合成孔径雷达概述
蔡
Beautyhappy521@https://www.doczj.com/doc/913018262.html,
二OO八年三月二十三
1合成孔径雷达简介 (3)
1.1 合成孔径雷达的概念 (3)
1.2 合成孔径雷达的分类 (4)
1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (5)
2合成孔径雷达的发展历史 (6)
2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (6)
2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (7)
2.1.2 世界各国的SAR系统 (10)
2.2 我国的发展概况 (12)
2.2.1 我国SAR研究历程表 (12)
2.2.2 国内各单位的研究现状 (13)
2.2.2.1 电子科技大学 (13)
2.2.2.2 中科院电子所 (13)
2.2.2.3 国防科技大学 (14)
2.2.2.4 西安电子科技大学 (14)
3 合成孔径雷达的应用 (14)
4 合成孔径雷达的发展趋势 (15)
4.1 多参数SAR系统 (16)
4.2 聚束SAR (16)
4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (17)
4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (17)
4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (18)
4.6 性能技术指标不断提高 (18)
4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (19)
4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (19)
4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (19)
4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (20)
4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (20)
5 与SAR相关技术的研究动态 (21)
5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (21)
5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (21)
5.3 SAR图像目标检测与识别 (23)
5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (26)
5.5 SAR图像变化检测方法 (28)
5.6 干涉合成孔径雷达 (32)
5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (34)
5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (36)
5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (38)
5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (39)
5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (39)
1合成孔径雷达简介
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)是一种全天候、全天时的现代高分辨率微波成像雷达。它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离向和方位向双向高分辨率遥感成像的雷达系统，在成像雷达中占有绝对重要的地位。近年来由于超大规模数字集成电路的发展、高速数字芯片的出现以及先进的数字信号处理算法的发展，使SAR具备全天候、全天时工作和实时处理信号的能力。它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率雷达图像，为人们提供非常有用的目标信息，已经被广泛应用于军事、经济和科技等众多领域，有着广泛的应用前景和发展潜力。国内外越来越多的科技研究者已投身于这一领域的研究。
在早期研究雷达成像系统时采用的是真实孔径雷达系统(Real Aperture Radar)。真实孔径雷达成像系统及处理设备相对较为简单，但它存在一个难以解决的问题，就是其方位分辨率要受到天线尺寸的限制。所以要想用真实孔径雷达系统获得较高的分辨率，就需要较长的天线。但是所采用天线的长短往往又受制于雷达系统被载平台大小的限制，不可能为了提高分辨率无休止地增加天线长度。幸运地是，随着雷达成像理论，天线设计理论、信号处理、计算机软件和硬件体系的不断完善和发展，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)的概念被提出来。合成孔径雷达系统的成像原理简单来说就是利用目标与雷达的相对运动，通过单阵元来完成空间采样，以单阵元在不同相对空间位置上所接收到的回波时间采样序列去取代由阵列天线所获取的波前空间采样集合。只要目标被发射能量波瓣照射到或位于波束宽度之内，此目标就会被采样并被成像。利用目标－雷达相对运动形成的轨迹来构成一个合成孔径以取代庞大的阵列实孔径，从而保持优异的角分辨率。从潜在的意义上来说，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。因此，合成孔径雷达(SAR)已经成为雷达成像技术的主流方向。
1.1 合成孔径雷达的概念
合成孔径雷达是一种高分辨率相干成像雷达。高分辨率在这里包含着两方面的含义：即高的方位向分辨率和足够高的距离向分辨率。它采用多普勒频移理论和雷达相干理论为基础的合成孔径技术来提高雷达的方位向分辨率；而距离向分辨率的提高则通过脉冲压缩技术来实现。它的具体含义我们可以通过以下四个方面来理解：
（1）从合成孔径的角度。它利用载机平台带动天线运动，在不同位置上以脉冲重复频率（PRF）发射和接收信号，并把一系列回波信号存储记录下来，然后作相干处理，就如同在所经过的一系列位置上，都有一个天线单元在同时发射和接收信号一样，这样就在平台所经过的路程上形成一个大尺寸的阵列天线，从
而获得很窄的波束。如果脉冲重复频率达到一定程度（足够高），以致相邻的天线单元间首尾相接，则可看作形成了连续孔径天线。诚然这个大孔径天线要靠信号处理的方法合成。这种解释方法给出了合成孔径的字面解释。
（2）从多普勒频率分辨的角度。如果我们考察点目标在相参脉冲串中的相位历程，求出其多普勒频移，对于在同一波束、同一距离波门内但不同方位的点目标，由于其相对于雷达的径向速度不同而具有不同的多普勒频率，因此可以用频谱分析的方法将它们区分开。这种理解又被称为多普勒波束锐化。
（3）从脉冲压缩的角度。对于机载正侧视测绘的雷达，地面上的点目标在波束扫描过的时间里，与雷达相对距离变化近似地符合二次多项式。点目标对应的横向回波为线性调频信号，该线性调频信号的调频斜率由发射信号的波长、目标与雷达的距离及载机的速度决定。对此线性调频信号进行匹配滤波，及脉冲压缩处理，就可以获得比真实天线波束窄得多的方位分辨率。因此在SAR信号处理中，经常有纵向压缩、横向压缩的说法。
（4）从光学全息照相的角度。如果将线性调频信号作为合成孔径雷达的发射信号，则一个点目标的回波在记录胶片上将呈现Fresnel衍射图，这点和点目标的光学全息图很相似。因此可以用光学全息成像的步骤，来得到原目标的图像。这种与全息照相的相似性，启发了早期的研究者采用光学处理器来实现合成孔径雷达信号处理。
以上几种说明虽然从不同的角度出发来说明合成孔径的概念，但都揭示了合成孔径雷达的本质特征，从而为深入理解合成孔径雷达的概念指明了方向。
1.2 合成孔径雷达的分类
一般情况下合成孔径雷达根据雷达载体的不同，可分为星载SAR，机载SAR 和无人机载SAR等类型。。根据SAR视角不同，可以分为正侧视、斜视和前视等模式。根据SAR工作的不同方式，又可以分为条带式(Stripmap SAR)，聚束式(Spotlight SAR)，扫描式(Scan SAR)等(如图1.1所示)。它们在技术上各具特点，应用上相辅相成。
目前世界上能够使用的星载和机载SAR系统共有28个。其中处于使用状态的星载SAR系统共有5个。而处于使用状态的机载SAR系统有23个。多数系统具有多种极化方式。最大分辨力30×30cm。最大传输数据率100M字节/秒。
1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点
（1）二维高分辨力。
（2）分辨力与波长，载体的飞行高度，雷达的作用距离无关。
（3）强透射性：不受气候、昼夜等因素影响，具有全天候成像优点；如果选择合适的雷达波长，还能够透过一定的遮蔽物。
（4）包括多种散射信息：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。
（6）多极化，多波段，多工作模式。
（7）实现合成孔径原理，需要复杂的信号处理过程和设备。
（8）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。
2合成孔径雷达的发展历史
2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状
雷达诞生于二战中，从雷达诞生起，就与国防密切不可分，战场上希望在雷达屏幕上能看到目标的真实图像，而不仅是一个亮点。五十多年来人们一直在寻找提高分辨率的方法，由于信息论在雷达信号处理领域中的应用和高速数字处理器件的出现。以及现代信号处理的不断发展，导致了高分辨成像雷达的诞生与发展。这使得人们能够在雷达屏幕上看到了目标的图像。成像雷达的出现使雷达具有了对运动目标、地面目标进行成像和识别的能力，并在微波遥感应用方面表现出越来越大的潜力。它对国防现代化建设具有十分重要的意义。成像雷达技术越来越受到重视，发展迅速。现在不仅有各种实孔径成像雷达，而且有各种机载的、星载的和航天飞机载的用于不同目的合成孔径雷达，并且还出现了逆合成孔径雷达和干涉成像雷达。合成孔径雷达是一有源系统，主动向目标发射电磁波，利用接收到的目标回波的信号经处理后成像。因此合成孔径雷达具有全天时全天候工作能力。
合成孔径雷达的思想首先是在1951年6月由美国Goodyear航空公司的Carl Wiley在“用相干移动雷达信号频率分析来获得高的角分辨率”的报告中提出的。报告中提出了将多普勒频率分析应用于相干移动雷达，通过频率分析可以改善雷达的角分辨率，即“多普勒波束锐化”的思想；同时，证明了移动雷达的角分辨率因回波信号中多普勒频率的结构有可能提高，回波信号的瞬时多普勒频移与被测目标沿航迹方向的位置之间存在着一一对应的关系，回波信号的多普勒带宽与波束带宽有关，最窄的角波束发生在垂直于雷达平台速度矢量的侧方。
