合成孔徑雷達發(fā)展歷史

合成孔徑簡微波的概微波是指頻率為300MHz-300GHz的電磁波，是無線電波中一個有限頻帶的簡111“頻電磁波”。微波作為一種電磁波也具有波粒二象性。微波的基本性質通常呈現(xiàn)為、反射、吸收三個特性。對于玻璃、塑料和瓷器，微波幾乎是穿越而不被吸收。對于水和食物等就會吸收微波而使自身發(fā)熱。而對金屬類東西，則會反射微波。波段代標稱波長頻率波長波段代標稱波長頻率波長波長范圍L1-30-SCXK27-1.11-U40-0.75-V60-0.5-W80-0.375-

圍在300MHzHz主要用于、（a)

范圍在30GHz300GHz用于通訊合成孔徑的概徑(SyntheticApertureRadar,SAR)時的現(xiàn)代高分辨率微波成像。它是二十世紀高新科技的產(chǎn)物，是利用合成孔徑原理、脈沖壓縮技術和信號處理方法，以真實的小孔徑天線獲得距離和方位向雙向高分辨率遙感成像的系統(tǒng)，在成像中占有絕對重要的地位。近年來由于超大規(guī)模數(shù)字集成電路的發(fā)展、高速數(shù)字SAR具備全天候、全天時工作和實時處理信號的能力。它在不同頻段、不同極化下可得到目標的高分辨率圖像，由于其具有克服云、霧、雨、雪的限制對地面目標成像，眾多領域，有著廣泛的應用前景和發(fā)展?jié)摿?。國內外越來越多的科技研究者已投身于這一領域的研究。究真徑系統(tǒng)(RealApertureRadar。真實孔徑成像系統(tǒng)及處理設備相對較為簡單，但所以要想用真實孔徑系統(tǒng)獲得較高的分辨率，就需要較長的天線。但是所采用天線的長短往往又受制于系統(tǒng)被載平臺大小的限制，不可能為了提高分辨率無休止地增加天線長度。幸運地是，隨著成像理論，天線設計理論、信號處理、計算機軟件和硬件體系的不斷完善和發(fā)展徑(SyntheticApertureRadar)的概念被提出來。合成孔徑系統(tǒng)的成像原理簡單來說就是利用目標與的相對運動的回波時間采樣序列去取代由陣列天線所獲取的波前空間采樣集合。并被成像。利用目標－相對運動形成的軌跡來構成一個合成孔徑以說，其方位分辨率與波長和斜距無關，是成像技術的一個飛躍，因而具有巨大的，特別是對于軍事和地理遙感的應用更是如此。因此，合成孔徑(SAR)已經(jīng)成為成像技術的主流方向。合成孔徑的分一般情況下合成孔徑根據(jù)載體的不同，可分為星載SAR，機載SAR和SARSAR斜視和前視SAR條帶式(StripmapSAR)(SpotlightSAR(ScanSAR們在技術上各具特點，應用上相輔相成。目前世界上能夠使用的星載和機載SAR系統(tǒng)共有28個。其中處于使用狀的星載SAR系統(tǒng)共有5個。而處于使用狀態(tài)的機載SAR系統(tǒng)有23個合供了極為有效的新途徑可以獲得包括地面高度信息在內的三維高分辨圖像。多極化，多波段，多工作模式實現(xiàn)合成孔徑原理，需要復雜的信號處理過程和設備國國外發(fā)展及現(xiàn)合成孔發(fā)史及現(xiàn)我國及現(xiàn)合成孔徑發(fā)展史及現(xiàn)NASA的AirSAR系國外的發(fā)展天注計合成孔徑。60年代中期孔徑和數(shù)字成像技術取號和80年代初發(fā)射的航天注計一些發(fā)達國家正在籌劃

