側(cè)視雷達(dá)成像

1、河南理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院河南理工大學(xué)測(cè)繪學(xué)院雷達(dá)遙感Part1 雷達(dá)概述一、雷達(dá)簡介一、雷達(dá)簡介二、二、SARSAR發(fā)展簡史發(fā)展簡史三、側(cè)視雷達(dá)的一般結(jié)構(gòu)三、側(cè)視雷達(dá)的一般結(jié)構(gòu)一、雷達(dá)簡介雷達(dá)是英文 Radar的音譯，源于 Radio Detection And Ranging的縮寫，原意是無線電探測(cè)和測(cè)距。即用無線電方法發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定它們?cè)诳臻g的位置。因此雷達(dá)也稱為無線電定位。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)的任務(wù)不僅是測(cè)量目標(biāo)的距離、方位和仰角，而且還包括測(cè)量目標(biāo)的速度，以及從目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息。雷達(dá)是利用目標(biāo)對(duì)電磁波的反射或散射現(xiàn)象來發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的。飛機(jī)、導(dǎo)彈 、人造衛(wèi)星、各種

2、艦艇、車輛、兵器、炮彈以及建筑物、山川、云雨等等，都可能作為雷達(dá)的探測(cè)目標(biāo)。一、雷達(dá)簡介主動(dòng)式遙感器，使用微波波段，發(fā)射波長1-1000mm特點(diǎn)：全天候、全天時(shí)；地面分辨率高；幾何關(guān)系復(fù)雜。 雷達(dá)測(cè)量的幾個(gè)方面1、目標(biāo)斜距的測(cè)量2、目標(biāo)角位置的測(cè)量3、相對(duì)速度的測(cè)量4、目標(biāo)尺寸和形狀（1）目標(biāo)斜距的測(cè)量tCR21（2）目標(biāo)角位置的測(cè)量目標(biāo)角位置指方位角或仰角。測(cè)量這兩個(gè)角位置基本上都是利用天線的方向性來實(shí)現(xiàn)的。角坐標(biāo)測(cè)量原理：雷達(dá)天線將電磁能量匯集在窄波束內(nèi)，當(dāng)天線波束軸對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)時(shí)，回波信號(hào)最強(qiáng)，當(dāng)目標(biāo)偏離天線波束軸時(shí)回波信號(hào)減弱。根據(jù)接收回波最強(qiáng)時(shí)的天線波束指向，就可確定目標(biāo)的方向，這就是角

3、坐標(biāo)測(cè)量的基本原理。（2）目標(biāo)角位置的測(cè)量為了提高角度測(cè)量的精度，還會(huì)有一些改進(jìn)的測(cè)量方法。如：天線尺寸增加，波束變窄，測(cè)角精度和角分辨力會(huì)提高。回波的波前方向（角位置）還可以用測(cè)量兩個(gè)分離接收天線收到信號(hào)的相位差來決定。目標(biāo)目標(biāo)發(fā)射發(fā)射波束波束（3）相對(duì)速度的測(cè)量 當(dāng)目標(biāo)與雷達(dá)站之間存在相對(duì)速度時(shí)，接收到回波信號(hào)的載頻相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的載頻產(chǎn)生一個(gè)頻移，這個(gè)頻移在物理學(xué)上稱為多普勒頻移，它的數(shù)值為vfd2式中fd 為多普勒頻移，單位為Hz，v為雷達(dá)與目標(biāo)之間的徑向速度，為載波波長。當(dāng)目標(biāo)向著雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，v0，回波載頻提高，反之，v0，回波載頻降低。雷達(dá)只要能夠測(cè)量出回波信號(hào)的多普勒頻移fd就可

4、以確定目標(biāo)與雷達(dá)站之間的相對(duì)速度。（4）目標(biāo)尺寸和形狀如果雷達(dá)測(cè)量具有足夠高的分辨力，就可以提供目標(biāo)尺寸的測(cè)量。由于許多目標(biāo)的尺寸在數(shù)十米量級(jí)，因而雷達(dá)分辨能力應(yīng)為數(shù)米或更小。雷達(dá)的應(yīng)用軍軍用用1、預(yù)警雷達(dá)（超遠(yuǎn)程雷達(dá)）2、搜索和警戒雷達(dá)3、引導(dǎo)指揮雷達(dá)（監(jiān)視雷達(dá)）4、火控雷達(dá) 5、制導(dǎo)雷達(dá)6、戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視雷達(dá)7、機(jī)載雷達(dá)8、無線電測(cè)高儀9、雷達(dá)引信雷達(dá)的應(yīng)用民民用用1、氣象雷達(dá)2、航行管制(空中交通)雷達(dá)3、宇宙航行用雷達(dá)4、遙感設(shè)備 二、SAR發(fā)展簡史1956年秋天，美國密執(zhí)安大學(xué)首先完成了機(jī)載合成孔徑雷達(dá)原型樣機(jī)的研制，并于1957年8月的第五次試驗(yàn)飛行中取得成功；1959年秋天，第一架正式

