第6章 合成孔径雷达(SAR)

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)合成孔径雷达概述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。

合成孔径雷达书-回复什么是合成孔径雷达（SAR）？如何工作？它有哪些应用领域和优势？下文将一步一步回答这些问题。

合成孔径雷达（SAR）是一种通过合成孔径信号处理技术来获得雷达图像的高分辨率雷达系统。

简单来说，SAR利用雷达系统从飞行器或卫星上连续发射并接收微波信号。

通过对这些接收到的信号进行处理和合成，SAR可以生成地表的高分辨率雷达图像。

那么，SAR是如何工作的呢？首先，雷达系统发送一系列微波脉冲信号。

当这些信号经过地表反射回来时，接收系统记录下微波信号的相位和振幅。

接下来，SAR系统对这些接收到的信号进行处理和合成。

这个过程包括两个主要步骤：距离向合成和方位向合成。

在距离向合成步骤中，SAR系统将接收到的信号进行快速傅里叶变换（FFT）处理。

这样可以确定信号在距离上的分布情况，也就是目标物体和雷达之间的距离。

通过进一步处理和合成，SAR系统可以消除地形起伏和地球自转等因素对图像质量的影响，从而得到更准确的距离数据。

在方位向合成步骤中，SAR系统将距离向合成得到的数据与航向变化相关联。

通过对接收到的信号在时间域上进行处理，系统可以得到地面目标的方位信息。

这个过程类似于通过拼接多张相机拍摄的照片来获得全景图像。

SAR的应用非常广泛。

首先，由于其高分辨率和天气无关性，SAR在军事领域被广泛应用于侦察和目标识别等任务。

其次，SAR在地球观测领域也有很多应用。

例如，通过对大气和海洋表面的观测，科学家可以研究气象和海洋学等领域的现象。

此外，SAR还可以用于土地覆盖分类、资源探测和环境监测等方面。

与其他传统雷达系统相比，SAR具有一些独特的优势。

首先，由于其使用的是合成孔径信号处理技术，SAR可以获得非常高的图像分辨率。

这对于细节分析和目标识别非常有帮助。

其次，SAR对天气条件不敏感，无论是晴天、阴天还是夜晚，都可以获得高质量的雷达图像。

这使得SAR成为一种可靠的地表观测工具。

此外，SAR还可以对地表进行高度测量，对于数字地形建模和地球物理测量等领域非常有用。

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。

合成孔径雷达SAR综述合成孔径雷达(SAR) 是一种高分辨机载和星载遥感技术，用于对地形等场景上的远程目标进行成像。

1951 年，Carl Wiley 意识到，如果在雷达沿直线路径移动时收集回波信号，则接收信号的多普勒频谱可用于合成更长的孔径，以便提高沿轨道维度的分辨率。

1953 年，当一架 C-46 飞机绘制佛罗里达州基韦斯特的一段地图时，形成了第一张实测SAR 图像。

第一个星载卫星SAR 系统由美国国家航空航天局 (NASA) 的研究人员开发并于 1978 年投入 Seasat。

SAR 模式根据雷达天线的扫描方式，SAR 的模式可分为三种。

如下图所示，当雷达收集其行进区域的电磁 (EM) 反射波，观察与飞行路径平行的地形带时，这种模式称为侧视 SAR或带状 SAR。

当雷达跟踪并将其电磁波聚焦到一个固定的、特定的感兴趣区域时，这种模式称为聚束 SAR，如下图所示。

SAR 操作的另一种模式称为扫描SAR，它适用于雷达在高空飞行并获得比模糊范围更宽的条带时。

条带的这种增强会导致距离分辨率的下降。

如下图所示。

对于这种模式，照射区域被划分为几段，每段被分配到不同的条带的观察。

随着雷达平台的移动，雷达在一段时间内照射一个段，然后切换到另一个段。

这种切换是在特定的方法中完成的，使得所需的条带宽度被覆盖，并且当平台在其轨道上前进时没有留下任何空白段。

SAR 系统设计通用 SAR 系统框图如下图所示。

所有的定时和控制信号都由处理器控制单元产生。

首先，SAR 信号（线性频率调制（LFM）脉冲或阶跃频率波形）由波形发生器生成并传递到发射机。

大多数 SAR 系统使用单个天线或两个紧密放置的天线进行发射和接收，这样系统通常在单站配置下工作。

SAR 天线、转换器和天线波束形成器可沿场景或目标方向形成和引导主波束。

发射的 SAR 信号从场景或目标反射回来后，接收到的信号由 SAR 天线收集并传递给接收机。

接收机输出后的信号被模数转换器采样和数字化。

合成孔径雷达合成孔径雷达（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。

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（SAR）合成孔径雷达（SAR）数据拥有独特的技术魅力和优势，渐成为国际上的讨论热点之一，其应用领域越来越广泛。

SAR数据可以全天候对讨论区域进行量测、分析以及猎取目标信息。

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 等方法快速精确地猎取大范围形变信息，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采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辨别率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。

