第一章概论

合成孔径雷达背景简介

  • 雷达

利用时间延时测量雷达与目标之间的距离,通过天线指向探测目标方位,继而又利用多普勒频移检测目标速度。

  • 合成孔径雷达(SAR)

通过对多普勒频移进行处理,能够改善方位分辨率,根据这一原理,就可以利用雷达得到二维地表图像,这种通过信号分析技术来构建一个等效长天线的思想称为合成孔径雷达。

多普勒频移原理介绍及公式推导

雷达系统接收到的SAR数据是散焦的,看上去很像随机噪声,与全息技术类似,回波数据的基本信息隐藏在相位中,所以需要一个对相位敏感的处理器来获得聚焦图像。

  • SAR数据的光学处理方法
  • SAR数据的数字处理方法

光学处理方法受制于材料,人们很快认识到SAR数字处理的优势和潜力,并且随着算法处理速度和雷达系统的不断改进,每年都有功能更强大的遥感雷达被设计出来。

SAR在遥感方面的主要应用:包括农业、土壤湿度、林业、地质、水文、洪水和海冰监测、海洋学、舰船和浮油探测、冰雪探测、地表覆盖测绘、高度测绘和地球变化检测(如陆地沉陷、冰川运动和火山运动)等方面。

更值得一提的是,由于雷达信号能够穿透一些诸如干砂之类的物质,在SAR图像中也能够检测到一些地下特征。

此外,研究表明SAR还可以应用于海底地形测量。

SAR基础

在遥感中,SAR借助机载或星载平台获得地表图像,这一过程是通过雷达波束沿着与传感器运动矢量近乎垂直的方向发射相位调制(phase-encoded)脉冲,接收并记录地表反射后的回波来完成的。

第一章概论

  • SAR的不同工作模式
  • 条带合成孔径雷达

在这种模式下,随着雷达平台的移动,天线的指向保持不变。天线基本上匀速扫过地面,得到的图像也是不间断的。该模式对于地面的一个条带成像,条带的长度仅取决于雷达移动的距离,方位向的分辨率由天线的长度决定。

  • 扫描合成孔径雷达

这种模式与条带模式的不同之处在于,在一个合成孔径时间内,天线会沿着距离向进行多次扫描。通过这种方式,牺牲了方位向分辨率(方位向视数),而获得了宽的测绘带宽。

扫描模式能够获得的最佳方位向分辨率等于条带模式下的方位向分辨率与扫描条带数的乘积

  • 聚束合成孔径雷达
  • 逆合成孔径雷达
  • 双站合成孔径雷达
  • 干涉合成孔径雷达

目前遥感合成孔径雷达中的主流模式为单基合成孔径雷达的条带模式和扫描模式。

  • SAR系统的重要参数
  • SAR分辨率

这将涉及到脉冲压缩技术

经过脉冲压缩技术的处理。最终的方位向分辨率等于天线尺寸的二分之一,而与距离无关。因此,为了得到更好的方位向分辨率,天线的尺寸越小越好,这也是合成孔径雷达的概念

  • 图像信噪比(SNR)

SAR信号的信噪比可以由雷达方程导出

  • 距离迁动(RCM)

对RCMC的不同处理,使不同算法得以相互区分