5、試驗(yàn)樣機(jī)研制成功，并于1960年4月向全世界公布了這一成果；1978年美國成功地在Seasat-1搭載了第一個(gè)SAR系統(tǒng)，它在軌運(yùn)行了100天，獲得了大量的人類從未獲得過的海洋、地質(zhì)和地形方面的信息；1981年11月首次利用哥倫比亞航天飛機(jī)搭載SAR系統(tǒng)SIR-A進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；1984年10月又進(jìn)行了航天飛機(jī)搭載SIR-B的實(shí)驗(yàn)，SIR-A和SIR-B系統(tǒng)提供了大量的地面雷達(dá)數(shù)據(jù)，為SAR的應(yīng)用提供了豐富的資料。20世紀(jì)90年代20世紀(jì)90年代，機(jī)載和星載SAR蓬勃發(fā)展，獲得了大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)：歐空局（ESA）于1991年7月發(fā)射了ERS-1、日本于1992年2月發(fā)射了JERS-1、前蘇聯(lián)于1991年

6、3月發(fā)射了Almaz-1、1995年11月加拿大發(fā)射了RadarSat、1994年和1996年美國航天飛機(jī)兩次搭載了SIR-C/X-SAR。2000年2月，美國“奮進(jìn)號(hào)”航天飛機(jī)執(zhí)行了“航天飛機(jī)雷達(dá)地形測(cè)量任務(wù)（SRTM）”，向人們展示了干涉雷達(dá)11天就可以獲取全球80%地表三維地形數(shù)據(jù)的能力。二、SAR發(fā)展簡史衛(wèi)星名稱衛(wèi)星名稱ERS-1/2JERS-1Almaz-1SIR-C/X-SARRadarSat發(fā)射時(shí)間發(fā)射時(shí)間1991.7.171995.4.211992.2.111991.3.311994，19961995.11.28國家國家歐空局日本前蘇聯(lián)美、德、意加拿大軌道高度軌道高度785公里

7、568公里300-360公里250公里798公里工作波段工作波段CLSL、C、XC極化極化VVHHHHHH、HV、VH、VV（L、C）、VV（X）HH天線尺寸天線尺寸1010米122.2米151.5米122.9米(L)120.75米(C)120.4米(X)151.5米入射角入射角2335207020551060分辨率分辨率630米18米1015米25/1030米8100米幅寬幅寬100公里75公里350公里1070公里1545公里45500公里遙感應(yīng)用遙感應(yīng)用海洋資源調(diào)查、干涉測(cè)量地球資源調(diào)查、災(zāi)情監(jiān)測(cè)海洋、地質(zhì)、制圖地球資源、環(huán)境變化、極化性能、干涉測(cè)量海冰移動(dòng)、地形測(cè)繪、海洋v SEASA

8、T SEASAT 衛(wèi)星衛(wèi)星 發(fā)射時(shí)間: 1978.6.28 第一個(gè)星載 SAR 系統(tǒng) 運(yùn)行 105 天 用于地球海洋遙感探測(cè) 以 110 Mbits/S獲取數(shù)據(jù)洛杉機(jī)地區(qū) SEASAT 圖像, 1978 SEASAT Image of Death Valley, 1978 v 航天飛機(jī)成像雷達(dá)航天飛機(jī)成像雷達(dá) SIR-A 由 SEASAT 剩余部件建成 搭載在哥倫比亞航天飛機(jī)上，1981.11 主要應(yīng)用于地質(zhì)探測(cè) 驗(yàn)證了 L 波段對(duì)干旱沙地具有幾米的穿透能力。 在二天內(nèi)獲取超過1千萬平方公里的地表SAR圖像。Shuttle Imaging Radar蘇丹西北部撒哈拉沙漠SIR-A 1981年1