同年，美国Illinois大学控制系统实验室的一个研究小组在C.W. Sherwin的领导下开始对SAR的研究，当时采用的是非相干雷达，发射波束宽度为4.13 度，经过孔径综合后波束宽度变为0.4度。他们证实了“多普勒波束锐化”的概念，从而在理论上证明了SAR原理，而且于1953年7月成功地研制了第一部X波段相干雷达系统，首次获得了第一批非聚焦SAR图像数据，为以后的聚焦型SAR 的研究奠定了基础。
1953年夏，在美国Michigan大学举办的研讨会上，许多学者提出了利用载机运动可将雷达的真实天线合成为大尺寸的线性天线阵列的概念，即没有必要象真实天线那样在各个位置连续发射和接收，可先在第一阵元位置发收，再在第二阵元位置发收，依次操作并将接收到的回波信号全部储存起来，等最后一个阵元位置发收完毕后将所储存的全部回波信号进行叠加，其效果类似于长线阵天线连续发射和接收(其实，只需用一小天线沿此长线阵轨迹方向前进并发射和接收相干回波信号，对所记录下的接收信号进行适当处理，即可获得一条合成孔径天线的方位向高分辨率)，进而推导出SAR的聚焦和非聚焦工作模式；并在1957年8月成功研制出第一个聚焦式光学处理机载合成孔径雷达系统，获得了第一幅全聚焦SAR图像，从此SAR技术进入实用性阶段。
六十年代中期，借助于模拟电子处理器的非实时成像处理，SAR光学处理技术得到进一步完善，同时开展了多频多极化SAR应用技术的研究；六十年代末，Michigan环境研究院成功地研制出第一个民用双频双极化机载SAR系统，
主要用于北极海洋成像，同时，使用数字电子处理器进行非实时成像处理。
七十年代，随着电子技术，尤其是VLSI C Very Large Scale IC，超大规模集成电路)技术的飞速发展，SAR的数字成像处理成为必然趋势。七十年代初期，首先使用了高速数字信号处理器进行实时成像处理；七十年代后期，己开始将合成孔径雷达安装在卫星上对地球进行大面积成像。1978年，美国成功地发射了SEASA T-A卫星，采用L波段、水平极化方式。从此开创了星载合成孔径雷达应用技术研究的历史。
八十年代，美国又成功地研制了一系列多频、多极化、多入射角机载SAR。其它一些国家也先后开展了机载SAR技术的研究。美国于1981年11月和1984年10月分别发射了“航天飞机成像雷达”之一SIR-A和之二SIR-B，1994年发射了SIR-C/X-SAR；前苏联也于1991年3月发射了Almaz-1星载SAR；欧空局于1991年7月发射了ERS-1；日本于1992年2月发射了JERS-1；1995年初，加拿大发射了星载合成孔径雷达Radarsat。
目前，国外的机载SAR主要有：美国的AN/APD-10, ERIMX/SIR, ERIM/CCRS，德国的E-SAR；丹麦SAR系列等。已发射的星载SAR主要有：美国的SEASA T-A, SIR-A, SIR-B, SIR-C及“曲棍球”雷达成像卫星；欧洲空间局的ERS-1，日本JERS-1，加拿大的RADARSA T等。即将发射的EOS SAR，作为研究全球变化的多平台EOS ( Earth Observation Satellites)的一个重要组成部分，具有以下优点：三个波段(L, C, X)，多极化(于L波段，四种极化方式；于c, x波段，两种极化方式)，可变分辨率，可变测绘带宽(30－500km )，可变入射角(150-500)，长工作寿命(15年)等，EOS SAR代表着未来星载合成孔径雷达的发展方向。
2.1.1合成孔径雷达发展历程表
1951年6月美国古德依尔宇航公司的威利首先提出最初的频率分析的方法改善雷达的角分辨力，他将其称为多谱勒波束锐化。与此同时，伊里诺斯大学控制系统实验室的一个研究小组采用相干机载侧视面雷达数据，研究运动目标检测技术。
1952年，C. W. Shervin第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵列概念，另外他还提出了运动补偿概念。正是这些新思想最终导致了X－波段相干雷达的研制。
1953年获得第一幅SAR图像。
1957年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的SAR系统获得第一张全聚焦的SAR图像。
1958年，美国密执安大学(University of Michigan)的雷达和光学实验室在L. J. Cutrona的领导下，用他们研制的雷达进行飞行试验，用光学相关器件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。
在1967年Greenberg首先提出在卫星上安装SAR的设想。由于卫星飞行高度高测绘带宽，可以大面积成像等优点，科学家开始着手进行航天飞机、卫星等作为载体的空载SAR的研究，并取得了巨大进展。
直到60年代末、70年代初，美国宇航局NASA主持了一些民用SAR系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所(Environmental Research Institute of
Michigan, ERIM)和喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)。
20世纪70年代美国密歇根环境研究所（ERMI）和国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）研制出1.25GHz和9GHz多极化合成孔径雷达。
1972年JPL进行了L波段星载SAR的机载校飞。
1975年，NASA将SAR作为Seasat任务的一部分。由于SAR在Seasat任务中的突出表现，使得星载SAR得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。
1978年5月美国宇航局(NASA)成功地发射了全球第一颗装载了空间合成孔径雷达的人造地球卫星(Seasat-a) ，对地球表面1亿平方公里的面积进行了测绘。Seasat卫星的高度约800公里，工作波段为L波段，测绘带宽为100公里。Seasat 卫星具有很大的全球覆盖率，转发了不同地形特征的SAR数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引起了科学家们的极大重视。标志着星载SAR己成功进入了太空时代。
1981年11月12日美国“哥伦比亚”号航天飞机搭载SIR-A顺利升空。雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道，显示了SAR具有穿透地表的能力，引起国际科技界的震动。
1984年10月5日美国进行了“挑战者”号航天飞机搭载SIR-B的实验。
SIR-A和SIR-B都源于SEASA T-A，都工作于L波段。其中SIR-A于1981年11月发射，轨道高度为252公里，分辨率为37米，而SIR-B于1984年7月发射，轨道高度为250-326公里，倾角为570，测绘带宽为50公里，分辨率为35米。与SIR-A的主要不同点在于SIR-B的波束俯视角可变，而且SIR-B可采用光学和数字两种方式记录和处理图像，比SEASA T的非实时数字处理的成像速度要快。
1987年7月原苏联发射的“COSMOS-1870”卫星上配备了一部分辨率为25米的S波段ALMAZ- ISAR系统。该雷达的特点是天线双侧视，运行时间长达2年，是第一部长期运行的空间合成孔径雷达。主要对人类无法进入的地区进行雷达成像测绘，监测海洋表面污染，鉴别海冰和对厚冰区的舰船进行导航等。
美国NASAIJPL实验室于1988年研制的AIR SAR，功能齐全，有P, L, C三个波段。具有全极化能力，能同时产生12个数据通道的分辨率为10×10米的SAR 图像。
1988年12月2日，美国航天飞机“亚特兰蒂斯”号将“长曲棍球（Lacrosse）”军事侦察卫星送入预定轨道，这是世界上第一颗高分辨率雷达成像卫星。它可以全天候、全天时监视前苏联装甲部队的活动，分辨率以达到1米左右。
1989年NASA开展了一项星球雷达任务——Magellan雷达观测金星计划，将SAR拓展到研究其他星球的重要工具之一。
德国宇航局于80年代中期开发机载合成孔径雷达，并于1988年和1989年先后研制成功线性极化C波段和X波段SAR系统，1990年又扩展到L波段。该雷达系统具有全极化方式，分辨率为2.4×4米，测绘带宽为4公里，投射角为200—270。
丹麦于1989年研制成功C波段机载合成孔径雷达，该系统具有灵活的性能指标，其分辨率、测绘带宽、和成像几何布局均可调节。测绘带宽分别为12、
24、48公里，距离向和方位分辨率分别为2、4、8米，最大作用距离为80公里，该系统的性能指标接近于美国的J-STARS。
从九十年代起，对能够提供三维信息的干涉式SAR的研究引起了世界各国的格外关注，成为SAR技术发展的新热点。
1990年8月美国又成功地发射了“麦哲伦号”太空飞船，装备有SAR系统以用于对金星表面进行成像研究；同时在机载SAR方面，美国仍处于领先地位。在美国发展SAR技术的同时，前苏联、欧空局及日本也相继发射了星载SAR卫星，其中ERS-1和ERS-2就是欧空局成员国共同研制的，具有全系统校准能力，提高了图像质量。
1991年3月8日，NASA发射长曲棍球-2。
1991年3月31日COSMOS-1870的改进型ALMAZ-1由前苏联发射上天，搭载S波段SAR。
1991年7月1日，欧空局发射了ERS-1空间合成孔径雷达，运行3年，该雷达系统采用准极地轨道，平均高度为785公里。测绘带宽为100公里，分辨率为30米，工作于C波段，垂直极化方式，该系统的最大特点在于实现了平台姿态的动态控制。根据ERS-1的特性，可获得大量的星载SAR三维成像试验的数据，许多科学家利用ERS-1的数据进行三维SAR成像研究，得到了较为满意的结果。它可提供全球气候变化情况，并对近海水域和陆地进行观测。
1991年3月前苏联发射了ALMAZ- II合成孔径雷达，其轨道高度为300公里，投射角可变，范围为300—600。双侧视，每侧的测绘带宽为350公里，分辨率为15—30米，工作于S波段，水平极化方式。
1992年2月，日本发射了JERS-A空间合成孔径雷达，L波段，运行2年，轨道高度为568公里，投射角为38.50。测绘带宽为75公里，分辨率为18×24米，工作于L波段，水平极化。
1993年9月，美国宇航局航天飞机成像雷达SIR-C/X-SAR发射成功，该雷达是全世界第一部多波段(L,C, X波段)、多极化、多投射角空间合成孔径雷达。轨道高度为250--325公里，投射角在170—630范围内可变，测绘带可在15 —90公里范围内可变，分辨率为25米。其中SIR-C工作于L, C波段，有4种极化方式，X-SAR工作于X波段，只有一种(VV)极化方式。采用多波段工作可以研究地物对不同频率的响应，以此来区分和鉴别地物目标。
