获得高分辨率图像的原理。
LiDAR 利用激光进行探测
适用于晴雨雪等恶 劣天气
可获取地表和地下 信息量
光学成像 利用可见光进行探测 对天气和植被敏感 获取可见光图像
热成像
利用红外辐射进行 探测
检测热分布和能源 损失
检测热辐射和温度 变化
雷达成像优势与局限性
优势
• 适用于各种天气条件 • 可获取地下和地表信息 • 长距离探测能力
Indication
识别和处理移动目标的 技术。
范围和角度分辨率
1
Range Resolution
最小可分辨距离对雷达成像分辨率的影响。
2
Angular Resolution
波束宽度及目标角度对雷达成像分辨率的影响。
3
Trade-offs
范围和角度分辨率之间的权衡和取舍。
合成孔径雷达成像
合成孔径雷达通过精确控制平台运动并利用多次回波合成高分辨率图像。
Signal Processing
对接收到的信号进行处理以生成更清 晰的雷达图像。
雷达阵列信号处理
利用雷达阵列中多个接收器的组合和信号处理技术,实现多波束成像和精确 目标探测。
数字波束赋形和相控阵信号处理
通过数字化信号处理技术实现对波束形状和方向的精确控制,提高雷达成像质量和目标定位准确性。

第二章补(雷达成像--邢孟道)

第二章补(雷达成像--邢孟道)

式中,cR f 002∆∆-=γ,即目标相对于参考点的距离为0∆R 时,解线频调后的差频值。

如上所述,用解线频调得到如图2.4(b)所示的差频信号,其差频值可以表示目标相对于参考点的距离,只是相位项中的RVP 项使多普勒值有些差别。

从图2.4(b)可见,不同距离的目标回波在时间上是错开的,称之为斜置,而这种时间上的错开并不带来新的信息,反而在后面的一些应用中带来不便。

因此,通常希望将不同距离目标的回波在距离上取齐,而如图2.4(c)所示,称之为“去斜”处理,同时去掉RVP 项。

为完成上述工作,可将式(2.9)的差频信号对快时间(以参考点的时间为基准)作傅里叶变换,得到在差频域的表示式)4π4π4πj(-222e ]2([sinc ),(∆∆∆++∆+=R c f R c R c f i p p m i if i c R c f T AT t f S γγ(2.13)上式的三个相位项中,第一项为前面提到过的多普勒项,这时正常的;第二项为RVP 项,而第三项为0≠∆R 时,回波包络“斜置”项,均应去除。

但是这两项都与距离∆R 有关,对不同的∆R 应作不同的相位补偿。

不过,差频回波变到差频域后,成为宽度很窄的sinc 函数,其峰值位于∆-=R c f i γ2处,因此当对距离为∆R 的目标进行补偿时,只要补偿∆-=R c f i γ2处的相位即可。

考虑到这一特殊情况,式(2.13)中后两个相位项可写成 γπππγ22244i i f R c f R c =--=∆Φ∆∆ (2.14) 于是将式(2.13),乘以下式)π(2e )(γi f j i c f S -= (2.15)就可将式中的RVP 和包络置斜的两个相位项去除掉,再通过逆变换变回到时域,就可将图2.4(b)的差频回波变成图2.4(c)的形式。

