本系列主要介紹合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像的關(guān)鍵技術(shù)，幫助入門(mén)者更好的理解雷達(dá)成像原理及算法。

（1）雷達(dá)原理

雷達(dá)的英文式 Radar ，源于 Radio Detection and Ranging 的縮寫(xiě)，意思是“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”。顧名思義初始雷達(dá)是為了探測(cè)目標(biāo)距離和目標(biāo)角度的。如下圖所示，雷達(dá)自身發(fā)射電磁波在空氣中向前傳播，電磁波遇到目標(biāo)后會(huì)將電磁波散射到各個(gè)方向中，目標(biāo)反射的電磁波部分能量被雷達(dá)接收，雷達(dá)接收機(jī)將接收的微弱信號(hào)放大，進(jìn)行信號(hào)處理后獲取所需的目標(biāo)信息（包括目標(biāo)距離和角度）。

雷達(dá)發(fā)射信號(hào)和接收回波如下圖所示，

在最簡(jiǎn)單的雷達(dá)測(cè)距中，目標(biāo)的距離表示為

其中是雷達(dá)接收信號(hào)時(shí)間和發(fā)射信號(hào)時(shí)間的差值。分子上的2表示電磁波信號(hào)的雙程路徑。測(cè)距的分辨率為：.為脈沖持續(xù)時(shí)間。

電磁波的多普勒效應(yīng)是雷達(dá)測(cè)速的基礎(chǔ)，也是合成孔徑雷達(dá)成像依據(jù)。

由于目標(biāo)和雷達(dá)的相對(duì)移動(dòng)，雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)反射回波信號(hào)的頻率不同。兩者的頻率差稱(chēng)為多普勒頻移?？梢酝ㄟ^(guò)多普勒頻率計(jì)算出目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的速度：

?

（2）合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像原理

在常規(guī)的雷達(dá)使用中，每發(fā)射一個(gè)脈沖雷達(dá)接收機(jī)就獲得一個(gè)一維采樣的回波信號(hào)，然后對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理獲得目標(biāo)信息。為了獲得足夠的目標(biāo)能力，也可做相關(guān)積累。但是圖像是一個(gè)二維的矩陣。要想使用雷達(dá)獲得目標(biāo)的二維圖像就必須要有二維的回波信號(hào)，二維的回波信號(hào)可以通過(guò)排列每個(gè)脈沖回波得到。但是這種二維的回波信號(hào)不一定在二維上都是有用信息。在雷達(dá)信號(hào)中的有用信息就是發(fā)射電磁波的頻率。在單個(gè)脈沖中通常發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)方便做匹配濾波形成高分辨一維像，那么在排列起來(lái)的二維信號(hào)中也希望有一個(gè)脈間的調(diào)頻信號(hào)，這個(gè)脈間的調(diào)頻信號(hào)就是多普勒調(diào)頻信號(hào)。因此合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像的基礎(chǔ)是目標(biāo)與雷達(dá)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲得包含兩個(gè)維度的具有線性調(diào)頻信號(hào)性質(zhì)的回波。如下圖所示：

?（3）合成孔徑雷達(dá)（SAR）工作模式

合成孔徑雷達(dá)按照波束照射方式分為：條帶式(Stripmap)、聚束式(Spotlight)、滑動(dòng)聚束式（Sliding Spotlight）和掃描式(ScanSAR)。

條帶SAR：波束與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)相對(duì)不變，波束以平臺(tái)運(yùn)動(dòng)速度照射成像區(qū)域。

聚束SAR：平臺(tái)飛行過(guò)程中通過(guò)控制雷達(dá)波束照射成像場(chǎng)景同一位置，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景凝視成像。

滑動(dòng)聚束SAR:介于條帶和聚束SAR中間的一種成像模式，地面波束與運(yùn)動(dòng)平臺(tái)速度不同，并實(shí)現(xiàn)一定程度的凝視效果。

掃描SAR：通過(guò)控制波束速度（一般比平臺(tái)速度大），實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景不同區(qū)域的快速成像。

雖然不同的成像模式獲取的SAR圖像分辨率有所不同，但是相對(duì)于信號(hào)處理機(jī)來(lái)說(shuō)，信號(hào)處理方式差別不大。

（4）SAR的距離向和方位向

SAR成像不同于傳統(tǒng)的光學(xué)CCD成像，一次性形成二維圖像。SAR成像的二維是分開(kāi)的，分為距離向和方位向（就二維成像而言，SAR層析成像的三維性后續(xù)再講）。因此SAR成像主要包含兩個(gè)步驟：距離向聚焦與方位向聚焦。

?如上圖，一般認(rèn)為，距離向?yàn)槔走_(dá)的視線方向，方位向?yàn)槔走_(dá)的前進(jìn)方向。

由于SAR成像是目標(biāo)RCS回波能量的量化顯示，因此SAR圖像為灰度圖像，有時(shí)為了方便辨認(rèn)目標(biāo)，也有認(rèn)為添加的偽彩色圖像。

（5）SAR圖像的分辨率

SAR的成像分辨率表示的是能夠區(qū)分兩個(gè)相鄰目標(biāo)的能力，而不是所謂的量化后的像素間隔。

SAR圖像的距離向分辨能力與探測(cè)雷達(dá)一致，本質(zhì)上都是對(duì)發(fā)射信號(hào)進(jìn)行匹配濾波獲得的。因此距離向分辨率表示為：

c表示光速，Br為發(fā)射的線性調(diào)頻信號(hào)帶寬。

SAR圖像的方位分辨率是依靠多普勒帶寬換來(lái)的。“合成孔徑”實(shí)質(zhì)上是合成的方位信號(hào)多普勒帶寬。方位向的分辨率表示為：

D表示天線長(zhǎng)度。因此方位分辨率與實(shí)際天線長(zhǎng)度有關(guān)，而與目標(biāo)的距離遠(yuǎn)近無(wú)關(guān)。關(guān)于方位向分別率的詳細(xì)推導(dǎo)將在后續(xù)文中提到。文章來(lái)源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-431650.html

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