9、1月影像，彩色部分為Landsat影像。由于干燥沙漠介電常數(shù)較小，SAR能穿透地表，發(fā)現(xiàn)沙漠地表下面有古河床。v航天飛機(jī)成像雷達(dá)航天飛機(jī)成像雷達(dá) SIR-B 由 SIR-A 改進(jìn) 搭載在挑戰(zhàn)號(hào)航天飛機(jī)， 1984.10 檢驗(yàn) L 波段在以下方面的探測(cè)能力：- 土壤濕度- 地質(zhì)結(jié)構(gòu)和巖石特征- 海洋波浪譜 安裝了變側(cè)視角的可移動(dòng)天線Jet Propulsion Laboratoryv SIR-C, 1994.4 飛行飛行 全新的SAR系統(tǒng)，工作在 L、 C和 X 波段 從1994.4.9 工作 11 天- 獲得了65小時(shí)數(shù)據(jù)- 探測(cè)了6,600萬平方公里- 數(shù)據(jù)量為：47 TB 重點(diǎn)對(duì)19個(gè)不同

10、類型地區(qū)進(jìn)行成像 第一次獲取了同波段不同極化的圖像- HH, VV, HV, VHv SIR-C, 1994.9 飛行飛行 第一次進(jìn)行了SAR重復(fù)飛行 目的是進(jìn)行重復(fù)軌道的SAR干涉測(cè)量 檢驗(yàn) SCANSAR 的寬刈幅從1994. 9.30 工作 11 天- 獲得了80小時(shí)數(shù)據(jù)，23小時(shí)INSAR數(shù)據(jù)- 探測(cè)了8，300萬平方公里- 數(shù)據(jù)量為：60 TB 為了獲取INSAR數(shù)據(jù)，本次飛行嚴(yán)格重復(fù)4月的飛行軌道。用SIR-C 3種極化方式圖像合成的俄羅斯西伯利亞一火山圖像多頻圖像合成的舊金山圖像紅：L - HH 綠：L - HV 蘭：C - HV 發(fā)射時(shí)間：1991.7.17 軌道傾角：98.5

11、 軌道高度：785 km 側(cè) 視 角：23 刈 幅 寬：100 km 波 長：5.7 cm 工作波段：C 極化方式：VV 分 辨 率：30 mERS - 11993年圣.路易斯安那州洪水期間 ERS-1 圖像v ERS-2l1995.4.21發(fā)射l25 m 分辨率lC 波段，波長5.6 ml極化方式：VVl側(cè)視角：23亞利桑那州盆地 ERS-2 圖像1997.6.11997.1.121997.3.23上圖較清楚地反映了三條河流洪水泛濫的情況 發(fā)射時(shí)間：1992.2.11 軌道傾角：98.5 軌道高度：568 km 側(cè) 視 角：35 刈 幅 寬：75 km 波 長：23 cm 工作波段：L 極化

12、方式：HH 分 辨 率：18 m 國 家：日本JERS - 1冰川上的火山口v RADARSATl分辨率10-100ml工作波段：Cl極化方式： HHl側(cè)視角：20-50 l工作時(shí)間：1995-現(xiàn)在紐約世貿(mào)中心被進(jìn)攻前RADARSAT-1圖像（1999.6.8）紐約世貿(mào)中心被進(jìn)攻后RADARSAT-1圖像（2001.9.13）SAR現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國外國外研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀i20世紀(jì)90年代以來SAR技術(shù)得到很大發(fā)展，獲取了大量數(shù)據(jù)： i2000年SRTM計(jì)劃獲取了全球80%地表三維數(shù)據(jù)；i高分辨率機(jī)載SAR系統(tǒng)相繼出現(xiàn)；高分辨率國外機(jī)高分辨率國外機(jī)載載SARSAR圖像圖像1 1高分辨率國外機(jī)載高