图2.5中虚线前的部分表示这一处理过程,虚线后面为加权脉压。

图2.5 解线频调后去斜和压缩处理流程解线频调脉压从图2.4(a )得到图(b )的相干差频处理是用模拟电路来实现,因为这时信号处于高频,且频带很宽。

雷达成像原理

雷达成像原理

Microwave radar imaging and advanced concepts雷达成像原理第一章雷达基础知识 (5)1.1雷达的定义 (5)1.2雷达简史 (5)1.3电磁波 (6)1.4脉冲 (9)1.5分贝值表示方法 (9)1.6天线 (10)1 .7雷达散射截面 (12)2.1傅立叶变换 (14)2.2雷达硬件组成 (15)2.2.1振荡器 (15)2.2.2波形产生 (16)2.2.3混频器 (16)2.2.4调制 (16)2.2.5发射机 (16)2.2.6波导 (17)2.2.7双工器 (17)2.2.8天线 (17)2.2.9限幅器 (18)2.2.10低噪放大器 (18)2.2.11系统噪声 (18)2.2.12解调 (19)2.2.13正交混频 (20)2.2.14 A/D转换器 (21)2.3天线 (23)2.3.1天线的概述 (23)2.3.2方向性函数 (24)2.3.3天线增益 (27)2.3.4天线口面上辐射场的渐变处理 (28)2.3.5余割平方天线 (29)2.4相控阵天线 (30)2.4.1一维线阵列天线 (31)2.4.2二维相控阵 (33)第三章外部环境对雷达系统的干扰 (34)3.1雷达散射截面(RCS) (34)3.1.1简单目标的RCS (35)3.1.1.1理想导体球 (35)3.1.1.2平板 (36)3.1.1.3角反射器 (36)3.1.1.4 Luneburg透镜 (37)3.1.2 复杂目标的RCS (38)3.1.3计算RCS的方法 (38)3.1.4极化因素 (38)3.1.4.1 极化散射矩阵 (39)3.1.4.2简单目标的极化散射矩阵 (39)3.1.4.3 更一般的极化基 (40)3.2 传播与杂波 (41)3.2.1 雷达波在大气中的折射 (42)3.2.2 地表弯曲效应 (42)3.2.3雷达波在空气中的衰减 (43)3.2.4雷达波在雨水中的衰减 (43)3.2.5雷达波在地表的反射 (44)3.2.6 多路效应 (44)3.2.7 表面杂波反射 (45)3.2.8 降水引起的雷达反向散射 (46)3.3 外部噪音 (47)第四章:基本雷达信号处理 (50)4.1 从噪声和杂波中间测回波信号 (50)4.1.1检测器特点 (50)4.1.2检测的基本理论 (50)4.1.3噪声中检测无波动目标 (52)4.1.3.1:已知相位的单脉冲的相参检测 (52)4.1.3.2单脉冲包络检测 (52)4.1.3.3 n个脉冲的相参积分: (53)4.1.3.4 n个非相参脉冲的积分变换损失: (53)4.1.4 施威林情形 (53)4.1.4.2 波动损失 (54)4.1.5:噪声中目标检测小结: (54)4.1.6:次积分:无振动目标 (54)4.1.7目标 (55)4.2 雷达波形 (55)4.2.1总的雷达信号 (55)4.2.2 匹配滤波器 (56)4.2.3:匹配滤波器对于延迟,多谱勒平移、信号的响应, (58)4.2.4 雷达模糊函数 (59)4.2.5 例1:一个单脉冲;距离和速度分辨率 (60)4.2.6 例2:线性频率调制脉冲;脉冲压缩 (61)4.2.7 例3:相关脉冲序列:在距离和速度上的分辨率和模糊度 (62)4.2.7.1 单脉冲串 (63)4.2.7.2 线性调频脉冲串 (64)4.2.7.3其它脉冲序列 (65)4.2.8 相差处理间隔 (66)4.2.9 CPI的例子,求解雷达方程 (66)4.3 雷达测量精确度 (67)4.3.1单脉冲 (67)4.3.2 卡尔曼绕界限 (67)4.3.2.1在频率上得卡尔曼-绕界限 (68)4.3.2.2延迟上的卡尔曼绕界限 (69)4.3.2.3角度上的卡尔曼--绕界限 (69)4.3.2.4卡尔曼-绕界限的例子。

SAR技术ppt课件

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雷达系统的斜距分辨率由信号带宽决定,是固定的 。 斜距分辨率ρr 投影到地面对应的长度定义为地距分辨
率ρg ,地距分辨率是随入射角不同而变化的。
(2) 单点目标分辨率
单点目标分辨率定义:点目标冲激响应主瓣半功率点 (-3dB)处宽度对应的空间长度
0dB -3dB -4dB
…… 副瓣 副瓣 副瓣
速度取决于轨道精度,是有规律的。 ● 安装空间和位置:安装空间和载荷能力是有限的。 ● 供电能力:卫星电源供电能力是有限的。
7.2 波段和极化
● 目前SAR的工作波段已经几乎覆盖了全部雷达波段, 多波段SAR系统是一个发展方向。
● 不同目标对不同极化的电磁波散射特性也不同,并 会产生不同的极化方向旋转。 多极化SAR系统是一个发展方向。
回顾 2 合成孔径雷达采用的先进技术
宽频带的天线馈线系统; 分布式有源相控阵天线系统; 距离向多波束扫描方式(ScanSAR); 方位向多波束工作方式; 聚束工作方式(Spotlight); 多频段、多极化SAR技术; 干涉SAR技术; 宽频带相干发射接收系统; 高稳定度信号源; 线性调频脉冲产生和脉冲压缩技术;
特别 B = fMax 时——信号带宽使用100%(实际做不到)
SAR是一种微波全息
SAR是微波全息成像,SAR 原始数据就是数 字化的全息图,成像处理就是图像重建。
在方位向通过载机飞行和 PRF 进行全息图的 采样,因此要求载机直线飞行。
采样间隔必须固定不变,因此通常 PRF 随地 速成正比变化。或记录飞行速度(或加速度) 在成像处理中进行校正。
在距离向通过距离采样时钟进行全息图的采样。
合成孔径雷达技术
2005年6月
合成孔径雷达技术内容
回顾:1 合成孔径雷达的基本特点 2 合成孔径雷达采用的技术 3 合成孔径雷达系统的组成

