第四章_合成孔径雷达(2)_s

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雷达成像原理与技术
SAR系统噪声
加性噪声：热噪声 乘性噪声：副瓣噪声，模糊噪声和量化噪声
MNR=ISLR+AMBR+QNR
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系统乘性噪声比典型实例
工作状态 距离向孔径效应 方位向孔径效应 距离向宽带相位误差 方位向宽带相位误差 距离向宽带相对幅度误差 方位向宽带相对幅度误差 量化噪声 AD变换 数字运算器 距离模糊 方位模糊 处理模糊 总乘性噪声 -35dB, n=5泰勒权 -35dB, n=5泰勒权 0.03rad (RMS) 0.07rad (RMS) 5% (RMS) 4% (RMS) 6 bits 32 bit PRF按仰角方向图正确选择 PRF按方位方向图正确选择 滤波和采样 局部乘性噪声 -27.4dB -27.4dB -30.4dB -23.1dB -26.0dB -28.0dB -30.0dB -60.0dB -50.0dB -30.0dB -40.0dB -18.2dB
10ρx H 2 (x)dx ∫-10ρx = -10log10 1 ρx 2 H (x)dx ∫-ρx
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二维点响应函数及其评价指标
若
H ( x , y ) = max ( H ( x , y ))
2 0 0 x,y
定义若干点响应函数的指标如下 雷达成像原理与技术
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峰值旁瓣比（PSLR）
PSLR = 10log10
ρ x < x-x0 <5ρ x ρ y < y -y 0 <5ρ y
H 2 (x 0 , y 0 ) max (H 2 (x, y))
虚假旁瓣比（SSLR）
H 2 (x 0 , y 0 ) SSLR = 10log10 max (H 2 (x, y))
vw =
Байду номын сангаасgL
2π
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等价后向散射系数σone（对目标提出的要求）
8πVλKTR η sin β = PA ρ
3 2 r
随侧偏角增大 而增大
σ
oNE
雷达参数和工作条件确定后，需要多大的后向散射 系数σo，才能使某一分辨单元的回波强度与接收机噪声 等价，此时的σo称为噪声等价后向散射系数（此时地面 回波和噪声之和是噪声的两倍）。
f rH = cW 2 Rλ tan β
其中，w为天线的高低向尺寸
β
Rf
Rn
swath
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f rL 4Vλ R tan β = f rH cAR f 4Vλ R tan β AR = rH • f rL c
令
其中AR=WD 为天线的面积
AR =
f rH =1 f rL
干扰方需要估计载机的运动状态 SAR可以通过波形捷变抗干扰 SAR可以通过双基地形式抗干扰
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现代雷达的五大功能
雷达: Radio detection and Ranging 基本功能： 检测（发现目标） 估计（距离、方位、高度和速度等） 扩展功能： 识别: 判断目标批次，属性和类型 成像: 1D, 2D 和3D 高分辨成像 跟踪: 动态连续定位和跟踪
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上次课回顾
因为侧偏角和地形起伏，SAR成像会造成迎坡缩短， 背坡拉长。特殊情况下，存在迎坡盲区和顶底倒置。 大侧偏角，可获得更高地面距离分辨率； 大侧偏角，产生阴影的概率更大； 小侧偏角，距离分辨率降低，极端情况出现机底盲 区 小侧偏角，容易造成顶底倒置；
ρ =
a
D λR = 2 2T V
a
EA 2 ρ rσ 0 SNR = 8πVλ kTR 3η sin β
其中，E＝PTr 代表一个发射脉冲的能量
特点1 SNR与方位分辨率ρa无关, ρa 提高需要一个大的孔径， 特点2 SNR与飞机速度成反比。
对应的积累时间增大，同时分辨单元的尺寸减少，两者相互抵消。
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一维点响应函数及其评价指标
若
H(x 0 ) = max(H 2 (x))
x,y
定义若干点响应函数的指标如下 雷达成像原理与技术
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分辨率（3dB 宽度）
3 dB res olution demons tra tion 5
0
3 dB res olution
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散斑噪声
ORIGINAL
Lee’S
OUR METHOD
GAMMA - MAP
MULTI-LOOK
CMP
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4.5
SAR的电子反对抗（ECCM）
1 SAR在功率对抗中的优势
二维匹配滤波带来的高SNR增益
2 SAR在欺骗式干扰中的优势
H 2 (x 0 ) max (H 2 (x))
虚假旁瓣比（SSLR）
H 2 (x0 ) SSLR = 10log10 max (H 2 (x))
x-x0 >5ρx
积分旁瓣比（ISLR）
ISLR = 10log10
∫ ∫
10ρr -10ρr
ρr
-ρr
H 2 (x)dx
ρr -ρr
H 2 (x)dx - ∫ H 2 (x)dx
上次课回顾
