合成孔径雷达原理..36页PPT

2 2 2 2 s 2
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:

在 t t 0 时刻以后，t t 0 为正，fd 为负值，其最大
值发生在 移为：
f d2
Ls / 2 Ts t t0 t0 va 2
，此时的Doppler频
2 2 2 2va Ls 2va Ls 2va Ts t0 t0 R 0 2va R 0 2va R0 2
1 f fd1 fd2 Ts
2va 1 x R 0 Ts x=
R 0 1
2va Ts

R 0
2Ls
设单个天线方位向孔径为Dx，则 R 0 1 Ls s x Dx Dx 2
相关技术
sr1(t) R11(τ) 乘法器 积分器
τ 延迟线
R11 ( )
s0 (t) Re e j0 t


，
0 2 f 0
发射信号
回波信号：
K 0e j (t- 0 ) sr (t) Re
K表示由距离R及其他因素引起的对信号幅度的衰 减因子，τ0为信号往返延迟。
2R 0 c ，
xa xp 2 0 R0 c 2R 0
§2 从频谱分析、相关、匹配角度看合成孔径原理 地面上有二个点目标p1、p2，它们与飞行航向的垂 直斜距相同，均为R0，二者所处方位不同。在x方 向的坐标分别为x1、x2。
x
x=Ls
p2(x2)
f0
p1(x1)
x=0 t=0
R0
θr 0 Ts/2 Ts t
2 2va 回波信号的Doppler带宽为： fd Ts R 0 成孔径时间。
t 0 Ts 2
t0
t 0 Ts 2
t
（二次相位）

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。

归一化以后有： sr(t)ejtej4R0 ej2(x aR 0xp)2
这里， c f0
取实部后有： sr(t)cost4R02(xaR 0xp)2
这个信号的相位部分由三项组成： 12 3 1 ：原始发射信号的一次相位（线性相位）； 2 ：是随R0而变的相位项，但与时间无关。对同一
相位为 i t-Kat2
d dt
i
2Kat
0
2Kat (t)
驻定相位点的时刻tk为：
tk


2 Ka
tk
S()= a(t)ej(tKat2)dt
tk
表示驻定相位点tk附近的时刻。
把相位项 t- Ka t2在驻定相位点tk展成幂级数， 用 ( t ) 表示回波信号的相位 K a t 2 ，有
t
回波信号相位 （二次相位）
点目标p引起的Doppler有一个范围，以 t t 0为中
心向正负两方向变化。当 t t 0 时，天线位置正好
处在p点与航线的垂直斜距点 f d 0 ；在 t t 0
时刻以前，t t0 0 f d 0，其最大值发生在：
t
t0
Lvsa/2t0
合成孔径雷达原理
§1 合成孔径雷达原理 机载合成孔径雷达的几何关系如图所示：
x
θα
R0
θr Ls
W
θr h
W
x θα
Lmin R p R0 Lmax
飞机以速度va沿x方向匀速直线飞行，飞行高度为 h，机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方 向地面发射无线电波。垂直波束角为θr，航向波 束角为θα，测绘带宽为W，最大合成孔径长度为： Lmax，最小合成孔径长度为： Lmin。被测目标为 一理想点目标p，p点与航线x的垂直斜距为R0。 取航线x和R0所构成的平面为坐标平面。

战场环境侦查
利用SAR系统的高分辨率特性 ，对敌方活动进行侦查，提供
详细情报。
目标识别与跟踪
通过SAR图像的纹理、形状等特征 提取，实现对敌方目标的识别与方导弹发射的早 期预警，引导己方导弹进行拦截。
SAR在环境监测领域的应用
大气环境监测
通过对SAR图像的分析，监测大 气污染源、污染物扩散等情况。
合成孔径雷达sar课件
目录
• SAR系统概述 • SAR成像算法 • SAR图像处理 • SAR系统性能评估 • SAR系统应用与发展趋势
01
SAR系统概述
SAR定义及特点
定义
SAR，全称合成孔径雷达，是一种雷达成像技术，利用飞行 器平台携带的雷达在空间中扫描，通过合成孔径技术对地面 目标进行成像。
反射信号
地面目标反射信号回到雷 达接收机。
数据处理
雷达接收机将反射信号进 行处理，生成图像。
02
SAR成像算法
距离-多普勒算法
线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号：用于产生具有大带宽的 信号，通过改变频率增量来实现目标距离和速度的测量。
成像处理步骤：收发雷达信号、信号接收、信号处理、图像生成等。
分辨率和速度分辨率
算法对目标和速度具有较高的分辨率和速度分辨率。
成像处理中的其他关键技术
成像处理中的数字波束形成（DBF）技术
通过对多个接收天线接收到的信号进行加权和相位调整，实现波束指向控制和目标信号增强。
成像处理中的动目标检测与跟踪技术
通过对回波信号进行频谱分析和目标跟踪，实现动目标的检测和跟踪。
成像处理中的杂波抑制技术
通过采用滤波器、空域滤波等技术，抑制杂波干扰，提高图像质量。