所得到的高方位辨别力相当于一个大孔径天线所能供应的方位辨别力。

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耀模式等。

假如雷达保持相对静止，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。

进展概况合成孔径的概念始于50年月初期。

当时，美国有些科学家想突破经典辨别力的限制，提出了一些新的设想：采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辨别力；用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高辨别力。

50年月末，美国研制成第一批可供军事侦察用的机载高辨别力合成孔径雷达。

60年月中期，随着遥感技术的进展，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年月后期，卫星载合成孔径雷达和数字成像技术取得进展。

美国于1978年放射的〃海洋卫星〃A号和80年月初放射的航天飞机都试验了合成孔径雷达的效果，证明白雷达图像的优越性。

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（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一种利用雷达技术获取地面信息的遥感工具。

与传统雷达不同，SAR通过接收地面回波信号，并利用计算机技术实现信号合成，从而获得高分辨率、高精度的雷达图像。

在航天卫星、飞机和无人机等平台上，SAR已经被广泛应用于地质勘探、环境监测、军事侦察等领域。

SAR的工作原理是什么？SAR的工作原理与传统雷达类似，都是通过发射电磁波，并接收目标物体反射回来的电磁波来获取信息。

然而，SAR独特的地方在于它将多个雷达回波进行合成处理，以获得高质量的图像。

SAR利用雷达系统发送脉冲电磁波，当这些波束照射到地面上的目标时，它们将被反射回来并被接收器接收。

这些接收到的数据将被保存，并通过计算机进行处理。

首先，通过测量接收到的回波信号的相位和幅度，SAR 可以计算出目标物体与雷达的距离、速度和方位角等参数。

然后，利用这些参数，计算机会根据雷达信号的合成孔径，合成高分辨率的雷达图像。

SAR是如何实现合成孔径的？SAR实现合成孔径的关键在于利用不同位置上目标物体的多个雷达信号实现信号叠加。

为了实现这一点，SAR通常需要借助运动平台，如卫星、飞机或无人机。

SAR工作时，雷达系统随着运动，相继对目标物体进行多次扫描。

通过记录每次扫描时雷达系统的位置、速度和传感器参数等信息，可以对不同位置上的回波信号进行合成计算。

合成孔径雷达的合成过程可以通过一系列的数字信号处理技术实现。

首先，针对每个位置上的回波信号，需要进行时频处理（或称为多普勒校正）以消除目标物体速度对信号的影响。

其次，根据各个位置上的回波信号的相位差异，进行相位校正，以实现信号的叠加。

最后，根据合成孔径雷达的工作方式，将多个位置的回波信号进行加权合成，得到高分辨率的雷达图像。

SAR的优势和应用领域是什么？相对于其他遥感技术，合成孔径雷达具有许多优势。

首先，SAR具有独立于天气和日光影响的优势，可以在多种气象条件和光照条件下获得高质量的图像。

合成孔径雷达sar孔径合成原理合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一种利用雷达原理进行成像的技术。

它通过接收并记录多个雷达回波信号，利用信号之间的时差信息进行数据处理，从而实现高分辨率的成像效果。

SAR孔径合成原理是SAR技术中的关键部分，本文将从原理、实现过程和应用等方面进行阐述。

一、合成孔径雷达SAR孔径合成原理SAR技术中的“合成孔径”指的是通过对多个雷达回波信号进行合成处理，模拟出一个大的孔径来实现高分辨率成像。

具体来说，SAR 系统通过平行于飞行方向的运动，接收来自地面的雷达回波信号，利用这些信号之间的时差信息进行合成处理，从而达到高分辨率的成像效果。

SAR孔径合成的原理可以简单地描述为：对于一个雷达回波信号，它的频谱表示了地物反射的能量分布情况。

而通过对多个回波信号进行合成处理，可以将各个回波信号的频谱叠加在一起，从而增强地物反射信号的强度。

这样，就能够获得更高分辨率、更清晰的图像。

二、合成孔径雷达SAR的实现过程SAR孔径合成的实现过程可以分为以下几个步骤：1. 发射雷达波束：SAR系统首先发射一束狭窄的雷达波束，向地面发送脉冲信号。

2. 接收回波信号：地面上的目标物体会反射回来一部分信号，SAR 系统接收并记录下这些回波信号。

3. 信号处理：将接收到的回波信号进行时频分析，得到每个回波信号的频谱信息。

4. 孔径合成：对多个回波信号进行合成处理，将它们的频谱信息叠加在一起。

5. 图像重构：通过对合成后的信号进行逆变换，得到高分辨率的SAR图像。

三、合成孔径雷达SAR的应用SAR技术具有很广泛的应用领域，如地质勘探、军事侦察、环境监测等。

以下是几个典型的应用案例：1. 地质勘探：SAR技术可以对地下的地质结构进行探测，用于寻找矿产资源、寻找地下水等。

2. 军事侦察：SAR技术可以在天气恶劣的情况下进行侦察，对地面目标进行高清晰度成像。

3. 环境监测：SAR技术可以用于监测冰川、海洋、森林等自然环境的变化，提供重要的环境保护和资源管理信息。