条带式SAR分为距离－方位可解耦与距离－方位不可解耦两种模式， 对于前者SAR的最佳成像过程（二维联合相关）可以由两个顺序一 维匹配滤波（一维顺序相关）过程。 SAR成像过程是一个三维空间向二维成像平面的投影过程，当地平 面不存在高程起伏时，地面距离和斜距之间存在简单的线性对应 关系；在侧偏角较大时，还可以用直角映射代替圆弧映射；当地 面存在高程起伏，成像平面的斜距与地面距离之间存在复杂的非 线性对应关系； 在斜距分辨率一定条件下，地面分辨率随侧偏角的减小而增大。 当侧偏角为0时，出现机底盲区；
特点3 由于SAR一般采用大时宽Tr信号，其发射脉冲能量E比常规雷达要
大，即SAR通过距离维的脉冲压缩已经得到一定的SNR增益，再 通过方位向的相干积累，SAR的SNR增益是可观的。
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功率孔径平方积
功率孔径平方积
在给定的SNR要求下， 对雷达的要求）
PA2 =
8π V λ kTR 3η sin β ( SNR )
x-x0 >5ρ x y -y 0 >5ρ y
积分旁瓣比（ISLR）
ISLR = 10log10
∫ ∫
-ρr
ρr
ρr
-ρr
H 2 (x, y)dxdy
ρr -ρr
∫ ∫
-10ρr
10ρr
10ρr
-10ρr
H 2 (x, y)dxdy - ∫
∫
ρr
-ρr
H 2 (x, y)dxdy
10ρx H 2 (x)dx 10ρx H 2 (y)dy ∫-10ρx a ∫-10ρx r = -10log10 - 1 ρx ρx 2 2 H (x)dx H (y)dy a r ∫-ρx ∫-ρx
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4.4 SAR的性能指标
4.4.1 SAR的信噪比方程
PG λ σTi SNR = (4π ) 3 kTR 4η
2 2
其中，天线增益G与天线面积有
G=
4πA
λ2
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改写SAR的信噪比方程， 为
P A 2σTaTr SNR = 4πλ2 kTR 4η
其中
P
σ
Ta
Tr K T
平均发射功率 目标雷达截面积 目标驻留在脉冲间的时间 目标在脉冲内的驻留时间，即发射脉宽 波耳兹曼常数 噪声温度 目标雷达距离 系统损耗
R
η
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反射截面积 方位分辨率 SAR的SNR方程
ρr σ = σ 0 ρ x ρ y = σ 0 ρa sin β
-5 amplitude (dB)
-10
-15
-20
-25 -6
-4
-2
0 time/ra nge/...
2
4
6
一般以切片主瓣功率电平相对于峰值功率电平下降3dB时主瓣的宽 度定义为匹配压缩的分辨率。
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峰值旁瓣比（PSLR）
PSLR = 10log10
ρ x < x-x0 <5ρ x
后向散射系数与侧偏角的关系
(a) 频率1.5GHz HH极化
(b) 频率8.6GHz HH极化
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后向散射成分的分解
侧偏角小时
σ
σ 0 ( β ) = σ 0 ( β )cos β
0
镜面散射是主要成分 侧偏角大时
平面散射
Bragg 散射
地面起伏的Bragg效应
（OTHR中存在Bragg效应）
ρ rσ 0
与目标距离R的3次方成正比，而不像搜索雷达与距离 的4次方成正比。虽然功率孔径平方积可以放松，但是 对功率和孔径面积还是有一定的要求。
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多普勒带宽决定的最低的冲重复频率（避免多普勒模糊）
f rL = 2V / D
测绘带宽距离模糊决定的最高的脉冲重复频率（避免测距模糊）
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指标计算与插值的关系
¾ 在SAR的系统方面，为了降低数据率，方位和距离上的 采样率都在满足采样要求基础上，尽量降低采样率； ¾ 虽然在信息论方面，这样的采样率能够保证波形无损的 恢复，信息是完整的。但是，在波形的完整性和指标计 算的完整性方面是不够的。经验上，需要在波形上，作 5~10倍的插值，才能保证指标计算的正确性。
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现代雷达复杂的探测环境
噪声: 热噪声和乘性噪声 杂波: 地、海和气象杂波 干扰: 主动和被动干扰 清华大学电子工程系
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4Vλ R tan β c
一个星载SAR的算例： V=7000m/s,R=1000km,对于λ＝0.2米的雷达，若β＝45o， 则Amin=18.7m2
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4.4.2 地面后向散射系数 σ0
后向散射系数与频率之间的关系
β =0
0
β = 60
0
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β
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反射系数与各参数间的关系
¾ 反射系数与频率之间受入射角等其他因素影响，并不存在单 调的关系。 ¾ 反射系数与侧偏角之间存在非线性的递减关系， ¾ 小侧偏角时，反射成分主要由镜面散射构成； ¾ 大侧偏角时，反射成分主要由Brag效应的散射构成； ¾ 镜面散射和Brag散射都随侧偏角的增大而减小。 ¾ OTHR中海杂波的Brag峰是Brag效应在多普勒谱上的反映， 其内在联系由海浪的重力波的波长与速度之间的关系造成。