13、分辨率國外機(jī)載SARSAR圖像圖像2 2SAR現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)國內(nèi)國內(nèi)研究現(xiàn)狀研究現(xiàn)狀i中科院電子所成功研制了機(jī)載雙天線SAR系統(tǒng)；i很多單位對(duì)SAR應(yīng)用技術(shù)進(jìn)行了深入研究；SAR現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)發(fā)展趨勢(shì)：發(fā)展趨勢(shì)：i發(fā)展小衛(wèi)星并組網(wǎng)，形成小衛(wèi)星星座：美國正在籌劃著太空遙感偵察衛(wèi)星星座計(jì)劃。即“發(fā)現(xiàn)者2”星座計(jì)劃。1998年美國國家偵察局又提出了下一代成像偵察衛(wèi)星星座及其相關(guān)的地面控制與處理計(jì)劃“未來影像體系結(jié)構(gòu)（FIA）”計(jì)劃，計(jì)劃星座將由數(shù)量更多(1224顆)、體積更小、能力更強(qiáng)的新型遙感偵察衛(wèi)星組成；i提高分辨率、增加幅寬：有的機(jī)載雷達(dá)分辨率已達(dá)0.1米；SAR現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)i多波段、多極化

14、、多模式：如美國的對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)（EOS）具有L、C、X三種波段和四種極化方式；雙天線INSAR系統(tǒng)；i小型化、輕型化；i最后要特別提出的是，新的遙感衛(wèi)星的軌道站定位精度顯著的提高，已經(jīng)從公里量級(jí)提高到百米以內(nèi)，而且還有進(jìn)一步提高的趨勢(shì)，這主要得益于GPS的應(yīng)用，由于SAR圖像特殊的構(gòu)像原理，軌道站定位精度的提高對(duì)于SAR圖像定位最為有利。三、側(cè)視雷達(dá)的一般結(jié)構(gòu)側(cè)視雷達(dá)一般由脈沖發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、發(fā)射接收轉(zhuǎn)換開關(guān)、天線和顯示記錄器組成。脈沖發(fā)射機(jī)產(chǎn)生脈沖信號(hào)，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測(cè)地區(qū)發(fā)射。地物反射或者散射的電磁波也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進(jìn)入接收機(jī)。接收的信號(hào)在顯示器上顯示或記錄在磁帶上。天線發(fā)射器

15、轉(zhuǎn)換開關(guān)接收機(jī)顯示器目目標(biāo)標(biāo)R噪噪 聲聲信號(hào)信號(hào) 處理機(jī)處理機(jī)發(fā)射的電磁波發(fā)射的電磁波接收的電磁波接收的電磁波雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要質(zhì)量指標(biāo)1、工作頻率或波段；2、輸出功率；3、總效率； 發(fā)射機(jī)的總效率是指發(fā)射機(jī)的輸出 功率與它的輸入總功率之比；4、信號(hào)的穩(wěn)定度或頻譜純度；5、信號(hào)形式(調(diào)制形式)。接收機(jī)的回波信息接收機(jī)接收的雷達(dá)回波含有多種信息：接收機(jī)接收的雷達(dá)回波含有多種信息：目標(biāo)與雷達(dá)的方位、距離，雷達(dá)與目目標(biāo)與雷達(dá)的方位、距離，雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)速度、目標(biāo)的反射特性。標(biāo)的相對(duì)速度、目標(biāo)的反射特性。雷達(dá)方程43222244RGPRGAPPtctr目標(biāo)的回波功率為：Part2 側(cè)視雷達(dá)成像n 真實(shí)

16、孔徑雷達(dá)真實(shí)孔徑雷達(dá)(RAR)n 合成孔徑雷達(dá)合成孔徑雷達(dá)(SAR) 側(cè)視雷達(dá)（side-looking radar，SLR）機(jī)載側(cè)視雷達(dá)（side-looking airborne radar，SLAR）距離方向CRT接收機(jī)天線方位方向波束寬度脈沖寬度時(shí)間反射強(qiáng)度一、真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)Real Aperture Side-looking Radar方位向：平臺(tái)行進(jìn)方向方位向：平臺(tái)行進(jìn)方向距離向：平臺(tái)側(cè)向距離向：平臺(tái)側(cè)向1、成像過程收集順序：近距離先收集，遠(yuǎn)距離后收集收集順序：近距離先收集，遠(yuǎn)距離后收集回波強(qiáng)弱（色調(diào)）：回波強(qiáng)弱（色調(diào)）： （1）金屬）金屬硬目標(biāo)強(qiáng)硬目標(biāo)強(qiáng) （2）反射面方向）反射