1994年NASA、DLR（德国空间局）和ASI（意大利空间局）共同进行了航天飞机成像雷达飞行任务SIR-C/X-SAR，分别在1994年4月9日到20日和9月30日到10月11日进行了两次飞行。SIR-C由NASA负责完成，是一部双频（L波段、C波段）全极化雷达。X-SAR由DLR和ASI共同建造，为单频X波段，单极化VV雷达。SIR-C/X-SAR首次实现了利用多频、多极化雷达信号从空中对地球进行观测，SIR-C图像数据有助于人们深入理解现象背后的物理机理，深入开展植被、土壤湿度、海洋动力学、火山活动、土壤侵蚀和沙化等多项科学研究工作。
1995年4月21日年ERS-2发射升空。
1995年11月4日加拿大成功发射了其第一颗资源调查卫星RADARSAT-1，轨道高度800公里，投射角为100—600。测绘带宽为45—500公里，分辨率为
10—100米，工作于C波段，水平极化方式。该星为商业应用和科学研究提供全球冰情、海洋和地球资源数据。
1996年NASA开展了第二项星球雷达任务——观测土星的Cassini任务，用于开展观测Titan表面的物理状态、地形和组成成分等多项任务，进而推测其内部构造。
1997年10月24日，NASA发射长曲棍球-3。
2000年2月11日NASA和NIMA（美国国家测绘局）联合进行了为期11天的航天飞机地形测绘任务（SRTM）。采用60米长的可展开天线杆进行干涉测量。
2000年8月17日，NASA发射长曲棍球-4。
2002年3月1日，ESA发射Envisat卫星，搭载ASAR。
2005年4月30日，NASA发射长曲棍球-5。
2006年1月24日，日本发射ALOS，搭载PALSAR。
目前，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。目前合成孔径雷达分辨率己经达到0.lm 数量级。纵观国外空间SAR的发展过程，可以看出随着科学技术的不断进步，SAR的水平和功能也在不断提高。可以相信，科学家们将不断地挖掘SAR的技术潜力，为人类的需要服务。
2.1.2世界各国的SAR系统
详情请参照研学论坛中“世界星载SAR发展综述.rar”。
2.2 我国的发展概况
目前，SAR发展水平的高低己经成为衡量一个国家军事力量与综合国力水平的标志之一，其发展受到各国越来越多的重视。根据我国的迫切需要和国际上SAR技术发展趋势，我国还安排了高分辨率机载SAR系统、部署了SAR定标技术、SAR干涉技术等一系列前沿课题和相关的应用研究。
70年代中期，中国科学院电子学研究所率先开展了SAR技术的研究。1979年取得突破，研制成功了机载SAR原理样机，获得我国第一批雷达图像。目前机载SAR系统已成为我国民用遥感的有效工具，近年来多次在我国洪涝监测中发挥了重要作用。自80年代末，国家863计划部署了发展SAR及相关技术的一系列课题，其中中国雷达卫星一号列为863计划重大项目，由中科院电子所、电子科技大学、航天总公司五院和北京航空航天大学联合攻关，将于最近发射升空。中国科学院空间科学与应用研究中心开展了微波遥感系统与机理、空间微波遥感技术与遥感器、遥感信息的传输和相关应用技术研究。先后建立了陆基、机载及星载主动、被动微波遥感器。主要包括:雷达高度计、微波散射计和辐射计。并己应用于地质、农业、海洋等领域研究中。另外，电子科技集团公司第14所，38所以及航天607所等单位在开展机载，星载SAR的成像以及信号处理方面的研究。
2.2.1我国SAR研究历程表
1976年开始了SAR的研究工作；
1979年电子所成功地研制出机载SAR模样机，并获得我国第一幅合成孔径雷达图像，图象的距离分辨率为180米，方位分辨率为30米，采用光学记录、光学成像；
1980年12月，第二台改进SAR系统进行了实验，发射峰值功率提高到10KW，采用了脉冲压缩技术，并增加了天线稳定伺服平台和运动补偿电路，分辨率提高到15×15米；
1983年成功研制出单通道、单极化(HH)和单侧视机载SAR系统，采用声表面波器件进行距离向脉冲展宽与压缩，并增加了地速补偿与惯导系统。首次实现连续大面积成象；
1986年进而实现了机载SAR回波信号的非实时数字成像处理；
1987年，我国“863”计划正式提出了星载SAR的研究任务，这标志着我国在空间成像领域迈出了具有重大意义的一步。
1987年电子所研制成功多条带、多极化机载合成孔径雷达系统，雷达工作在X波段，可以从HH、VV、HV、VH四种极化形式中任选一种工作，具有双侧视功能，图象分辨率为10米×10米，采用光学记录、光学成像。
1990年成功研制出“机载SAR实时数据传输系统”；
1994年成功研制出X波段、多极化、多通道、数字成像处理分辨率为10米的机载SAR系统及其“机载SAR实时数字成像处理器”系统，系统吞吐量在载机最大飞行速度时达到1帧/3min，每帧图像35km×35km。并获得我国第一批机载SAR实时数字成像处理图像；
2000年成功研制出2.5米分辨率机载SAR及其实时数字成像处理器系统，它标志着我国机载SAR及其数字成像处理技术应用研究己达到目前国际同类产
品的先进水平。
在机载SAR方面，我国于1979年9月获得了第一张机载SAR图像，该雷达系统工作在X波段，飞行高度为6000—7000米，测绘带宽为9公里，最大作用距离为24公里，分辨率为180×30米，没有采用脉冲压缩技术。
在星载SAR方面，1987年我国“863”计划正式提出了星载SAR的研究任务，这标志着我国在空间成像领域迈出了重要一步。中科院电子所自1988年就开始了相关的总体设计和论证工作；1990年完成了单极化星载SAR系统可行性论证；1993年完成了“星载SAR工程样机方案”，1995年通过了样机设计评审；1997年完成了工程样机的研制，5×5米分辨率，数字记录，数字成像。经过多年的努力，电子科技大学雷达成像实验室在SAR成像算法，SAR平台运动补偿，SAR 运动目标监测和SAR成像并行算法研究等方面取得了很大发展。
干涉合成孔径雷达(INSAR:Interferometric SAR)技术，也就是三维SAR成像处理技术则是国际上近年兴起的一种高新技术，是SAR领域的研究热点之一。
目前，正在开展双频、多极化机载SAR和星载SAR的研制工作。
下图为我国自行研制的SAR系统拍摄的图像。
2.2.2国内各单位的研究现状
2.2.2.1 电子科技大学
电子科技大学雷达成像研究室近几年一直在进行星载InSAR三维成像的研究，并承担了国防科工委的“9609”工程项目中的“三维SAR成像处理技术研究”。
电子科技大学与电子部第38研究所在“八五”期间共同承担了重点军事预研项目“机载远程战场侦察雷达关键技术”的课题，电子科技大学主要负责信号处理的任务，并于1995年研制成功全数字机载SAR实时信号处理机。该研究成果于1995年11月参加了“八五科技成果展”，并于1996年3月通过了电子工业部主持的鉴定。
2.2.2.2 中科院电子所
70年代后期，中国科学院电子研究所开展了机载SAR的研究工作，在1983年得到了光学处理的地形图像，并在后来的工作中对机载SAR系统和信号处理作了进一步改进和改善。另外，航天工业总公司607所、电子科技集团公司第14所、电子科技集团公司第38所研制的机载SAR也获得了初步成功。
近年来中国科学院电子研究所和航天工业总公司分别组织力量正在从事星载SAR系统的研究和研制；国内的一些高校和研究所也一直在开展星载SAR的信号处理方面的研究，并取得了一批研究成果。
自80年代末，国家863计划部署了发展SAR及相关技术的一系列课题，其中“星载SAR模样机研制”列为863计划重大项目，安排中科院电子所为总体单位，航天总公司五院504所、501所和电子部14所参加，承担大型有源天线研制工作。1998年夏顺利通过了验收，在经过星载SAR关键技术攻关后，最近中国雷达卫星一号已批准列入型号任务。自“八五”“九五”以来，根据国家的迫切需要和国际上SAR技术发展趋势，我国还安排了雷达及其SAR成像处理技术相配套的工程任务，其中包括机载高分辨雷达系统，部署了SAR定标技术、SAR干涉技术等一系列前沿课题和相关的应用研究。
2.2.2.3 国防科技大学
国防科学技术大学电子科学与工程学院承担了“十五”国防预研项目“无人机载超宽带合成孔径雷达技术”，以穿透叶簇对隐蔽目标高分辨成像探测为应用背景。本课题来源于该项目中的子项目“SAR信息处理技术研究”，其内容涉及在所构建的信息处理平台上进行运动补偿、射频千扰抑制、成像、目标检测、图像校准等处理，同时具备为开展广泛的信息处理算法研究提供有效的计算环境。经过课题组不懈努力，现已构筑了性能优良的超宽带SAR信息处理系统，并己实用于机载超宽带SAR飞行试验中，信息处理效果良好。
2.2.2.4 西安电子科技大学
西安电子科技大学电子对抗研究所一直从事SAR与ISAR的信号处理研究，实现并改进了各种数字成像算法。
3合成孔径雷达的应用
SAR自五十年代问世以来，首先在军事侦察方面获得了广泛应用和发展。如在1991年海湾战争中，美国联合监视和目标攻击雷达系统(Joint-Stars)中的高分辨率机载SAR与“长曲棍球”(Lacrosse)星载SAR系统相配合，完全覆盖了海湾和地中海地区，有效地保障了战前的准备和战争爆发后战场情报的需要，在战争中始终处于主动地位。
星载合成孔径雷达是集航天技术、电子技术、信息技术等为一体的高科技装备，在现代战争中有极大的应用价值。星载合成孔径雷达特别是军用星载合成孔径雷达系统，具有很高的空间分辨率(1-3米，或更高)、很宽的可观测带宽(1000千米以上)和即时测绘带宽(50-100千米)等突出优点；它不会受到云雾和日照的限制。多颗合成孔径雷达卫星和光学卫星组网构成的图象情报获取系统，既可以对国军事目标进行长期的、大范围战略侦察和军事测绘，又可以根据未来战争的发展，对局部战场进行高分辨率、高重复性的战术侦察和打击效果评估等。例如在
海湾战争中美国利用其“长曲棍球”雷达卫星，不仅能够侦察到伊军的装甲部队，而且可以侦察到隐蔽在树林中的机动导弹部队，并多次发现伊军隐藏在干沙地表下的重要军事设施。又例如在美国国家航天局、国家图象地图局、国防部，以及德国和意大利航天局共同支持下，2000年2月美国“奋进号”航天飞机上搭载的SIR-C/X合成孔径雷达利用相距60米的两部天线，精确地完成了全部地球表面的三维地形测绘。
合成孔径雷达在军事领域的主要应用：
①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。
②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。
③特种应用—强杂波背景下的目标识别，低空与超低空目标的探测与跟踪，精密测向与测高，隐形目标散射特性的静态和动态测量等。
在民用方面，由于SAR图像主要反映了目标物的两类特性，一是目标物的几何结构特性，即目标的表而粗糙度，几何结构，分布方向、方位；一是目标物的介电特性，与目标物的含水量有很大的相关性，因此，使合成孔径雷达在农业、林业、水文、地质、海洋、洪水检测、测绘、减灾防灾等很多方面都有广泛的应用。在地质和矿物质资源勘探方面。SAR用来普查地质结构，研究地质、岩石及矿物分布。在地形测绘和制图学方面，SAR可用来测绘大面积地形图，对常年被浓雾和云层覆盖的区域尤其有效。在海洋运用方面，它可用来研究大面积海浪特性、海洋冰分布、海洋污染，测绘海洋图，监视海藻生长等。在水资源方面，它可用来测定土壤湿度，估定降雨量，研究湖泊冰覆盖、地面雪覆盖等情况。在农业和林业，它可用于鉴别农作物，研究农作物生长状态，估计农业产量，研究自然植被分布、森林覆盖、森林生长状态，估计森林灾情等。在天文学方面，SAR 已获取近70%的金星(V enus)表面图象，相信它将成为研究象金星和土卫六(Titan)这样常年被云层覆盖的星体的有效工具。总之，SAR在发展国民经济、科学研究和军事技术等方面起到了极为重要的作用。
