第二章 合成孔径雷达概念
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
合成孔径雷达合成孔径雷达就是利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分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。
所得到的高方位分辨力相当于一个大孔径天线所能提供的方位分辨力。
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射模式等。
如果雷达保持相对静止，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。
合成孔径的概念始于50年代初期。
当时，美国有些科学家想突破经典分辨力的限制，提出了一些新的设想：利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分辨力；用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高分辨力。
50年代末，美国研制成第一批可供军事侦察用的机载高分辨力合成孔径雷达。
60年代中期，随着遥感技术的发展，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年代后期，卫星载合成孔径雷达和数字成像技术取得进展。
美国于1978年发射的“海洋卫星”A号和80年代初发射的航天飞机都试验了合成孔径雷达的效果，证明了雷达图像的优越性。
合成孔径雷达工作时按一定的重复频率发、收脉冲，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，便合成一个等效合成孔径天线的接收信号。
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。
这一过程与全息照相相似，差别只是合成线阵天线是一维的，合成孔径雷达只在方位上与全息照相相似，故合成孔径雷达又可称为准微波全息设备。
合成孔径雷达(SAR)
3 合成孔径原理（非聚焦与聚焦处理）
则对任意位置y，在整个孔径时间内积分可 以得到目标在所有y位置上的信号包络. 当对雷达 载体沿直线飞行产生的二次相位误差不补偿时：
4 x 4 v t 1 (t ) 2R 2R
2
2 2 s
这时的积分处理称非聚焦处理, 否则称为聚焦 处理。
设发射信号为：
S (t ) exp( jt )
则接收信号为：
Sr (t ) exp( j (t ))
0
其中:
2r 2 R0 ( X 0 X p ) c c cR0
2
9.2 SAR回波信号特性（信号模型）
则接收信号为：
2 R0 ( X 0 X p ) Sr (t ) exp( j[t ]) c cR0
2 0
e e
4 R0 j j 0 j t
2 ( X 0 X p )2
e
R0
该信号的相位为：
1 2 3
9.2 SAR回波信号特性（信号模型）
发射信号的线性相位：
1 t
2
4 R0
与距离有关的常数相位：
雷达平台运动产生的二次相位：
x R
R
2TD vs sin
4 合成孔径原理(频率分析方法)
当φ=90 度, 多普勒滤波器的时间常数为:
TD
最终的方位分辨率为:
R
vs D
D x 2
5
SAR 基本参数
Lmax
最大聚焦合成孔径长度:
R
D
天线尺寸的减小导致更长的聚焦合成孔径长度 SAR 聚焦分辨率:
合成孔径雷达概念
(From GlobeSAR program, CCRS)
Decomposition of Multiple Imaging （多次成像分解示意图）
1
3
2
4
舒宁 等 1997
Synthesis of Multiple Imaging（合成）
Objects experience illumination over a time interval
By tracing the frequency shifts and thus synthesising the corresponding echoes, the azimuth resolution can be sharpened (SAR focusing technique) （根据多普勒频移，合成相应的回波，改善方位分辨率， 称为SAR成像或聚焦过程）