Convair-580C/XSAR1空中SAR概1

衛(wèi)歐星空雷局統(tǒng)9.目 AR的發(fā)過程 在不斷提高可以相信，科學家們 為人類的需要服務國外的發(fā)展現(xiàn)國外各個國 發(fā)展現(xiàn)我國的發(fā)展目前，SAR發(fā)展水平的高低己經(jīng)成為衡量一個國家軍事力量與綜國力水平的標志之一，其發(fā)展受到各國越來越多的重視。根據(jù)我國的迫切需要和國際SAR技術發(fā)展趨勢，我國還安排了高分辨率機載SAR系統(tǒng)、部署SAR定標術、SAR 技術等一系列前沿課題和相關的應用研究70年代中期，中 空航天 合攻關，微波遙感器。主要應用于地質、農(nóng)業(yè)、海洋領究電子技公第14所，天607載SAR的成以及信號處理方面的研究。1976年開始了SAR1979年電子所成功地研制出機載SAR模樣機，并獲得我國第一幅合成孔徑1986年進而實現(xiàn)了機載SAR1990年成功研制出“機載SAR2000年成功研制出2.5米分辨率機載SAR我國的發(fā)展現(xiàn)國內在SAR研究方面也取得了很好的成績。中國電子學1979研制成功機載合成孔徑側視樣機，并在陜西武功地區(qū)進行飛行試驗取得了清的山地、平原、河流及橋梁的圖像。之孔徑側視系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括機載合成863SAR科技第14，電子科技第3于軍事偵察具有很重要的意義，同時以無人機為運載臺的SAR系統(tǒng)也 制。前我國機載合成孔徑向實用化、、標準化方向發(fā)展用合成孔的用合成孔徑的應在航空方面，合成孔徑的分辨率可達到1米以內。航天器上的合成孔徑因作用距離遠,為獲得高分辨率，技術較為復雜。1972年發(fā)射的“阿”17號飛船、1978年發(fā)射的“海洋”和1981年發(fā)射的“哥倫比亞”號航天飛機上都裝有合成孔徑。合成孔徑主要用于航空測量、航空遙感、海洋觀測、航天偵察、圖像匹配制導等。它能發(fā)現(xiàn)隱蔽和的目標，如識別的發(fā)射井、識別云霧籠罩地區(qū)的地面目標等。在圖像匹配制導中，采用合成孔徑攝圖，能使導彈隱蔽和的目標。合成孔徑還用于深空探測，例如用合成孔徑探測月球、金星的地質結構。供有關軍事集結的信息。金星表面圖像，由麥倫號合成孔徑拍