4合成孔径雷达的发展趋势
随着科学技术的发展，SAR技术正朝着能够为人们提供更广、更丰富的目标信息的方向发展。未来SAR技术发展的趋势主要有：高分辨率和超高分辨率成像；多波段，多极化，可变视角和多模式；能够产生目标三维图像的干涉SAR；动目标成像；实时SAR成像处理器。其中追求更高分辨率成像是SAR技术发展的核心。
2000年2月，美国奋进号航大飞机顺利地实现了全球范围内的高精度三维成像，在全世界引起了小小的震动。当前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一D，它将是多频段(可能有4个)、多极化的星载成像雷达。另外，美国目前正在进行“发现者二号”天基雷达的研究。
纵观国外空间SAR的发展过程，随着需求的扩增和科学技术的发展，合成
孔径雷达技术主要向以下几个方向发展：
（1）未来的星载SAR将越来越多地使用多频段、多极化、可变视角和可变波束的有源相控阵天线，且向着柔性可展开的轻型薄膜天线方向发展；
（2）未来的星载SAR将进一步向着超高分辨率和多模式工作方向发展；
（3）干涉式合成孔径雷达技术将获得进一步的发展；
（4）动目标检测与动目标成像技术将取得新的突破；
（5）星载SAR的小型化技术和星座对地观测技术将受到更大的重视；
（6）星载SAR的校准技术，特别是极化雷达、ScanSAR和InSAR校准技术将受到更大的重视和发展；
（7）实时信号处理和先进的成像技术；
（8）小卫星SAR和无人机SAR等。
1996年3月，在德国的克尼希斯温特召开了第一次欧洲合成孔径雷达(USAR)会议。欧洲合成孔径雷达会议反映了合成孔径雷达技术当前发展的趋势，其中心问题是图象生成及评估。而现在，有朝着干涉测量合成孔径雷达方向发展的强劲趋势目前动目标检测和成象的兴趣正在迅速上升。美国已经投入巨额资金到新一代成像雷达的研制中，预计2005年将研制成功，投入实用。
4.1 多参数SAR系统
SAR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。因此，采用多极化方式，可以显著改善信号和图像的详细性和可靠性，再加上在不同频段和不同的视角下对地观测，就可以完整地定量分析地面目标的雷达散射特性。正是如此，多参数SAR系统必将会越来越受到重视。
4.2 聚束SAR
聚束式工作模式，是指在SAR飞行过程中，通过调整天线波束的指向，使波束始终“聚焦”照射在同一目标区域。由于实行了“聚束”手段，增加了SAR在方位向的合成孔径时间，等效地增加了合成孔径的长度，根据SAR方位向的理论极限分辨率约为天线方位向尺寸的一半，由此可以提高SAR方位向的分辨率。显然，SAR以聚束模式工作时不能形成连续的地面观测带，但它获得的高方位分辨率在许多应用场合是非常有价值的。因此，聚束SAR技术应当得到重视。美国密执安环境研究所（ERIM）与空军共同开发的聚束SAR数据采集系统，可以在几百米到几千米区域范围，获得距离和方位分辨率均达到1 m的高分辨率图像。ERIM与海军联合开发的P-3A SAR系统，方位分辨率达0.66 m。美国Norden公司研制的APG-76（V）雷达以聚束照射模式工作时，方位分辨率可以达到0.3 m。SAR实现聚束模式工作，需要解决几项关键技术：天线波束控制、运动补偿和高分辨率成像处理算法等。
4.3极化干涉SAR（POLINSAR）
极化干涉SAR（Polarimetric SAR Interferometry）通过极化和干涉信息的有效组合，可以同时提取观测对象的空间三维结构特征信息和散射信息，为微波定量遥感、高精度数字高程信息和观测对象细微形变信息的提取提供了可能性。POLINSAR系统研制、数据处理技术和应用研究己成为国外SAR技术研究的热点。
1997年德国DLR的E-SAR机载L/P波段重复轨道全极化系统、1998年NASA/JPL TOPSAR和AIRSAR机载C波段单轨道极化干涉系统分别都得到了几组相干的全极化数据。最近，日本的JPiSAR机载X/L波段全极化、X波段垂直轨迹单轨道干涉系统也收集到了相应的数据。
2000年2月的SRTM计划是1994年NASA JPL实验室的SIR-C/X-SAR任务的延续，首次在航天飞机上实现了L、C波段双天线单航迹的全极化干涉。这次任务还对部分地区进行了重复航迹的观测，获取了全球80％陆地覆盖的高精度全极化干涉数据。这些相同获得的大量全极化干涉数据，大大地推动了极化SAR干涉技术的研究。
经过几年的研究，POLINSAR数据处理算法、图像特征提取和地物分类算法正逐步被研究人员实现、测试并证实，并分别于2003年和2005年举行了全球范围的POLINSAR研讨会。POLINSAR可应用于地表植被高度估计、高精度DEM提取、地物分类和参数反演、区域变化检测以及探地等方面。
4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar）
激光雷达作为一种高灵敏度雷达，不仅能探测和跟踪目标、获得目标方位、速度信息及普通雷达不能得到的其他信息，而且还能完成普通雷达不能完成的任务，如探测隐身飞机、潜艇、生化战剂等，因此它被广泛应用于航空遥感、大气监测、卫星探测、军事侦察等方面。但激光雷达也有波束窄、不适于大面积搜索等缺点，因此研究新体制的激光雷达具有很重要的意义。
利用激光器作辐射源的SAL使用了合成孔径技术，而且由于工作频率远高于微波，对于相对运动速度相同的目标可产生更大的多普勒频移。因此不仅克服了普通激光雷达波束窄、搜索目标困难等缺点，而且能够提供比SAR更高的方位分辨率，适合大面积的地表成像。
Northrop Grumman公司在2006年8月成功设计并建造了全世界第一个SAL系统，并对它进行了演示。试验证明，该雷达可以提供高分辨率的、接近摄影质量的战术图像。
通过对飞机运动过程中连续采集到的数据进行数字信号处理，从而建造一个合成孔径的新技术战胜了传统光学成像系统分辨率的限制，尤其是入瞳孔径的衍射限制。合成孔径比激光雷达接收器的物理孔径更大，大大提高了图像的分辨率。
该系统是合成孔径激光雷达战术成像（SALTI）计划第一阶段的产物，SALTI 计划是由美国防部高级研究计划局资助的，目的在于将雷达图像采集和处理技术应用到光学波长范围，Raytheon和Northrop Grumman公司是这一计划的主要承担者。
可以拍摄战术图像的SAL将常规SAR在白天和夜晚都能拍摄远距离图像的
特点，与高分辨率光学图像的可判读性以及可以利用三维图像的性能相结合，因此可有效满足远程战场感知的需要。
研究人员于3月31日－4月3日在爱德华兹空军基地进行了相关试验。第一幅空基SAL图像是由Raytheon公司使用光纤激光器得到的，随后NG公司利用CO2气体激光器也成功得到了SAL图像。
4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势
随着战场环境的13益变化，大卫星逐步暴露出一些明显的弊端，主要体现于造价高昂、维护不便、应急发射困难、战术保障和快速反应能力有限等等。随着航天技术的发展，特别是轻型天线技术、集成电路技术和固态电子器件技术等的发展大大降低了卫星的重量和体积，使性能高、体积小、重量轻和成本低的小星载合成孔径雷达卫星研制成为可能。集成电路和固态电子器件降低了中央电子设备的重量和体积，以可展开折叠网状天线技术和轻型相控阵天线技术为主的轻型天线技术发展大大降低了天线的重量，大幅度降低了卫星有效载荷的重量，从而降低了卫星整体和需带燃料的重量；另一方面高效率太阳能技术和电池技术的发展也相对降低了能源系统的重量，小卫星系统及其组网技术的发展改变了卫星的工作及使用模式，缩短了卫星系统有效载荷的工作时间，从而也减小了对能源系统的要求，进一步降低了卫星的重量和体积。与大卫星相比，小卫星的战场生存能力和快速反应能力要强得多，并已经发挥了一些作用。SAR卫星应用的效费比明显提高，SAR卫星的研制费用大幅降低，SAR卫星在军事和经济上的应用越来越重要，越来越普及，研制SAR卫星的国家越来越多，天基SAR已经不再是少数大国的专利。
4.6性能技术指标不断提高
高性能指标的图像始终是系统设计和研制的最终目的，高分辨率的SAR图像在军事上具有极其重要的应用价值，追求更高的分辨率一直是研制部门和用户努力的方向。更高的分辨率意味着更精确的目标分辨和识别能力、更准确的情报，更精确的地形数据。对军事用户来讲，总希望得到更高分辨率的SAR图像。近几年来，小SAR卫星的发展非常迅速，各国纷纷开展小卫星项目的研究，但并没有放弃获得更高分辨率的研制工作。美国在大力规划和发展小SAR卫星的同时，一直在提高SAR的图像分辨率，“长曲棍球l”、“长曲棍球3”和“长曲棍球5”卫星的SAR图像分辨率就分别上了2个台阶，分辨率分别达到1 m、0．5 m和0．3 m。
除了分辨率指标外，其他的图像质量指标也同样重要。SAR卫星的图像质量指标在不断提高，SAR图像的目标定位精度越来越高。从SAR图像的定位原理讲，SAR 图像的定位精度可做到与卫星的轨道精度在同一量级；定位精度与卫星姿态无关，从这一点讲，SAR卫星图像的定位精度优于可见光传感器卫星图像的定位精度。随着SAR图像在目标识别和民用应用越来越广，对SAR图像的定量遥感要求也越来越高，如今对SAR图像不仅要求有高的空间分辨率，也要求有高的辐射精度。
4.7多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征
l978年美国发射的载有SAR的海洋卫星(Seasat—A)为L波段、固定入射角，单一的HH极化，现在在轨或正研制的SAR卫星(或其他航天平台的SAR)很少仅固定入射角和单一极化。今天的天基SAR，特别是星载SAR正向着多模式、多频、多极化和可变视角波束，并具有地面运动目标显示和地面高程测量功能方向发展。多模式成像主要有条带、扫描(scanSAR)和聚束(spotlight)3种工作模式。扫描scanSAR)
工作模式要求波束在距离向的快速扫描，一般采用电扫描的方式。通过改变雷达收发的极化方式，可获得HH、VV、HV和VH(H为水平极化，V为垂直极化)不同极化的图像。不同频率下目标的散射特性不同，同时获取目标的多频信息，有助于目标分类与识别。欧洲的Terra—SAR就是X与L 2个频段，L频段的穿透性强。天基星载合成孔径雷达可通过立体像对方式或干涉SAR(InSAR)的方式获得地面的高程信息。美国航天飞机STRM项目在ll d左右获得了全球80 陆地的高程数据，高程精度在几米的量级。利用相位中心重置等方法可获得地面目标运动的信息，从而实现地面运动目标显示，快速提供地面运动目标的信息，这一特点在军事上具有极其重大应用价值，可大大提高获取地面运动目标情报的时效性。
4.8雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式