, and taking considerat ion the round Inserting D R D into R trip, we get the renewed azimuth resolution D/2 R
Example: ERS-1/-2 SAR Resolution
Using range compression method:
c 3 108 Rr 20 m 6 2BR sin q 2 15.5510 sin(30 )
Azimuth Resolution（方位分辨率）
Azimuth resolution of
real aperture radar 真实孔径雷达的方位 向分辨率
Antenna length: L=10 m Typical range: R H sat / cos 23 853 km Ground range resolution:
雷达成像中的合成孔径概念
t tc rect exp j 2 f 0 0 T a
t t
SAR信号模型
motion is the solution, but also the problem
0 t 2 s(t , ) rect exp j k t 0 T
孔径合成概念
L
实孔径
Nyquist sampling D
a R
L
实阵列
2L
合成孔径 a R
多普勒波束锐化
雷达静止
1 2 Y
fd
2v
cos
Y
雷达运动
3
1
2
3
X
X
v
fd1=0 fd2=0 fd3=0
fd1<0 fd2=0 fd3>0
多普勒波束锐化
Y
fd
距离多普勒域的距离徙动
R f t R0
2 R0
8v 2
ft2
正侧视条件下频谱—两维频谱
2R ft ft 2 f2 s( f t , f ) exp j exp j exp 2 f k c ka
0 t t t 2 s(t, ) rect c rect exp j k t exp j 2 f 0 0 t 0 Ta Tr
SAR信号模型
雷达静止不动
2 0 s(t , ) rect exp j k 0 T
SAR信号分析
《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。
什么是合成孔径雷达？
什么是合成孔径雷达？
雷达成像的精度，一直是一个大难题。
为了提高雷达成像精度，必须不断加大雷达天线尺寸。
以雷达侦察卫星为例，在正常状况下，1,000公里轨道高度上运行的人造卫星，假如天线宽度以10米估算，其雷达影像平面解析力大约是10公里。
这样的解析力不能满足探测的需求，于是科学家研究了合成孔径雷达技术来改善成像精度。
合成孔径雷达的基本原理，是在卫星运行时，通过快速的重复发射雷达波，再收集连续且重叠的回波，对信息加以解算，从而实现提高精度的效果。
这个方法，其实就是当人造卫星向前运行时，发射雷达波，然后在移动一段后，接收反射回来的回波，这样因为卫星在运动，天线就好像变长了一样，达到了等同于加长天线的效果。
这类雷达对美国五角大楼成像
有了这座庞大的虚拟「合成孔径天线」，雷达的精度可大大提高千倍以上！这实现了卫星雷达监测地表乃至坦克战车的可行性。
具有合成孔径雷达且目前正在运转的遥测卫星，主要有欧洲太空总署研发的ERS-2和ENVISAT，以及加拿大的RADARSAT卫星。
军用方面的典型例子是美国的长曲棍球雷达侦察卫星。
F-22战斗机也在升级安装合成孔径微波成像雷达，产生高解析度图像，让飞行员更好的分辨目标。
洛克希德公司已经获得美国空军5.36亿美元合同，将为F-22升级。
F-22和F-35都将装备这种高清晰成像雷达，获得更好的作战能力。
2011年，美军升级了F-22的软硬件和信息处理能力，为使用新雷达奠定了基础。
现在的F-22战斗机可以携带8枚250磅重的小直径炸弹，搭配对地探测能力很好的合成孔径雷达，大幅度加强了该机的对地火力。
8.5合成孔径雷达
关于合成孔径雷达，我们就 介绍到这里。谢谢大家！
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3镜4f实验系统简介
)2
)]
§5 合成孔径雷达
b.航向信息的记录
2)图像记录 用阴极射线管转换成实 时图像，并对屏幕成像， 用摄影胶片连续同步记 录