雷达成像技术在目标识别中的应用

雷达成像技术在目标识别中的应用

雷达成像技术在目标识别中的应用第一部分:雷达成像技术的基本原理雷达成像技术是以雷达信号为基础的目标成像技术。

雷达信号是由雷达发射器发射出去的电磁波,经过一定时间后,通过雷达接收器接收到回波信号。

雷达成像技术是通过对雷达接收到的回波信号进行处理和分析,形成目标的成像图像。

雷达成像技术的基本原理可以用以下公式来描述:R = ct/2其中,R表示目标与雷达设备的距离,c是光速,t是回波信号所需时间。

利用这个公式,可以测量目标与雷达设备之间的距离。

对于雷达成像技术,其基本原理是利用雷达设备从不同的方向对目标进行探测,通过聚合多次探测到的回波信号,形成目标的成像图像。

其中,雷达设备在探测时可以通过改变发射信号的频率,或者改变探测时的视角等方式来获取更为准确的目标成像图像。

第二部分:雷达成像技术在目标识别中的应用1. 地貌和海洋观测雷达成像技术在地貌和海洋观测中有着非常重要的应用。

在地貌观测中,雷达成像技术可以用来探测地面的高度、地形等信息,进而进行地图制作等工作。

在海洋观测中,雷达成像技术可以用来探测海面的波浪、海流等信息,对于洋流等大规模海洋现象的分析和研究有着重要的意义。

2. 空中交通管制雷达成像技术在空中交通管制中有着非常重要的应用。

在航空管制中,雷达成像技术可以用来追踪和识别飞机等飞行器,对于航班的安全和正常进行有着非常重要的作用。

3. 军事领域在军事领域,雷达成像技术可以用来进行目标识别和打击。

例如,在导弹和炸弹的打击中,可以利用雷达成像技术对目标进行识别和定位,从而实现精准制导和打击。

4. 航天领域在航天领域,雷达成像技术可以用来进行航天器的定位和跟踪,对于轨道控制和调整有着非常重要的意义。

此外,雷达成像技术还可以用来探测太空中的天体和宇宙射线等信息。

第三部分:雷达成像技术的未来发展1. 多波段雷达为了获得更为精确的目标成像信息,未来的雷达成像技术可能会发展成为多波段雷达。

多波段雷达可以同时利用多个频段的信号进行探测,从而获得更为丰富的目标信息。

基于雷达成像的无人机探测技术

基于雷达成像的无人机探测技术

基于雷达成像的无人机探测技术在无人机的技术发展过程中,雷达成像技术的应用已成为无人机探测技术中的重要组成部分,在无人机监测、测绘、航拍等领域得到广泛应用。

雷达成像技术是利用雷达波在目标上反射和散射产生的回波信息来提取目标特征的一种技术。

无人机配备雷达成像设备后,在空中对目标进行探测,获取实时的目标信息,可广泛应用于水、陆、天三个维度的探测。

一、雷达成像技术雷达成像技术是利用雷达波在目标上反射和散射产生的回波信息来提取目标特征的一种技术。

雷达传输的信号会碰撞到目标上,而目标生成些回波信号,这些信号会被接收回来,再通过雷达系统来分析信号回波的情况,从而获得目标的位置、形状等信息。

相比于其他成像技术,雷达成像技术具有以下优点。

首先,雷达成像技术具有较强的穿透能力,能够穿透云层和雨雪天气,即使在复杂环境下,也能获得有效的图像信息。

其次,雷达成像技术具有扫描效率高的特点,无需对目标进行全面扫描,只需对目标区域进行瞬时扫描即可获得目标信息。

最后,雷达成像技术不受光线和太阳角度的影响,不同于其它成像技术,对时间和天气条件的限制不大。

二、无人机雷达成像技术1. 雷达成像技术在无人机领域的应用通过无人机搭载雷达成像技术的设备,可以对目标进行实时、快速、多维度的探测和识别。

无人机搭载的雷达成像设备可以对地面、水面、空中等多个方向进行探测,实时获得目标信息,针对需要及时反应的场合,无人机成像技术发挥了重要的作用。

例如,无人机搭载雷达设备用于对海上船只进行监测,做到了一搜即知,为海上交通管理提供了实时监测手段。

2. 无人机雷达成像技术的分类无人机雷达成像技术包括侧视雷达、合成孔径雷达和相控阵雷达。

其中,侧视雷达是基于雷达波的散射特性来进行目标成像,具有对复杂目标的探测能力;合成孔径雷达则利用多个简单雷达的数据进行合成,构成高分辨率的雷达图像,这种技术广泛应用于航空侦察和空间遥感等领域;相控阵雷达则基于电子波束扫描的思想,能够快速获得目标的信息。

《雷达成像原理》课件

《雷达成像原理》课件

05
雷达成像技术发展与展望
雷达成像技术的发展历程
雷达成像技术的起源
20世纪40年代,雷达技术开始应用于军事 领域,随着技术的发展,人们开始探索雷达 在成像方面的应用。
雷达成像技术的初步发展
20世纪60年代,随着计算机技术和信号处理技术的 发展,雷达成像技术开始进入初步发展阶段,出现 了多种成像模式。
提取雷达图像中的边 缘信息,用于目标识
别和形状分析。
纹理分析
提取雷达图像中的纹 理特征,用于分类和 识别不同的物质或结
构。
04
雷达图像解译
雷达图像的解译方法
直接解译法
01
根据雷达图像的直接特征,如斑点、纹理、色彩等,对目标进
行识别和分类。
间接解译法
02
利用雷达图像的间接特征,如地形、地貌、阴影等,结合地理
03
雷达图像处理
雷达图像预处理
去噪
去除雷达图像中的噪声,提高图像质量。
标定
对雷达图像进行几何校正和辐射校正,以 消除误差。
配准
将多幅雷达图像进行对齐,确保后续处理 的一致性。
滤波
平滑雷达图像,减少随机噪声和斑点效应 。
雷达图像增强
01 对比度增强
提高雷达图像的对比度, 使其更易于观察和理解。
03 直方图均衡化
雷达成像技术的成熟
20世纪80年代以后,随着数字信号处理技 术的广泛应用,雷达成像技术逐渐成熟,分 辨率和成像质量得到显著提高。
雷达成像技术的未来展望
高分辨率成像技术
未来雷达成像技术将进一步提高分辨率,实现更精细的成像效果 ,为各种应用提供更准确的信息。
多模式成像技术
未来雷达成像技术将发展多种模式,包括透射、反射、合成孔径等 多种模式,以满足不同场景的需求。