17、面方向向天線強(qiáng)向天線強(qiáng) （3）平滑鏡面反射）平滑鏡面反射回波弱回波弱 （4）反射面性質(zhì)）反射面性質(zhì)草地弱草地弱 （5）陰影）陰影無反射無反射天線收集天線收集側(cè)面天線側(cè)面天線發(fā)射窄脈沖發(fā)射窄脈沖地物反射地物反射成像處理成像處理形成影像形成影像放放大大檢檢波波2、地面分辨率 距離分辨率距離分辨率 在距離方向上能分辨的最小目標(biāo)在距離方向上能分辨的最小目標(biāo) 標(biāo)的尺寸標(biāo)的尺寸 方位分辨率方位分辨率 距離分辨率為什么斜距分辨率是脈沖寬度的一半？距離分辨率sin2CR斜距斜距R距離分辨率斜距分辨率2CRd為脈沖寬度，為光為脈沖寬度，為光速，速，為雷達(dá)波側(cè)視角為雷達(dá)波側(cè)視角 R與距離無關(guān)，要提高R ，需要減小

18、，但是減小會(huì)使雷達(dá)的發(fā)射功率下降，從而使回波信號(hào)的信噪比（S/N）下降，造成圖像質(zhì)量下降。為此，采用脈沖壓縮技術(shù)來提高R。脈沖壓縮技術(shù) 脈沖壓縮技術(shù)：利用線性調(diào)頻調(diào)制技術(shù)將較寬的脈沖調(diào)制成振幅大、寬度窄的脈沖的技術(shù)時(shí)間時(shí)間t振幅A0f2f1頻率頻率f振幅A0f2f1頻率頻率f延遲時(shí)間延遲時(shí)間時(shí)間t1/f發(fā)射脈沖的波形匹配濾波器匹配濾波器濾波后的輸出波形fA0經(jīng)脈沖壓縮后，振幅為原來的 倍，脈沖寬度為 倍，且隨著f的提高，距離分辨率和S/N也提高了，這也叫距離壓縮。ff/1方位分辨率 定義：相鄰的兩脈沖之間，能分辯兩個(gè)目標(biāo)的最小距離定義：相鄰的兩脈沖之間，能分辯兩個(gè)目標(biāo)的最小距離 azimuth

19、 or along-track resolution方位分辨率 定義：相鄰的兩脈沖之間，能分辯兩個(gè)目標(biāo)的最小距離定義：相鄰的兩脈沖之間，能分辯兩個(gè)目標(biāo)的最小距離 LRRL式中式中為雷達(dá)的為雷達(dá)的波束寬度，波束寬度，L為為雷達(dá)天線的雷達(dá)天線的孔徑，孔徑，R為為雷達(dá)天線到地面目標(biāo)的距離雷達(dá)天線到地面目標(biāo)的距離 天線LLR要提高方位分辨率，需采要提高方位分辨率，需采用較短波長的電磁波，或用較短波長的電磁波，或加大天線孔徑，或縮短觀加大天線孔徑，或縮短觀測(cè)距離。測(cè)距離。如要求方位向分如要求方位向分辨率為辨率為25m25m，采用波長為，采用波長為5.7cm5.7cm的微波，衛(wèi)星高度的微波，衛(wèi)星高度為為6

20、00km600km，側(cè)視角，側(cè)視角4040度，度，則天線尺寸應(yīng)為則天線尺寸應(yīng)為1790m1790m ，這顯然難以實(shí)現(xiàn)。這顯然難以實(shí)現(xiàn)。二、合成孔徑雷達(dá)特點(diǎn)特點(diǎn)：u 距離向采用脈沖壓縮技術(shù)來提高分辨率距離向采用脈沖壓縮技術(shù)來提高分辨率u 方位向通過合成孔徑原理來改善分辨率方位向通過合成孔徑原理來改善分辨率 Synthetic Aperture Radar 二、合成孔徑側(cè)視雷達(dá) 用一系列的小天線排成一個(gè)陣列，每個(gè)小天線之間的距離為d，總長度為Nd。對(duì)于每個(gè)天線，脈沖發(fā)射是同時(shí)進(jìn)行的，接收時(shí)也是同時(shí)接收信號(hào)。這就如同真實(shí)孔徑雷達(dá)一樣。dL=Ndl利用小天線作為單個(gè)發(fā)射接收單利用小天線作為單個(gè)發(fā)射接收