视频信号用于调制示波管 的扫描栅，扫描栅值沿一 条线扫描，用聚焦透镜将 示波管屏上的像投射到摄影胶片上，该胶片沿着垂直于扫描 方向移动，用发射脉冲的时间同步信号控制扫描栅开始扫描， 由S点移向Q点，实现回波信号的记录
§5 合成孔径雷达
a.合成孔径雷达的概念
3. 合成孔径雷达发射的波形： 合成孔径雷达发射的最简单波形为时间τ极短的矩形脉冲：
1）由微波连续正弦波做为载波发射 2）距离向上利用了其脉冲性质，航向上利用了连续正弦波 性质
§5 合成孔径雷达
b.航向信息的记录
1. 信号发射与接收回波
设x代表航线的距离，x1处有一点
散射体，雷达频率为νr发射机发射
连续正弦信号c：os(2 rt)
则散射体返回的回波信号为
S1(t) a1 cos[(2r (t
2r c
)]
对r做近似： r r02 ( x x1 ) 2
所以：
r0
( x x1 )2 2 r0
S1(t)
a1 (r0 ,
x1) cos[(2rt
4r0 r
2(x x1)2 r r0
1）提高地形测量空间分辨率
如果一个线度为D的天线在距离为 r0高空上获取地形反射率地图，沿 航行方向的分辨率大致为：λrr0/D
由于微波波长比光波波长要大几个数量
级,要想获得与光学测量系统相比拟的分 辨率，要求天线线度D为数百米甚至数 千米，采用机载雷达是不可能实现的
合成孔径雷达概念
合成孔径雷达概念嘿，朋友！你有没有想过有一种东西就像超级英雄的眼睛一样，能够看透云雾，能在黑暗中看清一切，不管是白天还是黑夜，不管天气有多糟糕，都能把地面上的情况摸得一清二楚？哈哈，这可不是在讲科幻故事，这个神奇的东西就是合成孔径雷达（SAR）。
我有个朋友叫小李，他是个航空爱好者。
有一次我们聊天，他就跟我说起飞机上那些各种各样的探测设备。
他提到有一些设备在天气不好的时候就变得很“无能”。
比如说普通的光学相机，一遇到云雾啊，就跟个瞎子似的，啥都看不见了。
我就跟他说：“你可别小瞧现在的科技，有一种雷达可厉害着呢，就像孙悟空的火眼金睛。
”然后我就开始跟他讲合成孔径雷达。
那合成孔径雷达到底是啥概念呢？咱先从普通雷达说起。
你知道普通雷达就像一个发出信号然后等待回声的家伙。
它发出电波，电波碰到东西反射回来，根据这个时间差就能知道物体的距离了。
但是普通雷达的分辨率有限啊，就像你用低像素的手机拍照，只能看到个大概轮廓。
合成孔径雷达就不一样啦。
它就像是一群小精灵一起合作干大事。
想象一下，一群小蚂蚁单个力量很微弱，但是它们联合起来就能搬动很大的东西。
合成孔径雷达通过飞机或者卫星在飞行过程中不断地发射和接收信号。
这个飞行的轨迹就像是一把特殊的尺子，在测量着地面。
它不是像普通雷达那样只看一个点，而是通过一系列的点，把这些信息组合起来，就好像是把很多个小拼图拼成一个大的完整的图像。
我再给你打个比方吧。
假如你要画一幅超级大的画，你一个人一笔一笔画肯定很慢而且很难画得细致。
但是如果有很多人，每个人负责一小块，最后把这些小块拼起来，就能得到一幅非常精美的大画。
合成孔径雷达干的就是这个事儿。
我还有个朋友小王，他是搞地质勘探的。
他以前老是抱怨传统的勘探方法效率低，很多地方人去不了，卫星照片又不够清楚。
我就跟他说：“你怎么不用合成孔径雷达呢？”他一开始还不太相信，说这玩意儿能有那么神？我就跟他详细解释。
合成孔径雷达可不管是高山还是深谷，不管是茂密的森林还是广阔的沙漠，都能把地下的结构给你“看”出来。
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-遥感原理与应用
Ground distance;
辽宁工程技术大学
有关术语（3）
A: 近射程
near range
B: 远射程
far range
辽宁工程技术大学
有关术语（4）
距离分辨率
在侧视方向的分辨率(在垂 直于航向方向的分辨力)
Pg=c× /2cosφ
脉冲持续期（脉冲宽度，
时间s)， φ俯角，c光速。
合成孔径雷达分类：
条带式，Stripemap； 扫描式，ScanSAR； 聚束式，Spotlight Mode； 干涉式，Interferometry； 逆合成孔径，Inverse SAR； 斜视，Squint； 地面动目标指示，GMTI，Ground Moving Target Indicator.