采取星座或星队侦察方式可有效提高时间分辨率，多星组网提高侦察情报的时效性，既提高时间分辨率，将航天侦察的“盲区”降至最低。与可见光卫星配合使用弥补可见光成像受气候条件限制的不足，并发挥SAR具有一定的穿透能力，揭露伪装的特点，使各种侦察卫星优势互补。美国在伊拉克战争中就利用3颗“锁眼”可见光侦察卫星和2颗长曲棍球雷达成像侦察卫星组成的航天侦察网。美国人形象地将所有在轨的“锁眼”和“长曲棍球”成像侦察卫星统称为“卫星舰队”(satellite fleet)。
德国的SAR-Lupe项目是一个由5颗小SAR卫星组成的军事专用卫星系统，COSMOSkyMed是意大利航天局的一个低轨道、军民两用地球观测星座，由4颗用X波段工作的小星载合成孔径雷达成像卫星组成。根据意大利和法国在2001年1月底签署的ORFEO联合地球观测协议，意大利的COSMO—SkyMed雷达成像星座和法国的“昴星团”光学成像星座将共同组成ORFEO军民两用高分辨率地球观测系统，两国将共享该系统的图像数据，而且两国国防部将在制定卫星成像任务计划方面享有优先权。按协议规定，意大利还取得了法国“太阳神2”军事侦察卫星和SPOT一5民用资源卫星的图像数据使用权。依靠单颗卫星获取情报其时效性差，获取动态情报的能力十分有限。随着航天技术的不断进步和雷达卫星的小型化，其成本将大幅度降低，雷达卫星与可见光卫星多星组网获取动态情报将成为一种主要的应用模式。
4.9分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达
分布SAR并不是简单的卫星组网，它是利用2颗或多颗轨道具有相互关系的
卫星配合工作，一颗卫星发射多颗卫星接收，或多颗卫星发射多颗卫星接收，实现单颗卫星不能实现的功能，或获得单颗卫星不能达到的技术指标。如实现干涉SAR成像、地面运动目标显示、增加成像带宽、提高SAR图像分辨率等。
目前，加拿大和德国均已计划发射2颗分布式SAR(TanDEM)以实现高精度InSAR测量。
4.10星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内
容
星载合成孔径雷达成像卫星作为军事侦察卫星系统必然会受到人为的电磁干扰影响，所以，研究军事侦察卫星系统的抗干扰能力，对提高星载合成孔径雷达的生存能力和增强其受干扰时的应用效果等具有重大的实用价值，深人研究SAR的抗干扰技术具有深远的战略意义。美国空军早已注意到星载合成孔径雷达在日趋密集和复杂的电磁干扰环境下能否有效工作的问题，已经开始研制能够对付目前和未来威胁的抗干扰技术。星载合成孔径雷达的干扰与反干扰已成为电子战的重要内容。前者通过使用电磁干扰使对方的星载合成孔径雷达不能正常工作或者性能降低，后者采用抗干扰技术保证在电子对抗环境下己方星载合成孔径雷达正常工作。对星载合成孔径雷达实施干扰，大致可分为：对有效载荷的干扰、数传链路的干扰和对卫星平台的干扰(包括对遥测遥控的干扰)。根据星载合成孔径雷达的特点，探讨星载合成孔径雷达系统可采取的抗干扰措施，根据现有星载合成孔径雷达系统的一般结构，可在星上或地面采取不同的抗干扰措施。一般来讲，抗干扰就是利用干扰信号和有用信号的不同特性，将干扰信号去除或降低，同时保留有用信号。通常可根据信号的频率特性、空间特性、时间特性、极化特性、编码特性等将干扰信号和有用信号区分开来，将干扰信号抑制掉。
4.11军用和民用卫星的界线越来越不明显
星载合成孔径雷达在商业民用和军事侦察上都具有比较大的应用价值，ERS-1／2和Radarsat-1等都是以民用为主的星载合成孔径雷达，而美国的“长曲棍球”雷达卫星、德国的SAR-Lupe雷达卫星则是军用侦察卫星，商业民用和军事侦察应用对雷达卫星的技术指标的要求侧重有所不同。一般来讲，商业民用要求雷达卫星具有宽的测绘带宽和高精度的辐射定标，并具有中等分辨率的图像(一般低于5 m)；军事侦察在强调测绘带宽的同时，更强调高分辨率，分辨率一直是军事侦察最关键的技术指标，军用侦察卫星的图像分辨率一般应优于1 m，相关国家在提高分辨率方面投人了大量的人力物力，不断改进分辨率指标。随着卫星技术的提高，工作模式增多，卫星的功能和技术指标也不断提高，有些卫星虽然是商业民用卫星，也具有较大的军事应用价值，如加拿大的Radarsat-2卫星，精细模式达到了3 m分辨率，具有一定的军事侦察能力。
合成孔径雷达概述 1合成孔径雷达简介 (2) 1.1 合成孔径雷达的概念 (2) 1.2 合成孔径雷达的分类 (3) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (4) 2合成孔径雷达的发展历史 (5) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (5) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (6) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (9) 2.2 我国的发展概况 (11) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (11) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (12) 2.2.2.1 电子科技大学 (12) 2.2.2.2 中科院电子所 (12) 2.2.2.3 国防科技大学 (13) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (13) 3 合成孔径雷达的应用 (13) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (14) 4.1 多参数SAR系统 (15) 4.2 聚束SAR (15) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (16) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (16) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (17) 4.6 性能技术指标不断提高 (17) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (18) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (18) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (18) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (19) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (19) 5 与SAR相关技术的研究动态 (20) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (20) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (20) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (22) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (25) 5.5 SAR图像变化检测方法 (27) 5.6 干涉合成孔径雷达 (31) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (33) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (35) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (37) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (38) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (38)
Real and Synthetic Aperture Radar
Real Aperture Radar (RAR) flight direction
azimuth Synthetic Aperture Radar (SAR) flight direction
azimuth
1
Spatial Resolution (1)
2
距离分辨率 与真实孔径雷达距离向分辨率相同。但由于真实孔径 机载雷达一般用短脉冲来实现距离向分辨率，而合成孔 径雷达通常用带宽（脉冲频率的变化范围）为B的线性调 频脉冲来实现作用距离向的良好分辨率。
δr =
1 c cτ = 2 2B
Spatial Resolution (2)
For Real Aperture Radar (Side-looking Radar)
razimuth ?
λR
l cτ 2 sin θ
rground ? range =
For Synthetic Aperture Radar (SAR)
razimuth ?
l 2 c 2 B sin θ
rground ?range =
3
Rr =
τc
2 cos γ
=
ground Range resolution
pulse length × speed of light 2 cos ( depression angle )
Range Resolution (2)
4
合成孔径雷达（SAR） 合成孔径雷达（SAR）数据拥有独特的技术魅力和优势，渐成为国际上的研究热点之一，其应用领域越来越广泛。SAR数据可以全天候对研究区域进行量测、分析以及获取目标信息。高级雷达图像处理工具SARscape，能让您轻松将原始SAR数据进行处理和分析，输出SAR 图像产品、数字高程模型（DEM）和地表形变图等信息，应用永久散射体PS、短基线处理SBAS等方法快速准确地获取大范围形变信息，并可以将提取的信息与光学遥感数据、地理信息集成在一起，全面提升SAR数据应用价值。 基本概念 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。 分类 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。 发展概况 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。空中SAR概况 1. 1951年, Carl Wiley 首次提出利用频率分析方法改善雷达的角分辨率. 2. 1953年, 伊利诺依大学采用非聚焦方法使角度分辨率由4.13度提高到0.4度,并获得第一张SAR图像. 3. 1957年, 密西根大学采用光学处理方式, 获得了第一张全聚焦SAR图像. 4. 1978年, 美国发射了第一颗星载Seasat-1. 5. 1991年, 欧洲空间局发射了ERS-1. 6. 1995年, 加拿大发射了Radarsat-1.