21、單元，小天線隨平臺(tái)移動(dòng)，在移動(dòng)元，小天線隨平臺(tái)移動(dòng)，在移動(dòng)中選若干個(gè)位置，在每個(gè)位置上中選若干個(gè)位置，在每個(gè)位置上發(fā)射一個(gè)信號(hào)并接收來自地物目發(fā)射一個(gè)信號(hào)并接收來自地物目標(biāo)的回波信號(hào)，記下回波信號(hào)的標(biāo)的回波信號(hào)，記下回波信號(hào)的振幅和相位。當(dāng)小天線移動(dòng)一段振幅和相位。當(dāng)小天線移動(dòng)一段距離后，將所有不同時(shí)刻接收的距離后，將所有不同時(shí)刻接收的同一目標(biāo)信號(hào)消除因時(shí)間和距離同一目標(biāo)信號(hào)消除因時(shí)間和距離不同所引起的相位差，修正到同不同所引起的相位差，修正到同時(shí)接收的情況，就得到如同真實(shí)時(shí)接收的情況，就得到如同真實(shí)孔徑側(cè)視雷達(dá)一樣的效果?？讖絺?cè)視雷達(dá)一樣的效果。 二、合成孔徑側(cè)視雷達(dá)不同時(shí)刻和位置接收的同一

22、目標(biāo)的頻率不同（多普勒平移效應(yīng)），隨著時(shí)間增加，接收信號(hào)的頻率降低。頻率偏移對(duì)時(shí)間而言是線性的。反射脈沖可以認(rèn)為是經(jīng)過線性調(diào)制處理的，因此，將不同位置接收的同一目標(biāo)信號(hào)，通過與頻率偏移具有逆特性的匹配濾波器濾波調(diào)制，就得到目標(biāo)的唯一像點(diǎn)。通過調(diào)制處理后，方位向上的分辨率得以提高，這種處理也叫做方位向壓縮。成像原理A A時(shí)刻時(shí)刻=t1=t1A A時(shí)刻時(shí)刻=t3=t3A A時(shí)刻時(shí)刻=t4=t4A A時(shí)刻時(shí)刻=t2=t2A A時(shí)刻時(shí)刻=t5=t5t1t1t3t3t4t4t5t5f1f1f0f0時(shí)間時(shí)間頻率頻率濾波處理濾波處理t2t2輸出輸出輸入輸入f1f1f0f0延遲時(shí)間延遲時(shí)間頻率頻率時(shí)間時(shí)間成像

23、原理方位分辨率由于合成孔徑長度L等于真實(shí)孔徑長度的天線能夠照射到的范圍，即： lRRL合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率為： 222lLRRLsLs2合成孔徑天線提供合成孔徑天線提供的有效角分辨率或的有效角分辨率或波束寬度為：波束寬度為：合成孔徑雷達(dá)的方位分辨率與距離無關(guān)，僅與實(shí)際天線的孔徑有關(guān)，天線愈短，分辨率愈高。 雷達(dá)記錄的是回波信號(hào)的幅度和相位在空間沿方位向和距離向的分布，它是一個(gè)不可視圖像，必須經(jīng)過光學(xué)處理才能形成可視的雷達(dá)圖像。 距離方向距離方向方位方向方位方向 三、SAR的數(shù)字成像處理三、SAR的數(shù)字成像處理重建原理：通過距離壓縮和方位壓縮把距離方向和方位方向上分布記錄的地面上一點(diǎn)的接收信

24、號(hào)壓縮到一點(diǎn)上。距離單元遷移改正：由于平臺(tái)的移動(dòng)，地面上一點(diǎn)到雷達(dá)天線的距離是以時(shí)間為自變量的二次函數(shù)，因此雷達(dá)在不同時(shí)刻和位置接收到的同一地面目標(biāo)的信號(hào)不是在一條直線上，這種現(xiàn)象稱為距離遷移（Range Migration）。重建處理時(shí)需要進(jìn)行距離單元遷移改正（Range Cell Migration Correction）。 四、INSAR技術(shù) 干涉合成孔徑雷達(dá)干涉合成孔徑雷達(dá) Interferometer Synthetic Aperture Radar 原理：在同一次飛行中，使用兩個(gè)相隔原理：在同一次飛行中，使用兩個(gè)相隔 一定距離的天線同時(shí)接收地面的回波一定距離的天線同時(shí)接收地面的回波