雷达系统中的信号处理与成像技术

雷达系统中的信号处理与成像技术

雷达系统中的信号处理与成像技术雷达系统是一种利用电磁波来探测目标的无线电系统。

它广泛应用于军事、航空、天气预报、海洋航行等领域。

作为一种重要的探测技术,雷达系统中的信号处理与成像技术的发展也非常迅速。

一、雷达系统的原理雷达系统通常由发射机、天线、接收机、处理器等几个部分组成。

雷达的基本工作原理是:发射出一束电磁波,由天线发射出去,当它遇到一个目标时,会产生反射波并被天线接收。

接收机会将接收到的反射波电信号传输到处理器中,处理器经过一定的分析处理后就可以获得目标的位置、速度、方位和高度等信息。

二、雷达成像技术的分类雷达成像技术可以分为以下两种:1. 合成孔径雷达成像技术合成孔径雷达成像技术是一种高分辨率成像技术。

这种成像技术可以提供极高的分辨率,可以产生地形图、海洋等领域所需的高质量成像数据。

它的主要原理是通过收集目标地表被照射到的回波,然后形成地图,进行分析处理。

这种技术需要多次照射,所以需要较长的时间才能够完成成像任务。

2. 脉冲Doppler雷达成像技术脉冲Doppler雷达成像技术是一种高速成像技术。

这种技术可以通过对高速移动目标的速度进行准确的识别和跟踪,在车辆自动导航、目标跟踪和军事应用等领域具有重要的应用价值。

它的主要原理是跟踪由目标散射的回波,根据回波的时间微调雷达频率,获得目标的速度及其位置数据。

三、雷达信号处理技术雷达信号处理技术是用于提取、处理雷达信号的一种技术。

准确的信号处理可以改善雷达探测的效果,提高成像的分辨率,从而更好地识别和跟踪目标。

雷达信号处理技术包括以下步骤:1.回波信号的接收与处理这个步骤初始时接收到的回波信号可能很微弱,因此需要将其放大,以便进一步处理。

2.对目标进行成像在成像期间,需要将回波信号变成三维图像,这样就可以更清楚地了解目标的位置和动态。

3.信号匹配与跟踪对于多个回波信号,需要通过信号匹配与跟踪来确定这些信号是来自于同一目标还是来自于不同的目标。

雷达成像技术在无人机中的应用

雷达成像技术在无人机中的应用

雷达成像技术在无人机中的应用一、引言无人机技术的迅猛发展为人们带来了广阔的应用前景,其中雷达成像技术在无人机中的应用日益受到关注。

雷达成像技术通过发送和接收雷达信号,可高分辨率地获取目标的空中图像,有效提升了无人机的目标探测、跟踪和识别能力。

本文将着重介绍雷达成像技术在无人机中的应用。

二、雷达成像技术概述1. 雷达成像原理雷达成像技术是通过向目标发射脉冲雷达信号,接收反射回来的信号来获取目标信息。

根据回波信号的时间、幅度、相位等特征,可以将目标的空间信息重构成二维或三维图像。

2. 雷达成像分类根据成像方式,雷达成像可分为合成孔径雷达(SAR)和实时成像雷达(ISAR)。

SAR通过合成一个大孔径,利用目标相对于雷达的运动合成高分辨率图像;ISAR则是在雷达和目标之间相对运动的过程中,实时生成目标的高分辨率图像。

三、雷达成像技术在无人机中的应用1. 目标探测和跟踪无人机搭载雷达成像系统可以快速准确地发现目标,并跟踪目标的位置和动态信息。

在搜索和救援、侦察、边防巡逻等应用场景中,无人机的雷达成像技术能够在复杂环境中有效地探测目标,提供实时的情报支持。

2. 地形感知和导航雷达成像技术可以获取地面或海面的三维地形图像,在无人机的自主导航和飞行控制中起到重要作用。

无人机借助雷达成像系统可以实时感知障碍物、地表结构等信息,提供精确的地标和导航数据,确保无人机安全飞行。

3. 智能决策支持无人机通过搭载雷达成像系统,可实时获得目标的高分辨率图像,提供决策者更全面的信息支持。

例如在灾害救援、城市规划等领域,无人机的雷达成像技术可以帮助决策者准确了解现场情况,制定科学有效的行动方案。

4. 军事领域应用无人机的雷达成像技术在军事领域有着广泛的应用。

它可以帮助军方实时获取敌方目标的位置、航迹等信息,提供有效的军事侦察和情报支持。

此外,在电子战中,无人机搭载雷达成像系统还可以实现对敌方雷达设备的侦测和干扰。

四、雷达成像技术在无人机中的挑战和趋势1. 技术挑战无人机搭载雷达成像系统有着体积、重量和功耗等方面的限制,如何在有限的资源条件下实现高分辨率成像仍然是一个技术难题。

SAR

SAR

第一章绪论1.1.合成孔径雷达的历史、现状和发展合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是20世纪50年代初发展起来的一种新型雷达体制。

它利用合成孔径原理和脉冲压缩技术实现对观测目标的识别和成像,具有全天时,全天候工作的特点,能在云、雾、雨等恶劣气象条件下获取目标的高分辨图像。

在军事及民用领域都具有重要的研究意义和广阔的发展前景[1]。

SAR的发展历史可以追溯到上世纪中期,1951年6月,Goodyear航空公司的Carl Wiley提出[2]:可以利用频率分析的方法改善雷达方位向分辨率——正是这一创造性的思想导致了SAR的产生。