辽宁工程技术大学
侧视雷达工作原理
电磁波在空间中的 传播速度c是一定的, 当雷达在时间t1发 射出一个窄脉冲,被 目标反射后,在时间 t2返回, 则目标地物 的距离为:
(t2-t1)×c/2
辽宁工程技术大学
侧视雷达工作原理
发一个脉冲,陆续 收到一连串回射, 而且回射的特性 随地物不同而异
飞行方向
脉冲宽度
辽宁工程技术大学
几何校正
图像的几何粗校正
地球自转、曲率、卫星姿态的校正 斜距-地距改正 利用地面控制点拟合变换公式近似进行简单校正
辽宁工程技术大学
有关术语（1）
A：飞行方向 B：天底
nadir
E：方位向
azimuth flight direction
D：距离向
look direction
C：扫描宽度
辽宁工程技术大学
有关术语（2）
A: 入射角
合成孔径雷达通俗原理
合成孔径雷达通俗原理介绍合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar, SAR) 是一种利用合成孔径信号处理技术获取高分辨率雷达影像的无源遥感技术。
它通过利用雷达平台的运动合成长虚拟孔径，使得合成孔径雷达在距离、方位和俯仰三个维度上都具有高分辨能力。
本文将详细介绍合成孔径雷达的通俗原理。
一、雷达原理回顾合成孔径雷达基于雷达原理，首先我们来回顾雷达的基本原理。
雷达是一种利用电磁波进行测距和目标识别的装置。
它工作原理是向目标发射电磁波，接收目标反射回来的电磁波，根据接收到的信号来计算目标与雷达之间的距离、方位和速度等信息。
1. 发射信号雷达发射器会产生一定频率的电磁波，通常使用微波波段的信号，具有较强的穿透能力。
这些发射信号会被天线辐射出去，形成一个电磁波束。
2. 目标反射当发射信号遇到目标时，部分信号会被目标散射和反射回来。
目标散射和反射回来的信号中包含有关目标的特征信息。
3. 接收信号雷达接收器会接收到目标反射回来的信号，然后对其进行放大、滤波和解调等处理。
4. 信号处理接收信号经过处理后，可以获取目标与雷达之间的距离、方位、速度等信息。
这些信息可以用来绘制雷达图像或者进行目标识别。
二、合成孔径雷达原理合成孔径雷达通过信号处理技术，在距离和方位上合成一个长虚拟孔径，从而获得高分辨率雷达影像。
下面我们详细介绍合成孔径雷达的原理。
1. 移动平台合成孔径雷达通常需要通过移动平台，如航天器、飞机或车辆等，来完成一定距离上的平移。
这个平移过程中，雷达平台会发射多个脉冲信号。
2. 多普勒效应雷达发射的每个脉冲信号经过一段时间后到达目标并反射回来，由于平台的移动，目标上的反射信号会发生多普勒频移。
3. 信号叠加合成孔径雷达会收集多个不同位置上的目标反射信号，并将其叠加在一起。
这样一来，平台移动过程中接收到的信号就相当于是在一个长虚拟孔径上获取到的。
4. 信号处理接收到的信号经过一系列信号处理技术，如多普勒校正、脉冲压缩等，可以得到高分辨率的合成孔径雷达影像。
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：
合成孔径雷达原理及应用
合成孔径雷达原理及应用合成孔径雷达是目前最先进的雷达技术之一，其应用范围非常广泛，可以用于气象观测、海洋监测、地质勘探、军事侦察和导航等领域。
本文将会介绍合成孔径雷达的原理、特点和应用。
一、合成孔径雷达原理合成孔径雷达是一种脉冲雷达，其原理是通过对物体反射信号的大量采集和处理，通过“合成”原本较小的天线孔径来实现高分辨率成像的效果。
在传统雷达中，天线孔径越大，距离分辨率越高，但是对于大型天线孔径的构建需要较高的成本和空间，而在合成孔径雷达中，通过利用信号处理技术来实现高分辨率成像。
合成孔径雷达通过发射雷达波束，接收物体回波信号，通过处理回波信号的时移和频移信息，得到微小的方向和距离变化信息，并将这些信息进行组合，从而形成一个高质量、高精度的雷达图像。
由于合成孔径雷达的成像精度取决于处理大量数据，因此需要具有强大计算能力的计算机来处理数据。
二、合成孔径雷达的特点合成孔径雷达的主要特点是高分辨率、高灵敏度和多功能。
其中，高分辨率是其最大的优势之一，可以实现对细小目标的高精度检测。
高灵敏度也是其另一个优点，能够检测到微小物体，如人造卫星等。
除此之外，合成孔径雷达还具有多功能的特点，可以在不同领域内得到广泛应用。
三、合成孔径雷达的应用1. 气象观测合成孔径雷达在气象领域中有着广泛的应用。
它可以实时监测气象系统，包括降水、风场和气象云层等，并且具有高时空分辨率。
通过气象监测，可以预测将来的极端气候事件，如台风、暴雨等，对于保障人民群众生命财产安全具有重要意义。
2. 海洋监测合成孔径雷达还可以应用于海洋监测中，在海洋领域中具有广泛的应用，可以监测海洋表面的水温、波高、海表反射情况等。
通过卫星激光雷达的数据处理，也可以实现对大规模海洋浮游生物、浮冰和冰山等的高精度检测，使得海洋资源的管理和海上交通安全得到优化。
3. 地质勘探在地质勘探方面，合成孔径雷达也可以被应用于地表和岩石形态等核心数据的收集和分析。
随着人们对地质信息的更深入了解，合成孔径雷达技术被广泛应用于地球地壳变形，地震预警和预测等方面。
合成孔径雷达SARppt课件
面粗糙度等物理和化学特性，它们对微波的不同频率、透射角、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 供了极为有效的新途径。