2 2π va (t − t a ) 2 Φ3 = − λR 0
x a = va t
x p = va t 0
最重要的相位项 随时间呈平方律变化的二次相位项 那么回波的瞬时频率为：
2 2 4π R 0 2π va (t − t 0 ) 2 2va 1 d ft = − (t − t 0 ) ω t = f0 − 2π dt λ λR 0 λR 0
a(t) S(ωt ) = Ka
S(ω ) =
1 ω rect ∆ω Ka
回波信号的相位谱为：
ω2 π Φ (ω ) = − + 4π K a 4
§2 从频谱分析、相关、匹配角度看合成孔径原理 从频谱分析、相关、 地面上有二个点目标p 地面上有二个点目标p1、p2，它们与飞行航向的垂 直斜距相同，均为R ，二者所处方位不同。在x 直斜距相同，均为R0，二者所处方位不同。在x方 向的坐标分别为x 向的坐标分别为x1、x2。
发射信号相位 （线性相位） t0
t 0
回波信号相位
t 0 − Ts 2
t0
t 0 + Ts 2
t
（二次相位）
点目标p引起的Doppler有一个范围，以 点目标p引起的Doppler有一个范围，以 t = t 0 为中 心向正负两方向变化。当 t = t 0 时，天线位置正好 f d = 0 ；在 t = t 0 处在p 处在p点与航线的垂直斜距点 时刻以前，t − t 0 < 0 f d > 0，其最大值发生在：
Ls / 2 Ts t = t0 − = t0 − va 2
Ls为p点所在位置的合成孔径长度，Ts为合成孔径 点所在位置的合成孔径长度，T 时间。此时的Doppler频移为： 时间。此时的Doppler频移为：

《合成孔径雷达原理》PPT课件
contents
目录
• 合成孔径雷达简介 • 合成孔径雷达工作原理 • 合成孔径雷达系统组成 • 合成孔径雷达性能参数 • 合成孔径雷达技术前沿与发展趋势
01
合成孔径雷达简介
合成孔径雷达的定义
合成孔径雷达是一种利用雷达与目标 之间的相对运动，通过信号处理技术 实现高分辨率成像的主动式微波传感 器。
精度
雷达的定位精度取决于多种因素，如信号处理算法、接收机 性能和大气条件等。高精度雷达对于目标跟踪和识别至关重 要。
03
合成孔径雷达系统组成
发射机
功能
产生雷达发射信号
关键参数
发射信号的频率、脉冲宽度、重复周期等
作用
将电磁能量转换为雷达发射信号，提供目标照射 能量
接收机
功能
接收反射回来的信号
关键参数
02
合成孔径雷达工作原理
雷达发射信号与接收
雷达发射信号
合成孔径雷达通过发射电磁波信 号来探测目标。这些信号可以是 调频连续波或脉冲信号，具体取 决于雷达型号和应用场景。
信号接收和处理
发射的信号遇到目标后会被反射 回来，被雷达接收。反射信号会 携带有关目标位置、距离、速度 和形状等信息。
信号处理与成像
信号处理
接收到的原始信号需要经过一系列的 信号处理技术，如滤波、放大、混频 和去调频等，以提取有用的信息。
成像算法
处理后的信号通过成像算法转换为图 像，这些算法包括傅里叶变换、逆合 成孔径雷达成像等。
分辨率与精度
分辨率
合成孔径雷达的分辨率取决于发射信号的波长、天线尺寸和 目标距离。分辨率越高，图像中能够分辨出的细节越多。
关键参数