所谓“合成孔径”就是雷达载体相对于成像区域运动的同时,利用尺寸较小的真实天线以固定重复周期发射脉冲,接收并存储成像区域的回波信号,在合成孔径时间内进行相干处理,随着雷达的运动将形成比真实天线尺寸大得多的等效线性阵列天线,从而使雷达角分辨率大为改善,方位向分辨率显著提高。

1953年,亚利桑那州Goodyear研究所的雷达组根据Wiley的波束锐化思想建造了第一个机载SAR系统,与此同时,Illinois大学的一个工作组也在开发合成孔径雷达并于1953年7月采用非聚焦孔径综合的方法得到第一张SAR图像。

1953年,美国军方在Michigan大学举办了关于Wolverine计划的短期讨论会,会议决定由Michigan大学的Willow Run实验室(即后来的Environmental Research Institute of Michigan,ERIM实验室)研究光学处理器。

此后的四年,该实验室成功研制了X波段雷达和基于氦-氖激光的光学处理器并于1957年8月获得了第一张全聚焦的SAR图像[3]。

1958年,可产生条带图像的实用性机载SAR系统诞生,从此之后,合成孔径原理和合成孔径雷达被人们所认识,并得到不断发展,宣告SAR技术从理论走向实践的成功。

《激光雷达成像技术》课件

《激光雷达成像技术》课件
《激光雷达成像技术》ppt课 件
CONTENTS
• 激光雷达简介 • 激光雷达系统组成 • 激光雷达数据处理技术 • 激光雷达成像技术 • 激光雷达技术发展与展望
01
激光雷达简介
激光雷达的定义与特点
总结词
激光雷达是一种利用激光技术进行探测和测距的雷达系统,具有高精度、高分辨率和高速度的优点。
详细描述
干涉成像的特点
干涉成像具有高分辨率和高精度,能够提供目标的微小变化和细节信息。然而, 干涉成像对实验条件要求较高,需要稳定的实验环境和精密的测量设备。
成像质量评价
成像质量评价方法
成像质量评价是评估激光雷达成像系统 性能的重要手段。评价方法包括图像的 分辨率、对比度、噪声水平、畸变等指 标。通过对这些指标的测量和分析,可 以评估成像系统的性能和成像质量。
激光雷达通过向目标发射激光束,然后接收反射回来的光信号,并通过对光信号的处理和分析,获取 目标的位置、距离、速度和形状等信息。由于激光雷达采用激光作为探测手段,因此具有高精度、高 分辨率和高速度的优点,能够实现远距离、高精度的探测和测量。
激光雷达的工作原理
总结词
激光雷达通过发射激光束,并接收反射回来的光信号,通过对光信号的处理和分析,获取目标的距离和角度信息 ,从而实现目标的探测和定位。
01
02
03
接收光学系统
用于收集反射回来的激光 束,并将其聚焦在光电探 测器上。
光电探测器
将反射回来的光信号转换 为电信号,常见的光电探 测器有硅光电倍增管和雪 崩光电二极管。
信号处理器
对光电探测器输出的电信 号进行处理,提取出目标 物体的距离、速度、方位 等信息。
数据处理系统
信号处理算法
用于提取目标物体的特征信息, 如距离、速度、方位等。常见的 算法包括脉冲压缩、动目标检测 和跟踪、多普勒频移分析等。

雷达成像技术及其应用研究

雷达成像技术及其应用研究

雷达成像技术及其应用研究引言雷达作为一种重要的检测和观测手段,其成像技术已经得到了广泛的应用。

雷达成像技术是一种利用雷达探测信号形成图像的技术,在对目标进行无损检测、地质勘探及环保等领域有着重要的应用。

本文将首先介绍雷达成像技术的原理,然后深入探讨其应用及研究现状。

同时,我们还将讨论在这一领域中未来的发展方向和挑战。

第一章雷达成像技术原理1.1 形成雷达成像雷达成像的实现是通过将雷达信号发射到目标区域并接收回波信号,然后以一定的方式来反演目标的信息以形成图像。

雷达成像技术可以分为以下两种方法:(1)合成孔径雷达成像(SAR)合成孔径雷达成像技术是通过接收反射回来的雷达信号数据,并将其合成以形成清晰的图像。

这种技术可以实现对地面物体进行宽带频率扫描,这也是SAR成像技术的独特优势之一。

(2)甚高频雷达成像(UHF)甚高频雷达成像技术或者叫作干涉合成孔径雷达成像技术,它是通过传递多个星期反射回来的雷达信号,获得更清晰、更详细的图像。

这种技术在图像分辨率上优势明显,但也需要使用更复杂的处理算法来得到合适的图像。

1.2 雷达成像技术工作原理雷达成像技术可以工作在两种不同的模式下。

第一种是被动成像模式,这种模式下雷达仅仅能够接收到目标反射的电磁波。

而第二种模式,则是主动成像模式,此时雷达还能通过发送电磁波进行控制,从而获得更清晰、更详细的图像信息。

雷达成像技术常常采用Hard-target或Soft-target接收信号来实现反演目标的信息,Hard-target意味着反射的板状目标,而Soft-target则意味着接收到反射的散乱体。