25、 合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 Synthetic Aperture Radar Interferometry 原理：多次對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行原理：多次對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行SARSAR成像成像 1、干涉合成孔徑雷達(dá) 在SAR系統(tǒng)中安裝兩部間隔一定距離的天線，一部天線發(fā)射并接收信號(hào)，另一部天線只接收信號(hào)。兩部天線接收的信號(hào)采用相同的多譜勒中心頻率濾波成像。由于兩部天線所接收的是同一地區(qū)反射回來的后向散射回波，但它們到達(dá)天線的距離不同，即所接收的回波信號(hào)相位不同，因而可以通過干涉獲得干涉相位，由于干涉相位與SAR系統(tǒng)的波長、兩天線的位置、入射角、地面高度有密切的關(guān)系，所以在得到干涉相位后就可以得到

26、地面的高程信息。1、干涉合成孔徑雷達(dá)兩部天線平行于飛行方向獲取地面的影像并進(jìn)行干涉處理的過程稱為順跡干涉（Along-trace Interferometry）；兩部天線垂直于飛行方向獲取地面的影像并進(jìn)行干涉處理的過程稱為橫跡干涉（Across-trace Interferometry）。前者只能測(cè)定水平距離，而后者才能獲得地面的三維信息。2、合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量合成孔徑雷達(dá)干涉測(cè)量 這是目前星載SAR中獲取INSAR數(shù)據(jù)的唯一方法。在這種情況下，獲取兩幅圖像的時(shí)間上有所差異，為避免由于時(shí)間差異引起不良效果，一般要求：時(shí)間間隔應(yīng)盡量短；基線長一般不超過1000米。 原理：原理：多次對(duì)同一地區(qū)進(jìn)

27、行多次對(duì)同一地區(qū)進(jìn)行SAR成像成像Part3 側(cè)視雷達(dá)圖像的特性 一、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性一、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性 二、側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征二、側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征 一、側(cè)視雷達(dá)圖像的幾何特性1、投影方式2、像點(diǎn)與地面點(diǎn)的坐標(biāo)關(guān)系3、比例尺特性4、投影誤差5、透視收縮與頂?shù)孜灰?、雷達(dá)陰影1、投影方式投影方式投影方式斜距投影斜距投影天線天線RsRgbaBAsingsRR斜距Rs比地面距離Rg小。而且同樣大小的地面目標(biāo)，離天線正下方越近，在像片上的尺寸越小 。1、投影方式Slant-range scale distortionConversion comparison2、像點(diǎn)與地面點(diǎn)的坐

28、標(biāo)關(guān)系 FLeberl 構(gòu)像模型構(gòu)像模型 依據(jù)依據(jù)距離條件距離條件和和零多普勒條件零多普勒條件推導(dǎo)出來的像點(diǎn)推導(dǎo)出來的像點(diǎn)和地面點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系模型。和地面點(diǎn)之間的坐標(biāo)關(guān)系模型。 Konecny 構(gòu)像模型構(gòu)像模型 19881988年在京都舉行的國際攝影測(cè)量與遙感學(xué)年在京都舉行的國際攝影測(cè)量與遙感學(xué)會(huì)會(huì)議上，由會(huì)會(huì)議上，由G.KonecnyG.Konecny和和W.SchuhrW.Schuhr提出的提出的平平距投影距投影的的SARSAR圖像成像模型，其形式上接近于攝圖像成像模型，其形式上接近于攝影測(cè)量的投影方程。影測(cè)量的投影方程。3、雷達(dá)圖像的比例尺 距離向上的比例尺主要與側(cè)視角有關(guān)。隨著側(cè)視角

29、的增大，圖象比例尺變大，所以在圖象上有近地點(diǎn)被壓縮、遠(yuǎn)地點(diǎn)被拉長的感覺 飛行方向的比例尺是固定的，它取決于平臺(tái)飛行的速度和膠片記錄的速度。 在記錄回波信號(hào)時(shí)，如果雷達(dá)系統(tǒng)中采用延時(shí)斜距傳播的時(shí)差，此時(shí)雷達(dá)圖像顯示的為地面距離，在平坦地區(qū)以平距顯示的雷達(dá)圖像上比例尺處處一致。4、投影誤差baBhAyl2coscoscos/cosHhyhHyly5、透視收縮與頂?shù)孜灰飘?dāng)雷達(dá)波束照射到位于雷達(dá)天線同一側(cè)的斜面時(shí)，雷達(dá)波束到達(dá)斜面頂部的斜距和到達(dá)底部的斜距之差要比斜面對(duì)應(yīng)的地面距離小。所以在圖像上的斜面長度被縮短了，這種現(xiàn)象稱為透視收縮(foreshortening)RSAB BXRsRs cossi