雷达技术综述 Overview of Radar Technology 摘要： 雷达被广泛用于军事预警、导弹制导、民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。本文首先概述了雷达发展历程并总结了雷达技术发展的成因，然后对雷达的基本工作原理和基本雷达方程作了简要的介绍。最后介绍了几种实际雷达并指出了雷达的未来发展方向。 关键词： 雷达技术；工作原理；雷达应用；发展趋势 Abstract: Radar is widely used in many fields of military early warning, missile guidance, aviation control, topographic surveying, meteorology, navigation and so on.This paper outlines the development process of radar and summarizes the causes of the development of radar technology,then briefly introduces the basic principle of radar and basic radar equation.Finally, introduces several kinds of practical radar and points out the future development direction of radar. Key words: radar technology; working principles; radar applications; trend in development 引言 雷达是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达最先是作为一种军事装备服务于人类，主要用来实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器。随着雷达技术的不断改进，如今雷达被广泛用于民航管制、地形测量、气象、航海等众多领域。随着高科技的不断发展，雷达技术将在21世纪得到更广泛的应用。 1 雷达的发展历程 雷达诞生于20世纪30年代，从美、欧等发达国家的雷达装备技术发展来看，雷达的发展历程大致经历了4个阶段：第1个阶段是从20世纪30年代到50年代，为实施国土防空警戒，指挥和引导己方作战飞机以及各种地面防空武器(高炮、高射机枪、探照灯等)，西方大量研制部署米波段雷达和以磁控管为发射机的微波雷达。当时雷达探测目标的种类简单，主要是飞机，此外还有少量的飞艇和气球，雷达的典型技术特征是电子管、非相参，这种雷达被称为第1代。 第2个阶段是从20世纪50年代到80年代，防空作战对雷达提出了由粗略
雷达技术的发展历程及其在现代战争下的发展趋势研究 摘要：文章简要介绍了雷达系统和技术的发展历程，分析了雷达系统与技术发展的特点，提出了现代战争下雷达技术发展展望。 关键词：雷达技术相控阵合成孔径发展历程发展趋势 引言 自从雷达诞生至今，在70 多年的发展历程中，随着科技的不断发展、需求的不断变化，出现了多种体制的新功能雷达，雷达的技术性能、体积和重量、可靠性、维修性、抗恶劣环境的生存能力等也发生了天翻地覆的变化。特别是其在现代战争中的广泛应用，使得对雷达技术的研究具有了重要的意义。 一、雷达系统与技术的发展历程 1．20 世纪30 年代及以前 19 世纪后期，物理学家麦克斯韦、法拉第和安培等人，预言并用数学公式描述了移动电流产生的电磁波的存在情况。1935 年英国和美国科学家第一次研制出能够探测空中飞机的实用米波雷达，至此宣告了雷达的诞生。1936 年美国海军研究实验室研制了T / R （收发）开关，可使雷达系统的接收和发射分系统共用一副天线，大大简化了雷达系统结构。1939 年英国科学家发明了大功率磁控管，克服了甚高频雷达波束和频带窄的缺点，使实用雷达步入了微波频段。 2．20 世纪40 年代 20 世纪40 年代美国辐射研究室把微波新技术应用于军用机载、陆基和舰载雷达取得成功，其代表产品是SCR -270 机载雷达、SCR -584 炮瞄雷达和AN / APQ-机载轰炸瞄准相控阵雷达。20 世纪40 年代主要的雷达技术有动目标显示技术、中继技术以及单脉冲跟踪技术理论的提出。动目标显示技术应用于各型对空警戒雷达，后来应用于着陆引导、岸防等型雷达，其优势是能有效抑制地海杂波，抑制大山、建筑物、风雨雪等静止和慢动目标的干扰能将机载情报传送到地面观测站，能有效加强地空之间的信息联系。 3.20 世纪50 年代 20 世纪50 年代是雷达理论发展的鼎盛时期，雷达设计从基于工程经验阶段，进人了以理论为基础，结合实践经验的高级阶段。50 年代产生的主要理论有匹配滤波器概念、统计检测理论、模糊图理论和动目标显示理论等。各种新技术的应用，出现了诸如脉冲多普勒雷达、合成孔径雷达等新休制雷达。 4.20世纪60年代 20 世纪60 年代雷达系统发展的主要标志是数字处理技术革命和相控阵雷达的应运而生。为了探测洲际弹道导弹，为防空系统提供预测情报，产生了相控阵雷达体制。新一代雷达发展方向是全固态电扫相控阵多功能雷达。雷达信号和数据处理的数字化革命、半导体元件、大规模和超大规模集成电路的应用，使雷达技术的发展日臻完善并达到比较高的水平。
合成孔径雷达成像系统点目标仿真 源程序： clc close all C=3e8; %光速 Fc=1e9; %载波频率 lambda=C/Fc; %波长 %成像区域 Xmin=0; Xmax=50; Yc=10000; Y0=500; %SAR基本参数 V=100; %雷达平台速度 H=0; %雷达平台高度 R0=sqrt(Yc^2+H^2); D=4; %天线孔径长度 Lsar=lambda*R0/D; %合成孔径长度 Tsar=Lsar/V; %合成孔径时间 Ka=-2*V^2/lambda/R0;%线性调频率 Ba=abs(Ka*Tsar); PRF=2*Ba; %脉冲重复频率 PRT=1/PRF; ds=PRT; %脉冲重复周期 Nslow=ceil((Xmax-Xmin+Lsar)/V/ds);%脉冲数 Nslow=2^nextpow2(Nslow); %量化为2的指数 sn=linspace((Xmin-Lsar/2)/V,(Xmax+Lsar/2)/V,Nslow); %创建时间向量PRT=(Xmax-Xmin+Lsar)/V/Nslow; %更新 PRF=1/PRT; % 更新脉冲重复频率 fa=linspace(-0.5*PRF,0.5*PRF,Nslow); Tr=5e-6; %脉冲宽度 Br=30e6; %调频信号带宽 Kr=Br/Tr; %调频率 Fsr=2*Br; %快时间域取样频率 dt=1/Fsr; %快时间域取样间隔
Rmin=sqrt((Yc-Y0)^2+H^2); Rmax=sqrt((Yc+Y0)^2+H^2+(Lsar/2)^2); Nfast=ceil(2*(Rmax-Rmin)/C/dt+Tr/dt); Nfast=2^nextpow2(Nfast); tm=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C+Tr,Nfast); dt=(2*Rmax/C+Tr-2*Rmin/C)/Nfast; %更新 Fsr=1/dt; fr=linspace(-0.5*Fsr,0.5*Fsr,Nfast); DY=C/2/Br; %距离分辨率 DX=D/2; %方位分辨率 Ntarget=3; %目标数目 Ptarget=[Xmin,Yc,1 %目标位置 Xmin,Yc+10*DY,1 Xmin+20*DX,Yc+50*DY,1]; K=Ntarget; %目标数目 N=Nslow; %慢时间采样数 M=Nfast; %快时间采样数 T=Ptarget; %目标位置 %合成孔径回波仿真 Srnm=zeros(N,M); for k=1:1:K sigma=T(k,3); Dslow=sn*V-T(k,1); R=sqrt(Dslow.^2+T(k,2)^2+H^2); tau=2*R/C; Dfast=ones(N,1)*tm-tau'*ones(1,M); phase=pi*Kr*Dfast.^2-(4*pi/lambda)*(R'*ones(1,M)); Srnm=Srnm+sigma*exp(j*phase).*(0 战场图像情报侦察处理技术及其发展 战场图像情报是通过战场侦察传感器平台所获得的侦察图像及其相关的情报产品，它包括白光、微光、激光、红外的图像，各种平台的电视侦察图像，各种机载平台的合成孔径雷达（SAR）和逆合成孔径雷达的雷达图像以及由地面人工侦察所获得的人工图像情报。 一、战场图像情报的特点和主要获取手段 1.特点 战场图像情报属战术型情报，与卫星遥感图像等战略型图像情报相比，具有以下显著特点： ①情报周期（包括情报任务下达、收集、处理、分析和分发的时间）短，时效性强，更能满足现代作战对情报的需要。 ②图像侦察具有持续侦察监视能力，可以完成全天时、全天候的图像实时侦察。 ③能获得多角度、全方位的情报，其中地面的人工图像情报是空中侦察和卫星侦察图像无法替代的。地面图像情报和航空图像情报有机结合，可使图像情报更丰富，精度更高。 ④战场C-4ISR系统使战场图像的获取、传递、处理、分发以及应用形成一个统一的网络，使图像情报与其他非图像情报集成于一体，便于指挥决策机构掌握瞬息万变的战场局势。 2.主要获取手段 获取战场图像情报的主要手段有光学观测、照相、激光、红外、电视、合成孔径雷达等。这些手段根据载体的不同又分为便携式、车载式、机载式和舰载式等。 地面照相侦察可记录各种目标、工事设施、交通情况及绘制军事地图等，主要用于搜索地面、海上和低空目标。战场电视侦察是获取视频图像情报的重要手段，具有直观、清晰、快速、实时传输等特点，能通过图像一目了然地观察到前沿敌方阵地地形、布设、武器装备、兵力部署、调动等情况。夜视侦察装备，如主动式红外夜视仪、微光夜视仪、红外成像仪等用于夜间观察。用于战场侦察的合成孔径雷达主要是获取战场图像和地面活动目标信息，可在夜间和恶劣的气候条件下探测、搜索、跟踪敌方运动中的人员、车辆、舰船等，具有探测距离远、覆盖面积大、测量速度快、全天候、全天时工作的特点。 二、美军目前使用的几种典型战场图像侦察装备 在阿富汗战场，美军利用C-4ISR系统将侦察卫星、有人/无人侦察机、地面特种部队结合在一起进行联合作战，将多源情报（包括图像情报）综合分析处理，缩短了目标搜索和打击时间，制止了敌方利 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。 现役全球InSAR卫星简介 1、德国TanDEM-X卫星 德国TanDEM-X任务是利用两颗TerraSAR-X卫星进行编队飞行的一个高精度的雷达干涉测量系统，第一颗TerraSAR-X卫星于2007年发射升空，计划使用寿命为5年，第二颗TerraSAR-X卫星于2009年发射升空，计划使用寿命为5年，两颗卫星有三年的工作交叠期，德国预计在这三年中生成全球的高精度DEM数字高程模型，高程定位精度优于2m，DEM网格间距为12m。 表2给出了以上几种星载干涉系统在不同基线的情况下高程模糊度的具体数值 不同波段下系统干涉的性能比较 L、X、C波段所生成的SAR图像有其各自的特点，高程信息的精度主要取决于雷达波长和相干系数。对于同一区域的SAR图像干涉处理，L波段的图像相干性高于X、C波段的图像，但是就高程信息的敏感度，X、C波段优于L波段。 