第二章雷达成像技术应用2.1 航空与航天军事和航空领域通常是雷达成像技术的主要应用领域之一,其中包括飞机、舰船和无人机。

用于武器检测、目标搜索、导航和空气交通控制等多种场景。

航天领域也使用了雷达成像技术,其中包括着陆探测器及其载具、皮卫星及其搭载的雷达仪器等。

2.2 地质勘探雷达成像技术在地质勘探领域中也有着广泛的应用,作为对地面水、矿物、油藏等方面进行探测的一种有效手段,这种技术可以为采矿行业和资源开发产业带来重要的帮助。

雷达成像技术研究与应用

雷达成像技术研究与应用

雷达成像技术研究与应用雷达成像技术是一种非常重要的无线电成像技术,它广泛应用于气象、军事、海洋、航空等领域。

雷达成像技术可以实现对地球表面目标的三维成像,从而为环境监测、天气预报、战争情报提供了非常强大的手段。

下面将详细介绍雷达成像技术的原理、发展现状以及未来发展趋势。

一、雷达成像技术的原理雷达成像技术是利用雷达信号与目标之间的相互作用来实现成像的一种技术。

雷达信号在传播过程中,会遇到目标并被反射回来,接收机接收返回的信号,并通过信号处理算法处理成图像。

雷达成像技术需要主动发射微波信号,因此光学遮蔽不会对成像造成影响。

雷达成像的原理类似摄影机拍摄的过程,但是摄影机所用的是红外线、可见光和紫外线进行拍摄,而雷达成像则是通过微波信号来实现成像。

雷达成像通过探测反射回来的微波信号的时间来判断目标的位置,进而实现目标的成像。

二、雷达成像技术的发展现状雷达成像技术的发展历程源远流长,历经数十年的时间,在各个领域都取得了重要的应用。

现代雷达成像技术主要包括合成孔径雷达(SAR)成像、反演散射成像技术和多普勒雷达成像等。

其中,合成孔径雷达(SAR)是最为常用的一种雷达成像技术。

它通过收集合成孔径上不同点的信号后,进行处理,进而得到图像。

SAR具有分辨率高、调制灵敏度好、天气变化影响小等优点,因此被广泛应用于环境监测、资源勘探、军事侦察等领域。

反演散射成像技术通过对目标的材料特性和形状进行反演,可以得到目标的图像。

该技术应用广泛,能够应对不同的监测需求,因此成为环境监测、远程探测和作战情报的重要手段。

多普勒雷达成像利用多普勒效应实现对目标消失或者移动的情况进行探测。

相比于传统的雷达成像技术,在检测移动目标方面,多普勒雷达成像有着更出色的表现。

三、雷达成像技术的未来发展趋势目前,雷达成像技术在各个领域都有非常广泛的应用,但是我们也在探索更加先进的雷达成像技术,以实现更高的性能和更广泛的应用。

未来雷达成像技术的发展趋势主要表现在以下几个方面:1. 高分辨率、高精度成像随着电子技术的不断发展和应用,雷达成像技术的分辨率和精度已经得到了极大的提升。

雷达成像的原理和方法

雷达成像的原理和方法

雷达成像的原理和方法
雷达成像是利用雷达系统发送连续波或脉冲波到目标上,然后接收目标反射回来的信号,并基于接收到的信号,重建目标的空间位置和形状。

雷达成像的原理和方法主要有以下几点:
1. 雷达方程:雷达方程是描述雷达反射回波的数学表达式,基于雷达方程可以计算目标到雷达的距离、方位角和仰角,从而确定目标在三维空间中的位置。

2. 双向测距:雷达发送连续波或脉冲波到目标上,然后接收目标反射回来的信号。

利用以目标为中心的球坐标系,测量从雷达到目标的距离。

3. 方位角测量:通过测量雷达发射时刻和接收时刻之间的差别,可以得到目标的方位角。

4. 仰角测量:通过测量接收到的信号的相位差,可以得到目标的仰角。

5. 多普勒效应:目标的运动会导致接收到的信号频率的变化,利用多普勒效应可以获取目标的速度信息。

雷达成像的方法主要包括以下几种:
1. 时域成像:通过测量雷达发射和接收信号的时刻,可以得到不同目标点的距
离信息,并通过距离信息重建目标的位置和形状。

2. 频域成像:通过测量接收到的信号的频谱信息,可以得到目标的多普勒频移和速度信息,并基于速度信息重建目标的位置和形状。

3. 合成孔径雷达(SAR):利用合成孔径雷达技术,通过叠加多个雷达扫描周期的数据,可以提高空间分辨率,获得高质量的雷达图像。

4. 多普勒雷达成像(MTI):利用多普勒效应,除去地面散射和杂波信号,提取目标的多普勒信息,从而实现对目标的空间成像。

总结而言,雷达成像通过发送和接收信号,结合雷达方程和测量技术,可以实现对目标的空间位置、形状和速度等信息的获取,并通过相应的算法和处理方法,重建目标的图像。

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第二章距离高分辨和一维距离像雷达采用了宽频带信号后,距离分辨率可大大提高,这时从一般目标(如飞机等)接收到的已不再是“点”回波,而是沿距离分布开的一维距离像。