（5）多功能多用途：例如采用并行轨道或者一定基线长度的双天线， 可以获得包括地面高度信息在内的三维高分辨图像。
孔径雷达和数字成像技术取得进展。美国于1978年发射的“海洋卫星”A
号达和图像8的0年优代越初性发。射从的9航0年天代飞起机，都对加试能拿验够大了提C合o供成n三v孔a维i径r信-雷5息8达0的的C干/效X涉果S式A，RS证A系R明的统了研雷究
引起了世界各国的格外关注，成为SAR技术发展的新热点。
一些发达国家正在筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间 雷达卫星。如欧洲空间局预计发射的ASAR是到目前为止正在研制的最先进 的星载SAR；美国下一个计划是发射SIR-D，预计2005年将研制成功，投入 实用，它将是多频段(可能有4个)、多极化的星载成像雷达。
合成孔径雷达SAR
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目录
合成孔径雷达简介 合成孔径雷达发展史及现状 合成孔径雷达的应用 合成孔径雷达的发展趋势 合成孔径雷达的原理
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微波 的概 念
合成 孔径 雷达 的概 念
合成孔 径雷达 简介
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合成 孔径 雷达 的分 类
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合成孔径雷达简介
微波的概念
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简 称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、 毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称 为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基 本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器， 微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。 而对金属类东西，则会反射微波。
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 书 -回复
合成孔径雷达书-回复什么是合成孔径雷达（SAR）？合成孔径雷达（SAR）是一种利用合成孔径技术进行成像的雷达系统。
合成孔径是通过将多个雷达脉冲信号的返回波数据合成在一起，以形成高分辨率的雷达图像。
SAR可以通过采集雷达信号的相位和幅度信息，提供高质量的地表信息，并且不受天气和光照条件的影响。
它广泛应用于地质和环境监测、地貌测绘以及军事情报等领域。
实现合成孔径雷达的基本原理是什么？合成孔径雷达的成像原理是基于雷达脉冲的相位差。
合成孔径的概念源自天文学，在地球观测领域得到了广泛应用。
当一个对象被连续发射的雷达脉冲所照射时，脉冲信号在不同时间点返回给雷达接收器的相位会有所差异。
这种相位差可以通过记录多个雷达脉冲信号的返回波数据并截取其中的相位信息来计算。
合成孔径雷达系统一般由飞行器、天线和信号处理系统组成。
飞行器负责收集地表信息，天线负责发射和接收脉冲信号，信号处理系统则负责对多个脉冲信号进行处理和合成。
合成孔径雷达的工作流程是怎样的？合成孔径雷达的工作流程通常可以分为四个阶段：发射、接收、信号处理和成像。
发射：合成孔径雷达首先发射连续的脉冲信号，这些脉冲信号会照射到地面上的目标物体上。
接收：雷达接收器接收到目标物体反射回来的脉冲信号，并记录下每个脉冲信号的相位和幅度信息。
信号处理：接收到的脉冲信号经过信号处理系统进行处理，主要是通过移位相干处理来补偿多个脉冲信号之间的相位差，以提高成像质量。
成像：经过信号处理的脉冲信号被合成成高分辨率的雷达图像。
相位差是通过将多个脉冲信号的相位信息相加来实现的，而脉冲信号的幅度信息则用于确定地物的反射特性。
合成孔径雷达的应用及前景如何？合成孔径雷达的高分辨率成像特性使其在许多领域具有广泛的应用前景。
在地质和环境监测领域，SAR可以用于监测地表变形、监测地震活动和水文变化等。
在地貌测绘方面，它可以提供高精度的地形数据。
此外，SAR还被广泛应用于军事情报、目标识别和导航等领域。
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Radar Resolution（分辨率）
Range resolution（距离向分辨率）
--Range resolution is dependent on the length of the pulse(脉冲长度); 脉冲越短，分辨率越高。
cti on
real aperture radar 真实孔径雷达的方位 向分辨率
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Rang e dire
R 800 km,
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0.056m,
D 10 m , R ~ 4 .5 km! !!