2、加拿大Radarsat-2雷达系统 Radarsat-2是加拿大第二代地球观测卫星，于2006年12月发射升空，它几乎保留了Radarsat-1的所有优点，雷达采用C波段，HH极化，数据分辨率3—100m，幅宽10—500km,设计使用寿命为7年，采用多极化工作模式，轨道定位精度15m。能够大大增加可识别地物或目标的类别，能够左视和右视，并且可以实现相互转换，主要用于测绘以及环境和自然资源的检测等方面。 3、日本ALOS观测卫星 2006年1月日本发射了先进陆地观测卫星(ALOS),它携带有L波段相控阵合成孔径雷达(PALSAR)，该卫星主要用于对全球陆地资源和环境实施全天候监测，在高分辨率模式下距离向分辨率优于2m，轨道定位精度10m。PALSAR有较高的距离向分辨率和较高的信噪比，并且在交轨方向对轨道有较好的控制。 合成孔径雷达概述 蔡 Beautyhappy521@https://www.doczj.com/doc/913018262.html, 二OO八年三月二十三 1合成孔径雷达简介 (3) 1.1 合成孔径雷达的概念 (3) 1.2 合成孔径雷达的分类 (4) 1.3 合成孔径雷达(SAR)的特点 (5) 2合成孔径雷达的发展历史 (6) 2.1 国外合成孔径雷达的发展历程及现状 (6) 2.1.1 合成孔径雷达发展历程表 (7) 2.1.2 世界各国的SAR系统 (10) 2.2 我国的发展概况 (12) 2.2.1 我国SAR研究历程表 (12) 2.2.2 国内各单位的研究现状 (13) 2.2.2.1 电子科技大学 (13) 2.2.2.2 中科院电子所 (13) 2.2.2.3 国防科技大学 (14) 2.2.2.4 西安电子科技大学 (14) 3 合成孔径雷达的应用 (14) 4 合成孔径雷达的发展趋势 (15) 4.1 多参数SAR系统 (16) 4.2 聚束SAR (16) 4.3极化干涉SAR（POLINSAR） (17) 4.4合成孔径激光雷达（Synthetic Aperture Ladar） (17) 4.5 小型化成为星载合成孔径雷达发展的主要趋势 (18) 4.6 性能技术指标不断提高 (18) 4.7 多功能、多模式是未来星载SAR的主要特征 (19) 4.8 雷达与可见光卫星的多星组网是主要的使用模式 (19) 4.9 分布SAR成为一种很有发展潜力的星载合成孔径雷达 (19) 4.10 星载合成孔径雷达的干扰与反干扰成为电子战的重要内容 (20) 4.11 军用和民用卫星的界线越来越不明显 (20) 5 与SAR相关技术的研究动态 (21) 5.1 国内外SAR图像相干斑抑制的研究现状 (21) 5.2 合成孔径雷达干扰技术的现状和发展 (21) 5.3 SAR图像目标检测与识别 (23) 5.4 恒虚警技术的研究现状与发展动向 (26) 5.5 SAR图像变化检测方法 (28) 5.6 干涉合成孔径雷达 (32) 5.7 机载合成孔径雷达技术发展动态 (34) 5.8 SAR图像地理编码技术的发展状况 (36) 5.9 星载SAR天线方向图在轨测试的发展状况 (38) 5.10 逆合成孔径雷达的发展动态 (39) 5.11 干涉合成孔径雷达的发展简史与应用 (39) 本期特约 本文2009208213收到,田锦昌系中国航天科工集团三院三部高级工程师 合成孔径雷达在军事上的应用分析 田锦昌 摘 要 合成孔径雷达(S AR )研制关键技术已取得重大突破,由于S AR 优点突出,各军事强国已在争先研制、装备S AR 。以平台划分,详细分析了机载S AR 、星载S AR 、弹载S AR 在军事上的具体应用情况。 关键词 合成孔径雷达 军事应用 分析引 言 伊拉克战争中,美国利用6颗高分辨率成像侦察卫星,对伊拉克国土进行密切监视,几乎每一个小时就有一颗成像侦察卫星光顾伊拉克的领空。在这6颗成像侦察卫星中,有3颗合成孔径雷达卫星(又称雷达成像卫星),分别是长曲棍球22(La 2cr osse 22)、长曲棍球23(Lacr osse 23)和长曲棍球24(Lacr osse 24)。这3颗S AR 卫星分时、分区域对伊 拉克重点地区进行侦察,为美英联军提供伊拉克军事活动的三维图像。 长曲棍球系列卫星是世界上最早的军用雷达成像侦察卫星,它是美国21世纪初空间雷达成像侦察的主要工具,不仅特别适于跟踪舰船的活动,监视机动式弹道导弹的动向,而且还能发现经伪装的武器装备,甚至能发现藏在地下数米深处的设施。长曲棍球卫星具有多频段、多极化工作能力,空间分辨率优于1m 。 自从1951年美国Good Year 公司的Carl W iley 提出合成孔径概念以后,S AR 技术得到了迅速发展。这主要是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,可以全天时、全天候、高分辨率、大幅面对地观测,能够在军事 侦察、军事测绘及诸多民用领域发挥重要作用,因 此,自20世纪末以来,S AR 技术的军事应用受到世界各国高度重视,并得到迅速发展。1 S AR 的性能 S AR 是利用雷达对地辐射的后向散射微波来 分辨不同物体的。不同的物体一般具有不同的导电系数,导致不同物体对微波的后向散射系数不同。因此,雷达接收不同物体反射的微波辐射强度不 同。S AR 将孔径合成技术、脉冲压缩技术和信号处理技术相结合,使用孔径较小的天线,在距离向和方位向获得较高的图像分辨率。 S AR 具有很高的距离向和方位向分辨率,方位向分辨率的信号处理技术是S AR 与传统雷达的根本区别之一。利用一个小孔径雷达,采用合成孔径技术,可以在空间合成一个等效的大雷达孔径,从而可以获得高方位向分辨率。S AR 在距离向采用了脉冲压缩技术,同样提高了距离向分辨率。目前,S AR 的空间分辨率可以达到1m 。 S AR 具有很好的目标分辨能力,辐射分辨力达 到2d B ,可以把集结在一块的坦克和运兵车区分 开。S AR 的动态范围很大,达到80dB ,可以区分同一地域中后向散射系数差别很大的物体,且保证成像清晰。 S AR 针对不同物体对微波的极化响应特性不同,采用多极化工作方式(HH,HV,VH,HH ),增强了S AR 的成像性能。此外,S AR 还采用多频段工作方式(L 频段,C 频段,X 频段),可以保证不同 北京揽宇方圆信息技术有限公司 高分三号卫星——世界主流C波段合成孔径雷达卫星简介 高分三号卫星于1月23日正式投入使用，其性能与世界主流C波段SAR卫星相比如据新华社新闻，国防科工局于1月23日宣布，我国首颗1米分辨率合成孔径雷达（SAR）卫星高分三号23日正式投入使用。该卫星将满足我国对高空间分辨SAR遥感数据的需求，主要应用于海洋监测、减灾救灾、气象和水利等领域。 合成孔径雷达技术是重要的对地遥感技术手段，合成孔径雷达卫星是装雷达为主要载荷的卫星，其通过自身发射电磁波并接收地物反射的回波，并进行复杂的信形成视觉效果类似黑白光学图片的合成孔径雷达图像。由于其使用其自己发射的电磁波进电磁波对云、雨和雾霾等大气天气现象具有较强的穿透能力，使得合成孔径雷达卫星可以夜，以及被观测区域上方覆盖各种天气现象时，在特定时间对指定区域进行观测。 高分三号合成孔径雷达卫星并不是世界上第一颗C波段合成孔径雷达卫加拿大于2007年12月发射的RADARSAT-2卫星、欧空局分别于2014年4月和2016年4 Sentinel-1A和Sentinel-1B三颗卫星均工作在C波段。本文就以这四颗卫星为例，对其分析。 首先我们用一个表格对这四颗卫星的总体参数进行大概梳理。 从表中可以看出，高分三号在最高分辨率和最大成像幅宽两个参数上，C波段SAR卫星，并且在设计寿命上面具有一定优势。值得注意的是，高分三号和Senti 均选择了具有高极化隔离度的波导缝隙相控阵天线，使得其在多极化性能方面优于RADAR 值得注意的是，这四颗C波段SAR卫星均选择了轨道高度为700-800km 道，与德国X波段TerraSAR-X卫星的509km轨道相差较大，这其中既有波段带来的影响需求带来的取舍（重访）。如果用一张图同时表示这四颗卫星的轨道，那么 合成孔径雷达发展历程表 1951年6月美国古德依尔宇航公司的威利首先提出最初的频率分析的方法改善雷达的角分辨力，他将其称为多谱勒波束锐化。与此同时，伊里诺斯大学控制系统实验室的一个研究小组采用相干机载侧视面雷达数据，研究运动目标检测技术。 1952年，C. W. Shervin第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵列概念，另外他还提出了运动补偿概念。正是这些新思想最终导致了X－波段相干雷达的研制。 1953年获得第一幅SAR图像。 1957年美国密歇根大学雷达和光学实验室研制的SAR系统获得第一张全聚焦的SAR图像。 1958年，美国密执安大学(University of Michigan)的雷达和光学实验室在L. J. Cutrona的领导下，用他们研制的雷达进行飞行试验，用光学相关器件将相干雷达视频信号变成了高分辨的图像。 在1967年Greenberg首先提出在卫星上安装SAR的设想。由于卫星飞行高度高测绘带宽，可以大面积成像等优点，科学家开始着手进行航天飞机、卫星等作为载体的空载SAR的研究，并取得了巨大进展。 直到60年代末、70年代初，美国宇航局NASA主持了一些民用SAR系统的研制，主要研究单位是密西根环境研究所(Environmental Research Institute of Michigan, ERIM)和喷气动力实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)。 20世纪70年代美国密歇根环境研究所（ERMI）和国家航空航天局喷气推进实验室（JPL）研制出1.25GHz和9GHz多极化合成孔径雷达。 1972年JPL进行了L波段星载SAR的机载校飞。 1975年，NASA将SAR作为Seasat任务的一部分。由于SAR在Seasat任务中的突出表现，使得星载SAR得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方向。 1978年5月美国宇航局(NASA)成功地发射了全球第一颗装载了空间合成孔径雷达的人造地球卫星(Seasat-a) ，对地球表面1亿平方公里的面积进行了测绘。Seasat卫星的高度约800公里，工作波段为L波段，测绘带宽为100公里。Seasat 卫星具有很大的全球覆盖率，转发了不同地形特征的SAR数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引起了科学家们的极大重视。标志着星载SAR己成功进入了太空时代。 1981年11月12日美国“哥伦比亚”号航天飞机搭载SIR-A顺利升空。雷达影像上成功观测到撒哈拉沙漠的地下古河道，显示了SAR具有穿透地表的能力，引起国际科技界的震动。 1984年10月5日美国进行了“挑战者”号航天飞机搭载SIR-B的实验。 SIR-A和SIR-B都源于SEASAT-A，都工作于L波段。其中SIR-A于1981年11月发射，轨道高度为252公里，分辨率为37米，而SIR-B于1984年7月发射，轨道高度为250-326公里，倾角为570，测绘带宽为50公里，分辨率为 课程简介 Introduction 中国科学院电子学研究所 微波成像技术重点实验室 合成孔径雷达技术概论2015秋北京课程概况 课程名称：合成孔径雷达技术概论 S ynthetic A perture R adar Techniques 课程编号：101M5012H 课程属性：专业基础课 预修课程：数字信号处理、信号与系统、雷达原理学时学分：50/3 教学目的和要求： 本课程为信号与信息处理专业和遥感信息工程专业研究生的专业基础课，重点论述SAR信号处理基础、成像处理算法及其实现，为从事后续相关研究工作奠定基础。 