雷达回波的性质可以用线性系统来描述,输入是发射脉冲,通过系统(目标)的作用,输出雷达回波。

系统的特性通常用冲激响应(或称分布函数)表示,从发射波形与冲激响应的卷积可得到雷达回波的波形。

严格分析和计算目标的冲激响应是比较复杂的,要用到较深的电磁场理论,不属于本书的范围。

简单地说,雷达电波作用的目标的一些部件对波前会有后向散射,当一些平板部分面向雷达时还会有后向镜面反射;这些是雷达回波的主要部分;此外还有谐振波和爬行波等。

因此,目标的冲激响应(分布函数)可以用散射点模型近似,即目标可用一系列面向雷达的散射点表示,这些散射点位于后向散射较强的部位。

由于谐振波和爬行波的滞后效应,有时也会有少数散射点在目标本体之外。

如上所述,目标的散射点模型显然与雷达的视线向有关,例如当飞机的平板机身与雷达射线垂直时有很强的后向镜面反射,而在偏离不大的角度后,镜向反射射向它方,不为雷达所接收。

目标的雷达散射点模型随视角的变化而缓慢改变,且与雷达波长有关,分析和实验结果表明,在视角变化约10°的范围里,可认为散射点在目标上的位置和强度近似不变。

顺便提一下,前面曾提到微波雷达对目标作ISAR成像,目标须转动3°左右,在分析时用散射点模型是合适的。

虽然目标的散射点模型随视角快得多。

可以想像到,一维距离像是三维分布散射点子回波之和,在平面波的条件下,相当三维子回波以向量和的方式在雷达射线上的投影,即相同距离单元里的子回波作向量相加。

我们知道,雷达对目标视角的微小变化,会使同一距离单元内而横向位置不同散射点的径向距离差改变,从而使两者子回波的相位差可能显著变化。

以波长3厘米为例,若两散射点的横距为10米,当目标转动0.05°时,两者到雷达的径向距离差变化为1厘米,它们子回波的相位差改变240°!由此可见,目标一维距离像中尖峰的位置随视角缓慢变化(由于散射点模型缓变),而尖峰的振幅可能是快变的(当相应距离单元中有多个散射点)。

图2-1是C 波段雷达实测的飞机一维距离像的例子,图中将视角变化约3°的回波重合画在一起。

一维距离像随视角变化而具有的峰值位置缓变性和峰值幅度快变性可作为目标特性识别的基础。

本章将用上述散射点模型对高分辨的一维距离像进行讨论。

2.1 宽带信号的逆滤波、匹配滤波和脉冲压缩根据散射点模型,设散射点为理想的几何点,若发射信号为()p t ,对不同距离多个散射点目标,其回波可写成: 22()()c i f j R i c r i iR s t A p t e c π-=-∑ (2.1) i A 和()i m R t 分别为第i 个散射点回波的幅度和某时刻的距离;()p •为归一化的回波包络;c f 为载波频率,c 为光速。

若以单频脉冲发射,脉冲越窄,信号频带越宽。

但发射很窄的脉冲,要有很高的峰值功率,实际困难较大,通常都采用大时宽的宽频带信号,接收后通过处理得到窄脉冲。

为此,我们将(2.1)式的回波信号换到频域来讨论如何处理,这时有:2()()()c i f f j R c r i i S f A P f eπ+-=∑ (2.2)对理想的几何点目标当然希望重建成冲激脉冲,如果()P f 在所有频率没有零分量,则冲激脉冲信号可通过逆滤波得到,即21()2()e ()()c i f j R i r c i iR S f F A t P f c πωδ--⎡⎤=-⎢⎥⎣⎦∑ (2.3) 实际()P f 的频带虽然较宽,但总是带限信号,所以一种实用距离成像方法是通过匹配滤波,主要将各频率分量的相位校正成一样,为了提高信噪比再按信号频谱幅度加权,而频谱为零部分是无法恢复的。

匹配滤波后的输出为,1*()2()1*()2()()()()()2epsf ()c i c i r M f r f f j R c f i i f j R i c i i s t F S f P f F A P f P f e R A t cππ-+---⎡⎤=⎣⎦⎡⎤=⎢⎥⎣⎦=-∑∑ (2.4)这里*()P •为()P •的复共轭,而21()psf ()()f t F P f -⎡⎤=⎣⎦(2.5) 在时域上看,滤波相当于信号与滤波器冲激响应的卷积,对一已知波形的信号作匹配滤波,其冲激响应为该波形的共轭倒置。

当波形的时间长度为p T ,则卷积输出信号为p T 2。

实际上,匹配滤波可实现脉冲压缩,输出主瓣的宽度为B 1(B 为信号的频带宽度,为降低副瓣而作加权,主瓣要展宽一些),即距离分辨率为)2(B c ,脉压信号的B 通常较大(1>>BT ),输出主瓣是很窄的,时宽为p T 2的输出中,绝大部分区域为幅度很低的副瓣。

当反射体是静止的离散点时,回波为一系列不同延时和复振幅的已知波形之和,对这样的信号用发射波形作匹配滤波时,由于滤波是线性过程,可分别处理后迭加。

如果目标长度相应的回波距离段为r ∆,其相当的时间段为T ∆(=c r ∆2),考虑到发射信号时宽为p T ,则目标所对应的回波时间长度为p T T +∆,而匹配滤波后的输出信号长度为p T T 2+∆。