微型合成孔徑探測月球極地幾米的陰暗區(qū)域是否存改進型“山貓”合成孔徑進行試通用原子航空系統(tǒng)（GA-ASI）公司已經(jīng)在第1批次的MQ-1C“天空（SkyWarrior）無人機上試飛了改進型“山貓”（Lynx）合成孔徑（SAR）歐宇北冰洋海冰覆蓋面2005年至 ENVISAT上的先進合成孔徑(ASAR)傳回的北冰洋像的合成 了海冰三的變遷空中電子：圖-154MD裝合成孔徑我國圖-154MD上的合成孔徑的資料是的。該系統(tǒng)將采波段多極化、高分辨率及SAR等三個方案中的一個，中國航天科工公司二院23所研制第一部機載C波段合孔徑(簡稱CSAR)雷電院展出SAR/GMTI機Falcon100型SR/MTI機載是高性能合成孔徑，可裝備有人機或無人機，用于全天候/全天時條件下的空-地偵察監(jiān)視、環(huán)境監(jiān)測、評估等。1》民用領體的用途而定。通常民用距離和方位二維分辨力10m10m可。二維區(qū)域性(例如數(shù)十萬平方公里)大面積小比例尺寸全貌水文學應用(例災區(qū)實時成像)農(nóng)作物監(jiān)測和森林監(jiān)降雨量估計土壤含水量估計和冬季積雪面積大城市及其四周城鎮(zhèn)的規(guī)劃布對地面巖石分析，可初步估計是否有石油或其它礦產(chǎn)資源能對考古作貢獻，例如古城市遺跡、故道等對海洋中船只監(jiān)測和海難救高緯度地區(qū)海洋中的冰層流動，并判定新生成易破冰層。為更準確滿上列某些要求，現(xiàn)代機載合成孔徑 均采用多頻段多極化的 。2》領合成孔徑在軍事領域應用廣泛，各類星載和機載合成孔徑成監(jiān)視、偵察的中堅力量。合成孔徑要求的分辨力高，帶條成像1.0m×1.0m，聚束成像0.3m×0.3m二維成像的主要領域有(1)探測敵方縱深軍經(jīng)過或飛機轟炸敵方軍事設施后評估敵方損失從地雜波中發(fā)現(xiàn)敵方運動目標聚束聚束合成徑化式合成孔徑的發(fā)展趨SAR技術正朝著能夠為人們提供更廣、更SAR技術發(fā)展的趨勢主要有：高分辨率和分辨率成像；多波段，多極化，可變視角和多模式；能夠產(chǎn)生目標三維圖像的SAR；動目標成像；實SAR成像處理器。其中追求更高分辨率成像是SAR技術發(fā)展的。2000年2月，奮進號航大飛機順利地實現(xiàn)了全球范圍內的高小的前發(fā)家籌劃和研制新的可長期進行觀測的各種技術先進的空間。如ASARSAR；下一個計劃是發(fā)Sir一D，它將是多頻段(可能有4個)、多像，目在“者”的研究縱觀國外空間SAR的發(fā)展過程，隨著需求的擴增和科學技術的展，合成孔徑技術主要向以下幾個方向發(fā)展SAR將越來越多地使用多頻段、多極化、可變視角和源著可的薄線發(fā)展；未來的星載SAR將進一步向著分辨率和多模式工作方向發(fā)展式合成孔徑技術將獲得進一步的發(fā)展動目標檢測與動目標成像技術將取得新的突星載SAR的小型化技術和星座對地觀測技術將受到更大的重視實時信號處理和先進的成像技 SAR和無人機SAR等聚束聚束式工作模式,是指在SAR飛行過程中，通過調整天線波束的指向波束始終“聚焦”照射在同一目標區(qū)域由于實行了“聚束 為A辨系1小型隨著戰(zhàn)場環(huán)境的變化，大逐步出一些明顯的弊端，主要體現(xiàn)于造價高昂、不便、應急發(fā)射、戰(zhàn)術保障和快速反應能力有限等 路和固態(tài)電子器件降低了電子設備的重量和體積，以可展開折疊網(wǎng)狀天線技術和輕型天線技術為主的輕型天線技術發(fā)展大大降低了天線的重量，大幅度降低了有效載荷的重量，從而降低了整體和需帶的重量；另一方面高效率能技術和電池技術的發(fā)展也相對降低了能源系統(tǒng)的重量，小系統(tǒng)及其組網(wǎng)技術的發(fā)展改變了的工作及使用模式，縮短了系統(tǒng)有效載荷的工作時間，從而也減小了對能源系統(tǒng)的要求，進一步降低了的重量和體積。與大相比，小的戰(zhàn)場生存能力和快速反應能力要強得多，并已經(jīng)發(fā)揮了一些作多功能、多模l978年發(fā)射的載SAR洋(Seasat—A)L射角，單一HH極化，現(xiàn)在在軌或正研制的SAR(或其他航天平臺的SAR)SARSAR正向著多模式、多頻、多極化和可變視角波束，并具有地面運動目標顯示和地面高(scanSAR)和聚束(spotlight3種工作模式。掃描scanSAR)。工作模式要求波束在距離向的快速掃描，一般采用電掃描的方式。通過改變收發(fā)的極化方式，可獲HHVVHVVH(HVTerra—SARXL2個頻段，L頻段的性強。天基星載合成孔徑可通過像對方式或SAR(InSAR應合成徑的原合成孔徑的原成 的側 面的一條帶 個圖 波束 要有 出現(xiàn)時遙感平臺向前飛行，天線發(fā)射和接收脈沖交替進行；在時間反射回波。反射回波的信號記錄一條圖象掃描線。返回多普勒效我們假設某一聲源發(fā)出的聲波頻率為f，波長為λ，它們與聲波度v的關系 波源以速度vs接近 SS'vsT

f

波源運動速度vs背離觀察波長和頻率分別

SBSBSS

vvsv

到的一個事

f'

f

f" fs v源相對觀察者運vsf'