合成孔径雷达技术概论2015秋北京课程概况 课程特点： * 授课形式： 课程讲授与课堂演示、课堂练习（数据处理的matlab演示与练习）相结合。 自带笔记本电脑，预装Matlab * 课后阅读：参考书目、研究文献 * 研究课题及研究报告：课后研究 授课内容： SAR基础理论及其信号处理基础 典型成像处理算法 多普勒参数估计 星地几何关系和SAR系统级几何定位 先进合成孔径雷达系统 合成孔径雷达技术概论2015秋北京课程概况 任课教师： * 洪文研究员、博导 * 林赟助理研究员、博士 * 刘佳音副研究员、博士 教学内容与安排：每周三下午/教1-406 第一讲合成孔径雷达成像基本原理 授课内容：概述雷达基础、合成孔径的概念、SAR信号特征、SAR的典型成像算法等 合成孔径雷达技术概论2015秋北京 课程概况 教学内容与安排： 第二讲信号处理基础(一) 授课内容：卷积、傅里叶变换、升采样、卷积的DFT Matlab演示与练习 第三讲信号处理基础(二) 授课内容：信号采样与插值 Matlab演示与练习 Electronic Technology ? 电子技术Electronic Technology & Software Engineering 电子技术与软件工程? 87【关键词】合成孔径雷达 系统组成 典型应用 合成孔径雷达（SAR ）是一种利用微波成像技术进行地海面目标探测的遥感系统。自20世纪50年代美国提出并研制成功以来，SAR 雷达发展迅速且有成效，具有全天时、全天候、高精度、大范围、远距离的特点。在世界各国的农业、林业灾害防治，遥感测绘导航、地质勘探、环境海洋监测及军事等方面得到广泛应用。装载平台遍及各类飞机、导弹、卫星和车辆等。本文从SAR 雷达技术入手，对其应用进行了阐述，并探讨其发展趋势。1 SAR雷达技术 SAR 雷达通过发射大带宽线性调频信号，实现目标距离向高分辨。在雷达平台与目标之间的相对运动过程中，通过相干积累及运动补偿，以时间换空间的方式实现天线长度的延展，实现方位向高分辨。 1.1 系统组成 典型SAR 系统由天线、发射机、接收机、频率源、信号处理机、惯导、数据记录仪、控制与显示等组成。天线发射宽带信号、接收目标回波；发射机完成宽带信号的产生、调制和放大；接收机用于对回波的变频、放大和采集；频率源产生全机所需时钟及本振信号；信号处理机实现全机时序同步、参数控制和雷达信号处理；惯导是SAR 雷达重要组成，实时测量天线姿态并传输给信号处理机用于运动补偿计算；数据记录仪可记录信号回波和图像数据；控制与显示实现全机控制及图像显示。如图1所示。 1.2 主要参数 SAR 的主要参数含使用参数、内部参数和图像参数。 使用参数直接面向用户，含分辨率、作用距离、测绘带宽和定位精度等。分辨率指距离分辨率和方位分辨率，距离分辨率与信号带宽成反比，方位分辨率与天线长度成反比；作合成孔径雷达技术及其应用 文/翁元龙 用距离是指图像场景中心到平台的斜距；测绘带宽是指SAR 雷达的成像宽度；定位精度用于描述图像中目标与真实地理坐标之间的相对关系。内部参数含工作频段、信号带宽、波门起始、采样深度、脉冲宽度和重复频率等，这些内部参数与使用参数有一定的对应关系。如波门起始描述的是图像的起始距离，采样深度则对应图像的测绘宽度。图像参数含信噪比、积分旁瓣比和峰值旁瓣比等，用于表征SAR 图像的清晰度、对比度和模糊度等。2 SAR雷达应用SAR 系统主要用于军事侦察监视和民用各领域。军事方面，美军SAR 雷达装载于无人机（全球鹰、捕食者）、有人机（E8C 联合对地监视飞机）、导弹（战斧巡航导弹）、卫星（长曲棍球）等。美军利用机载SAR 雷达技术实现ISR （情报、侦察和监视）系统，在海湾战争、阿富汗战争和反恐战场已大量应用。弹载SAR 利用景象匹配技术，实现导弹的远程战略打击。星载SAR 实现全球大范围地区的快速高效情报获取。民用方面，SAR 雷达技术广泛用于城市勘测、农业普查、林业应用、海洋监测和立体测绘，无人车的防撞预警等。对城区建筑物、桥梁、道路等大范围成像，获取其结构、分布和变化，为城市规划者提供数据支撑。精确测量各类农作物的病虫害情况，利用极化信息掌握农作物种植情况，提高农业普查效率。在森林资源调查、森林分类、自然灾害监测和森林蓄积量等方面也有大量应用。海洋环境监测包括对海洋灾害、海面溢油、海上船舶、沿海滩涂的监测。立体测绘方面，利用SAR 雷达的干涉模式，采用多天线单次干涉或单天线重轨 干涉实现三维高程测量，对丘陵、山区、平原等区域实现立体测绘。全天时全天候探测的无人车SAR 雷达与激光、光学系统共同实现防撞预警。3 结束语SAR 雷达受平台重量、体积、功耗约束，分辨率、探测距离和精度、出图速度等仍有不足。面向未来，随着微波、电子计算机及人工智能等技术发展，SAR 雷达将朝着多极化、多频段，高分辨、高定位精度，轻小型化、图像视频化、任务智能化的方向发展，将在更多领域得到应用和发展。参考文献[1]保铮,邢孟道,王彤. 雷达成像技术[M].北京：电子工业出版社,2005,4:90-108.[2]孙龙,邬伯才,沈明星,江凯，鲁加国.机载UWB 数字阵列SAR 系统技术研究[J].雷达科学与技术,2017.[3]王岩飞,刘畅，詹学立，韩松.无人机载合成孔径雷达系统技术与应用[J].雷达学报，2016.[4]肖虹雁,岳彩荣,合成孔径雷达技术在林业中的应用综述[J].林业调查规划,2014.作者简介翁元龙（1988-），男，安徽省六安市人。硕士研究生。中国电子科技集团公司第三十八研 究所，工程师。研究方向为sar 总体设计及信号处理技术。作者单位中国电子科技集团公司第三十八研究所 安徽省合肥市 230031图1：典型SAR 系统 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序) 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真 一． SAR原理简介 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ，简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率，利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率，从而获得大面积高分辨率雷达图像。SAR回波信号经距离向脉冲压缩后，雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：，式中表示雷达的距离分辨率，表示雷达发射信号带宽，表示光速。同样，SAR回波信号经方位向合成孔径后，雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：，式中表示雷达的方位分辨率，表示雷达方位向多谱勒带宽，表示方位向SAR平台速度。 二． SAR的成像模式和空间几何关系 根据SAR波束照射的方式，SAR的典型成像模式有Stripmap(条带式)，Spotlight(聚束式)和Scan(扫描模式)，如图2.1。条带式成像是最早研究的成像模式，也是低分辨率成像最简单最有效的方式；聚束式成像是在一次飞行中，通过不同的视角对同一区域成像，因而能获得较高的分辨率；扫描模式成像较少使用，它的信号处理最复杂。 图2.1：SAR典型的成像模式 这里分析SAR点目标回波时，只讨论正侧式Stripmap SAR，正侧式表示SAR波束中心和SAR平台运动方向垂直，如图2.2，选取直角坐标系XYZ为参考坐标系，XOY平面为地平面；SAR平台距地平面高h，沿X轴正向以速度V匀速飞行；P点为SAR平台的位置矢量，设其坐标为(x,y,z)；T点为目标的位置矢量，设其坐标为；由几何关系，目标与SAR平台的斜距为： (2.1) 由图可知：；令，其中为平台速度，s为慢时间变量（slow time），假设，其中表示SAR平台的x 坐标为的时刻；再令，表示目标与SAR的垂直斜距，重写2.1式为： (2.2) 就表示任意时刻时，目标与雷达的斜距。一般情况下，，于是2.2式可近似写为： (2.3) 可见，斜距是的函数，不同的目标，也不一样，但当目标距SAR较远时，在观测带内，可近似认为不变，即。 合成孔径雷达干涉测量（InSAR）简述 摘要：本文主要介绍了合成孔径雷达干涉测量技术的发展简史、基本原理、及其3种基本模式，并且对其数据处理的基本步骤进行了概述。最后，还讲述合成孔径雷达干涉测量的主要应用，并对其未来发展进行了展望。 关键字：合成孔径雷达合成孔径雷达干涉测量微波遥感影像 1.发展简史 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种高分辨率的二维成像雷达。它作为一种全新的对地观测技术，近20年来获得了巨大的发展，现已逐渐成为一种不可缺少的遥感手段。与传统的可见光、红外遥感技术相比，SAR 具有许多优越性，它属于微波遥感的范畴，可以穿透云层和甚至在一定程度上穿透雨区，而且具有不依赖于太阳作为照射源的特点，使其具有全天候、全天时的观测能力，这是其它任何遥感手段所不能比拟的；微波遥感还能在一定程度上穿透植被，可以提供可见光、红外遥感所得不到的某些新信息。随着SAR 遥感技术的不断发展与完善，它已经被成功应用于地质、水文、海洋、测绘、环境监测、农业、林业、气象、军事等领域。 L. C. Graham 于1974 年最先提出了合成孔径雷达干涉测量（InSAR ）三维成像的概念，并用于金星测量和月球观察。后来Zebker、G. Fornaro及A. Pepe 等做出了进一步的研究,以解决InSAR 处理系统中有关基线估计、SAR 图像配准、相位解缠及DEM 生成等方面的问题。自1991 年7 月欧空局发射载有C 波段SAR 的卫星ERS- 1 以来，极大地促进了有关星载SAR 的InSAR 技术研究与应用。由于有了优质易得的InSAR 数据源，大批欧洲研究者加入到这个领域，亚洲（主要是日本）的一些研究者也开展了这方面的研究。日本于1992 年2 月发射了JERS- 1，加拿大于1995 年初发射了RADARSAT，特别是1995 年ERS- 2 发射后，ERS- 1 和ERS- 2 的串联运行极大地扩展了利用星载SAR 干涉的机会，为InSAR 技术的研究提供了数据保证。目前用于InSAR 技术研究的数据来源主要有:ERS- 1/2、SIR- C/X SAR、RADARSAT、JERS- 1、TOPSAR 和SEASAT 等。 1979年9月，我国自行研制的第一台合成孔径雷达原理样机在实验室完成，并在试飞中获得我国第一批SAR影像。1989年起国家科委设立了“合成孔径雷达遥感应用实验研究项目”，拉开了大规模雷达遥感研究的帷幕。目前国内外许多部门和科研机构正积极从事着InSAR 技术机理及其应用的研究，已经取得了许多成果，InSAR 技术的前景日益看好。 2.InSAR的基本原理 InSAR 技术是一门根据复雷达图像的相位数据来提取地面目标三维空间信息的技术。其基本思想是：利用两副天线同时成像或一副天线相隔一定时间重复成像，获取同一区域的复雷达图像对，由于两副天线与地面某一目标之间的距离战场图像情报侦察处理技术及其发展综述
合成孔径雷达
现役合成孔径雷达2014.11
合成孔径雷达概述
合成孔径雷达在军事上的应用分析
高分三号卫星C波段合成孔径雷达卫星简介
合成孔径雷达发展历程表
合成孔径雷达简介
合成孔径雷达技术及其应用
合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序)
合成孔径雷达干涉测量概述
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