因为卫星到探测点的距离r在海面的投影与δy平行，所以δy称为距离分辨率。δx近似地 等于方位角分辨率δψ与卫星到探测点的距离r的乘积，因此被称为方位分辨率。
我们假设某一声源发出的声波频率为f，波长为λ，它们与声波传播速度v
的关系为
f v
（12-3）
图12-5给出了阐述多普勒效应的示意图。第一种情况是观察者静止.
'S 'B S B S' S vv svv s （12-5） ff f
因此，在B点接收到的波动频率f′是
f' v v f ' vvs （12-6）
由于f ′ >f，故在B点接收到的波动频率比波源发出的频率要高。当波源以速
度vS由S点背向B做匀速直线运动时，用同样的方法可以导出
" v vs
f
f" v f v vs
（12-7）ຫໍສະໝຸດ 这时在B点接收的波动波长λ〞变长，对应频率f〞有所降低。
第二种运动是波源不动，而位于B点的接收装置以速度vS向着波源做匀速直 线运动。这相当于波动的传播速度增加，变为v+vS。这样，虽然波源发出的 频率保持不变，但是接收装置接收到的波动频率变为
f'vvs vvs f
五种工作模式：1）成像模式,可以提供七种不同入射角的图 像 2）交互极化模式,提供同一地区的两种不同极化方式的图 像，用户可根据需要从以下三种极化方式组合中选择：VV 和HH，HH和HV，VV和VH。3）宽刈幅模式4）全球探测 模式5）波浪模式
在上述五种工作模式中，高数据率的成像模式、交互极化模 式和宽刈幅模式可提供其它国家的各地面站接收，低数据率 的全球探测模式和波浪模式仅供欧空局的地面站接收。表 12-1显示了欧洲环境卫星ENVISAT-1携带的高级合成孔径雷 达ASAR五种模式的工作特性。12-2显示了成像模式提供的 七种不同图像的幅宽/卫星与星下点距离和入射角等信息。

e j Ka t2
T / 2
e j Ka (t )2 dt

e j Ka 2
T/2
e j2 Ka tdt
T / 2

Ts
sin( KaTs ) KaTs
其输出自相关函数亦为sinc型，峰值点出现 在 0 ，其第一个零点发生在 KaTs1 ，即
va

2va


从线性调频信号的频谱来考察回波信号的特点，即
j 2 va2 (t t0 )2
sr(t) e
R0
e j Ka (t-t0 )2
这里
Ka

2va2
R0
回波信号的包络为幅度归一化的矩形脉冲：
a(t)

rect(
t
T
)=
1, 0,
0tT t<0 or t>T
回波信号： sr (t) Re K 0e j(t-0 )
K表示由距离R及其他因素引起的对信号幅度的衰 减因子，τ0为信号往返延迟。
0

2R c
，
那么，
0

2 c
R 0

xa xp 2R 0
2


2R 0


c
xa xp cR 0
合成孔径雷达原理
§1 合成孔径雷达原理 机载合成孔径雷达的几何关系如图所示：
x
θα
R0
θr Ls
W
θr h
W
x θα
Lmin R p R0 Lmax
飞机以速度va沿x方向匀速直线飞行，飞行高度为 h，机载雷达的天线以规定的俯角向航线正侧方 向地面发射无线电波。垂直波束角为θr，航向波 束角为θα，测绘带宽为W，最大合成孔径长度为： Lmax，最小合成孔径长度为： Lmin。被测目标为 一理想点目标p，p点与航线x的垂直斜距为R0。 取航线x和R0所构成的平面为坐标平面。

合成孔径雷达差分干涉测量原理
测绘学院 摄影测量与遥感系
引言
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)，是一
种工作在微波波段的主动式微波成像传感器。它有效地解 决了雷达设计中高分辨率要求与大天线、短波长之间的矛 盾，使分辨率提高了数百倍。
合成孔径雷达干涉测量(Interferometric Synthetic Aperture
差分干涉测量在地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
差分干涉测量地震监测的应用
地震可以引起电离层异常
差分干涉测量在地表沉降监测的应用
三种方法比较
四轨法
优点：弥补了三轨法有时不能生成DEM或者图像相 关性差的不足。
缺点：由于使用两个独立的干涉对（需要四景数 据），故数据选择受到限制。
差分干涉测量的原理
差分干涉测量的应用
目前D-InSAR的应用主要集中在地震 同震形变场的监测、火山形变的监测、冰 川运动的监测、地面沉降的监测等领域。
Radar，简称InSAR)是SAR的新发展，是最新发展起来的 一种空间对地观测技术。它是把合成孔径雷达产生的单视 复数图像中的相位提取出来，进行干涉处理而得到目标点 三维信息的一种新技术
差分干涉测量的原理
基本原理 合成孔径雷达干涉测量原理在很
多文献中已有详细介绍。现在将以星 载重复轨道为例简要介绍差分合成孔 径雷达干涉基本原理。
差分干涉测量的原理
如图所示，S．、S2和 S3分别为卫星三次对同一地 区成像的位置(即成像时雷达 天线的位置)。则经相位干涉 处理，由S。和S2可生成一 幅干涉图，s，和S 可生成 另一幅干涉图，利用这两幅 干涉图进行差分处理，即所 谓的差分雷达干涉测量。