, and taking consideration the round Inserting D R D into R trip, we get the renewed azimuth resolution D/2 R
Example: ERS-1/-2 SAR Resolution
Azimuth resolution（方位向分辨率）
-- Azimuth resolution is determined by the beam width（波束宽度）；波束越窄，分辨率越高.
Range Resolution（距离分辨率）
Slant range（斜距）
Rr c p / 2 where c velocity of light p length of pulse
2
4
舒宁 等 1997
Synthesis of Multiple Imaging（合成）
Objects experience illumination over a time interval Record and save the complete history of reflections （记录和保 存了完整回波信号） Permits reconstruction of the reflected signals （反射信号重建）
Antenna length: L=10 m Typical range: R H sat / cos 23 853 km Ground range resolution: 3 10 8 c 25 m Rr 6 2 B R sin 2 15 . 55 10 sin( 23 ) Azimuth resolution: R R 853000 0 .056 / 10 5 km D D R 10 / 2 5 m 2
Based on the principle of Doppler frequency shift caused by the relative movement between the antenna and the target（依据多普勒频移原理）
By tracing the frequency shifts and thus synthesising the corresponding echoes, the azimuth resolution can be sharpened (SAR focusing technique) （根据多普勒频移，合成相应的回波，改善方位分辨 率，称为SAR成像或聚焦过程）
on re c ti
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D
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tr angeR来自di re ct io
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Rang
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ction
Example: Pulse length = 0.1 milli-seconds, look angle = 30o R’r = 0.1 x 10-3 x 3 x 108/2 = 15 km Rr = R’r/sin(30o) = 30 km Using range compression method:
(Courtesy: CCRS)
(Courtesy: CCRS)
For ERS-1/2, a 10m antenna is used to synthesize a nearly 5 km antenna. About 1000 radar images are used to get one SAR image.
3 108 c 20 m Rr 6 2 BR sin 2 15.55 10 sin(30 )
Azimuth Resolution（方位分辨率）
Azimuth resolution of
R R / D where R Slant range wavelength D length of physical antenna Example of ERS1/2 ：
ction
SAR（合成孔径雷达）
Through the moving of antenna along a line, image a scene for a number of times。通过沿着一条直线移动天 线，对同一地物多次成像 Synthesize the multiple imaging data of a scene to one image。把同一地物的多次成像合成为一幅图像 Equivalent to “enlarge” the antenna, forming a very long antenna and thus improving the azimuth resolution 等效 于增大天线，形成一根很长的天线，从而改善分辨率
cti on
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Range（距离）
Rr c p /( 2 sin ) where c velocity of light
Az im
R
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di
p length of pulse
Sketch Map（示意图）
(From GlobeSAR program, CCRS)
Decomposition of Multiple Imaging （多次成像分解示意图）
t to fre ward qu s h en ig cy he r
Sh if
1
3
er ow sl ard cy tow uen if t e q Sh f r
Real Aperture Radar
Synthetic Aperture Radar
(Crimea, Ukraine)
5x14 km pixels
Massonnet and Feigl, 1998
4x20 m pixels
~The End~
Thank you!
Renewed Azimuth Resolution (更新的方位分辨率)
Synthetic aperture radar（合成孔径雷达）
R / D R where R slant range wavelength D length of synthesized antenna, generally D R R D
Rr
Rang
e dire
ction
Range Resolution （距离分辨率）
cti on
An
When using pulse compression technique 脉冲压缩技术
Fl ig
c Rr 2 BR sin
BR : Chirp bandwidth
di re
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Sl
ht