聲波的速度是不變

'觀察者以運動速度vo接近波 相當于聲波速度變?yōu)関+vo，而波長不變f'

v實

的一個觀察者以運動速度vs遠離波f'

觀察者相對波源運動時v聲波的波長是不變的波源、觀察者均相對于媒質運波源以速度vs、觀察者以速度vo互相接相當于聲波速度變?yōu)関+vo，則可得到接收到的頻率表f'

v

結果為前兩種情況的結只要波源與接收裝置之間存在著相對運動，接收到的頻率就不同于發(fā)射的頻率。兩者之間的距離縮短時，接收頻率高于發(fā)射頻率，反之，接收頻率低于發(fā)射頻率這就是多普勒效（Dopplereffect）。在聲波領域發(fā)現(xiàn)了多普勒效應以后，經(jīng)過幾十年的研究，1938年科學家證明了在電磁波領域內同樣存在多普勒效應。目前，利用多普勒效應研制出的導航、測距、、和氣象觀測等 系統(tǒng)已得到了廣泛的應用。合成孔徑原多普勒效應在合成孔徑上的應點發(fā)射電磁波頻率為f0，與被觀點之間存在相對運動，相對速度w’等于速w在波束方向上的投影w'w被觀測點所接收的電磁波頻率f’f'

cw 到達被觀測點的電磁波以頻率f’散射，一部分被接收。由于相對運動，此時被觀測點成為波源。接收到的回波頻率f為

波束指向前下方fcw

f'

cw'

f cw

波束指向后下方f方位分辨f

cw'f

2w

2w cw

cw

又w′/c2w'

2w'

2w 多普勒頻率的微分

若以δΩ表示多普勒頻率的分辨率，δψ表示方位

勒頻率的分辨率|δΩ|可以通過采樣時間長度tS近似地表示

XD ：整個采樣時間ts 移動距

2XD

合成孔徑的方位分辨率 x

r 2XD 的孔徑尺度D與2XDsinψ距離分辨S：SC：與探測點之間的距AB：距離分辨率，用δy根據(jù)直角三角形各邊的關系，δyEB

AB

為了分辨A點和B點，從這兩點返回的電磁波束不能合，這就要求EB的長度大于或等于脈沖寬度的一半線段EB和脈沖持續(xù)時間τ的關系為2

y

2sinτ成正比，與入射角θ成反比:脈沖持續(xù)時間越短，距離分辨率越高；反之越低合成孔徑是一種高分辨率成像,所謂高分辨率包括距離向分辨率"SAR采用綜合孔徑原理提高的角分辨率;小沿線不動,在移動中每個位置上發(fā)射一個信號,天線接收相應發(fā)射位置的回波信號存, 時必須同時保存接收信號的振幅和相位。當天線移動一段距離L, 的信號與長度L的天線陣列諸單元所接收的信號非常相似,對地實像.這,利用多普勒頻移現(xiàn)象/合成一個更大的孔徑,達到/增加天線長度的效,提高 圖像的位向(沿 飛行方向)分辨率。合成孔徑 通過飛行平臺的向前運動實被 發(fā)電照，散磁波會包含地物對電磁波的后向散射特性，地物目標對電磁波的散射可以以一果 的固則只集一小部分從地物反射過來的信號（后向散射但是如果天線是快速運動的，則向磁號樣的量會大大增加。這樣利用一個小天線的連續(xù)移動來獲取一個虛擬的大孔徑天線從而獲得與實際大孔徑天線同樣的效果 合成孔徑通過飛行平臺的向前運動實現(xiàn)合成孔徑的目的。當目標被發(fā)射的電磁波照射