虽然如此,具有离散点主瓣的时间段仍只有T ∆,两端的部分只是副瓣区,没有目标位置信息。

应当指出,通过卷积直接作匹配滤波脉压的运算量相对较大,可以在频率域通过共轭相乘再作IFFT 求得。

需要注意的是两离散信号频率域相乘相当它们在时域作圆卷积,为使圆卷积与线性卷积等价,待处理的信号须加零延伸,避免圆卷积时发生混叠。

实际处理中,为了压低副瓣,通常是将匹配函数加窗,然后加零延伸为p T T +∆的时间长度,作傅立叶变换后并作共轭,和接收信号的傅立叶变换相乘后,作傅立叶逆变换,取前T ∆时间段的有效数据段。

为了便于采用快速傅立叶变换,可能对匹配函数要补更多的零,对接收信号也要补零。

脉压处理过程的如图2-2所示,其中虚框部分可事先计算好,以减小运算量。

接收信号图2-2 匹配滤波脉压示意图 距离匹配滤波压缩后,不管是否补零,其距离分辨率为)2(B c ,距离采样率为)2(s F c ,其中s F 为采样频率,1s sT F =为采样周期,距离采样周期要求小于等于距离分辨单元长度。

2.2 线性频调信号和解线频调处理大时宽宽频带信号可以有许多形式,如脉冲编码等,但用得最多的是线性调频(LFM )脉冲信号。

由于线性调频信号的特殊性质,对它的处理不仅可用一般的匹配滤波方式,还可用特殊的解线频调(Dechirping )方式来处理。

解线频调脉压方式是针对线性调频信号提出的,对不同延迟时间信号进行脉冲压缩,在一些特殊场合,它不仅运算简单,而且可以简化设备,已广泛应用于SAR 和ISAR 中作脉冲压缩。

应当指出,解线频调处理和匹配滤波虽然基本原理相同,但两者还是有些差别的,为了能正确利用解线频调方式作脉冲压缩,我们对它作一些详细的说明。

假设发射信号为s t t t T e m p j f t t c ( ,) ( )=⎛⎝ ⎫⎭⎪⎪+rect 2122πγ, (2.6) 其中⎩⎨⎧>≤=212101)rect(u u u ,f c 为中心频率,T p 为脉宽,γ为调频率, t t mT =-为快时间,m 为整数,T 脉冲重复周期,mT t m =为慢时间。

解线频调是用一时间固定,而频率、调频率相同的LFM 信号作为参考信号,用它和回波作差频处理。

设参考距离为R ref ,则参考信号为⎪⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2212ˆ222ˆrect ),ˆ(c R t c R t f j ref ref m ref ref ref c e T c R t t t s γπ (2.7)式中ref T 为参考信号的脉宽,它比T 要大一些(参见图2-3)。

某点目标到雷达的距离为t R ,雷达接收到的该目标信号),ˆ(m r t t s 为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛⎪⎭⎫ ⎝⎛-+⎪⎭⎫ ⎝⎛-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=2212ˆ222ˆrect ),ˆ(c R t c R t f j p t m r i i c e T c R t A t t s γπ (2.8)解线频调的示意图如图2-3,若ref t R R R -=∆,则其差频输出为),ˆ(),ˆ(),ˆ(*m ref m r m if t ts t t s t t s ⋅= 即2244)2ˆ(42ˆrect ),ˆ(∆∆∆---⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=R c j R f c j R c Rt c j p t m if e e e T c R t A t t s c ref πγπγπ (2.9)若暂将讨论限制在一个周期里(即R ∆为常数),则上式为频率与R ∆成正比的单频脉冲。

如果所需观测的范围为]2,2[r R r R ref ref ∆+∆-,图2-3中画出了范围两侧边缘处的回波。

我们再结合,图2.3是解线频调的差频处理示意图作一些说明,图中纵坐标均为频率,图2.3(a)中除参考信号外,有远、近的两个回波。

参考信号与回波作其共轭相乘,即作差频处理,回波变成单频信号,且其频率与回波和参考信号的距离差成正比,因而也叫解线频调处理。

由图2-3(b)可知cR f i ∆-=2γ。

因此,对解线频调后的信号作傅立叶变换,便可在频域得到对应的各回波的sinc 状的窄脉冲,脉冲宽度为p T 1,而脉冲位置与∆R 成正比(cR ∆-2γ),如图2-3(b)的左侧所示。

如上所述,变换到频域窄脉冲信号的分辨率为p 1,利用c R f i ∆-=2γ,可得相应的距离分辨率为r ρ=Bc T c p 1212=γ,相应的时间分辨率为B 1,这与匹配滤波脉冲压缩的结果是一致的。

图2-3 解线频调脉压示意图由于用解线频调作脉冲压缩的结果表现在频域里,而不像匹配滤波是在时域里完成,有些书籍里又把这种方法叫“时频变换脉冲压缩”。

从频率域变换到距离(相对于参考点的),应乘以系数γ2c -。

应当指出,如r ∆一定,则解线调频后的频率范围为⎥⎦⎤⎢⎣⎡∆∆-γγc r cr ,,即信号最大频宽为γcr ∆2=B cT r p ∆2=B R r p ∆,其中p R 为p T 所对应的距离。

因此可见,比值pR r ∆越小,则信号最大频宽比原调频带宽也小得越多,在聚束式SAR 和ISAR 里这一比值有时小到几十分之一,甚至几百分之一,以ISAR 为例,飞机一类目标的长度一般小于100米,对应的时宽为零点几微秒,而大时宽的宽频带信号一般在几十微秒以上,从而可将信号频带从几百兆赫减小到只有几兆赫,对后续设备(特别是中放和D A 变换)可简化很多。

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