30、nXRlcossinXR5、透視收縮與頂?shù)孜灰艬ASRX對(duì)于背向天線的地面斜坡也存在透視收縮，只不過斜面看起來被拉長當(dāng)90時(shí)，會(huì)出現(xiàn)背坡的透視收縮現(xiàn)象。cossinXRl收縮比：5、透視收縮與頂?shù)孜灰苨teep mountainous terrain5、透視收縮與頂?shù)孜灰芶bASBRsRs 當(dāng)雷達(dá)波束到斜坡頂部的時(shí)間比雷達(dá)波束到斜坡底部的時(shí)間短的時(shí)候，頂部影像被先記錄，底部影像被后記錄，這種斜坡頂部影像和底部影像被顛倒顯示的現(xiàn)象稱頂?shù)孜灰啤ｍ數(shù)孜灰朴袝r(shí)也稱為疊掩（layover）5、透視收縮與頂?shù)孜灰芁ayover effects6、雷達(dá)陰影Radar shadowRadar shadow e

31、ffects6、雷達(dá)陰影當(dāng)90時(shí)，在斜坡的背后有一地段雷達(dá)波束不能到達(dá)，因此地面上該部分沒有回波返回到雷達(dá)天線，從而在圖像上形成陰影。陰影的影像在呈黑色。 baShhsec 陰影的長度L與地物的高度h及側(cè)視角有如下的關(guān)系： sec hL二、側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征地面目標(biāo)在雷達(dá)圖像上的色調(diào)取決于目標(biāo)的回波功率?；夭üβ蕪?qiáng)，影像色調(diào)淺；回波功率弱，影像色調(diào)深。影響回波功率的因素雷達(dá)的發(fā)射功率天線功率增益雷達(dá)波長目標(biāo)的微波散射特性極化方式4324RGGPPrttr二、側(cè)視雷達(dá)圖像的色調(diào)特征u 平臺(tái)高度u 側(cè)視角u 復(fù)介電常數(shù)u 雷達(dá)波長u 表面粗糙度u 目標(biāo)類型u 極化方式地面目標(biāo)在雷達(dá)圖像上的色調(diào)

32、取決于目標(biāo)的回波功率?；夭üβ蕪?qiáng)，影像色調(diào)淺；回波功率弱，影像色調(diào)深。影響雷達(dá)圖像色調(diào)的主要因素1、平臺(tái)高度平臺(tái)高度的大小會(huì)影響微波在大氣中傳播路程的長短，從而會(huì)影響微波傳輸?shù)耐高^率。微波傳輸會(huì)受到大氣分子的吸收和散射的影響，從而產(chǎn)生衰減。微波衰減與 平臺(tái)高度H成正比，平臺(tái)越高，同一目標(biāo)的影像色調(diào)越深。 2、側(cè)視角側(cè)視角引起反射率變化側(cè)視角小，反射率大，影像色調(diào)淺。側(cè)視角與透視收縮、頂?shù)孜灰萍瓣幱坝嘘P(guān)側(cè)視角大，發(fā)生透視收縮、頂?shù)孜灰萍瓣幱暗目赡苄跃痛?。隨著側(cè)視角的增加，方位向上的陰影效果被突出，會(huì)壓蓋許多地物而造成判讀困難。3、復(fù)介電常數(shù) 復(fù)介電常數(shù)與物體導(dǎo)電、導(dǎo)磁性有關(guān)。復(fù)介電常數(shù)越大，反射雷達(dá)波束的作用就越強(qiáng)，穿透作用越小。 復(fù)介電常數(shù)與物體含水量有關(guān)。含水量越大，復(fù)介電常數(shù)越大。因而色調(diào)淺。 一般情況下，金屬物體比非金屬物體的復(fù)介電常數(shù)大；潮濕的土壤比干燥的土壤復(fù)介電常數(shù)大。4、表面粗糙度光滑表面有時(shí)會(huì)發(fā)生鏡面反射。如果雷達(dá)天線位于鏡面反射的方向上，可以接收到很強(qiáng)的回波，圖像上呈亮色調(diào)。雷達(dá)天線位于其它位置時(shí)，接收不到回波，影像呈深色調(diào)。粗糙的表面，發(fā)生方向反射或者漫反射，有較強(qiáng)的回波，影像的色調(diào)校淺。一般情況下，粗糙表面在圖像上是亮色調(diào)，稍粗糙表面是灰色調(diào)，光滑表面影像呈暗色調(diào)。