合成孔径雷达发展历史

合成孔径简微波的概微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简111“频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。波段代标称波长频率波长波段代标称波长频率波长波长范围L1-30-SCXK27-1.11-U40-0.75-V60-0.5-W80-0.375-

围在300MHzHz主要用于、（a)

范围在30GHz300GHz用于通讯合成孔径的概径(SyntheticApertureRadar,SAR)时的现代高分辨率微波成像。它是二十世纪高新科技的产物，是利用合成孔径原理、脉冲压缩技术和信号处理方法，以真实的小孔径天线获得距离和方位向双向高分辨率遥感成像的系统，在成像中占有绝对重要的地位。近年来由于超大规模数字集成电路的发展、高速数字SAR具备全天候、全天时工作和实时处理信号的能力。它在不同频段、不同极化下可得到目标的高分辨率图像，由于其具有克服云、雾、雨、雪的限制对地面目标成像，众多领域，有着广泛的应用前景和发展潜力。国内外越来越多的科技研究者已投身于这一领域的研究。究真径系统(RealApertureRadar。真实孔径成像系统及处理设备相对较为简单，但所以要想用真实孔径系统获得较高的分辨率，就需要较长的天线。但是所采用天线的长短往往又受制于系统被载平台大小的限制，不可能为了提高分辨率无休止地增加天线长度。幸运地是，随着成像理论，天线设计理论、信号处理、计算机软件和硬件体系的不断完善和发展径(SyntheticApertureRadar)的概念被提出来。合成孔径系统的成像原理简单来说就是利用目标与的相对运动的回波时间采样序列去取代由阵列天线所获取的波前空间采样集合。并被成像。利用目标－相对运动形成的轨迹来构成一个合成孔径以说，其方位分辨率与波长和斜距无关，是成像技术的一个飞跃，因而具有巨大的，特别是对于军事和地理遥感的应用更是如此。因此，合成孔径(SAR)已经成为成像技术的主流方向。合成孔径的分一般情况下合成孔径根据载体的不同，可分为星载SAR，机载SAR和SARSAR斜视和前视SAR条带式(StripmapSAR)(SpotlightSAR(ScanSAR们在技术上各具特点，应用上相辅相成。目前世界上能够使用的星载和机载SAR系统共有28个。其中处于使用状的星载SAR系统共有5个。而处于使用状态的机载SAR系统有23个合供了极为有效的新途径可以获得包括地面高度信息在内的三维高分辨图像。多极化，多波段，多工作模式实现合成孔径原理，需要复杂的信号处理过程和设备国国外发展及现合成孔发史及现我国及现合成孔径发展史及现NASA的AirSAR系国外的发展天注计合成孔径。60年代中期孔径和数字成像技术取号和80年代初发射的航天注计一些发达国家正在筹划

Convair-580C/XSAR1空中SAR概1

卫欧星空雷局统9.目 AR的发过程 在不断提高可以相信，科学家们 为人类的需要服务国外的发展现国外各个国 发展现我国的发展目前，SAR发展水平的高低己经成为衡量一个国家军事力量与综国力水平的标志之一，其发展受到各国越来越多的重视。根据我国的迫切需要和国际SAR技术发展趋势，我国还安排了高分辨率机载SAR系统、部署SAR定标术、SAR 技术等一系列前沿课题和相关的应用研究70年代中期，中 空航天 合攻关，微波遥感器。主要应用于地质、农业、海洋领究电子技公第14所，天607载SAR的成以及信号处理方面的研究。1976年开始了SAR1979年电子所成功地研制出机载SAR模样机，并获得我国第一幅合成孔径1986年进而实现了机载SAR1990年成功研制出“机载SAR2000年成功研制出2.5米分辨率机载SAR我国的发展现国内在SAR研究方面也取得了很好的成绩。中国电子学1979研制成功机载合成孔径侧视样机，并在陕西武功地区进行飞行试验取得了清的山地、平原、河流及桥梁的图像。之孔径侧视系统。该系统包括机载合成863SAR科技第14，电子科技第3于军事侦察具有很重要的意义，同时以无人机为运载台的SAR系统也 制。前我国机载合成孔径向实用化、、标准化方向发展用合成孔的用合成孔径的应在航空方面，合成孔径的分辨率可达到1米以内。航天器上的合成孔径因作用距离远,为获得高分辨率，技术较为复杂。1972年发射的“阿”17号飞船、1978年发射的“海洋”和1981年发射的“哥伦比亚”号航天飞机上都装有合成孔径。合成孔径主要用于航空测量、航空遥感、海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等。它能发现隐蔽和的目标，如识别的发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。在图像匹配制导中，采用合成孔径摄图，能使导弹隐蔽和的目标。合成孔径还用于深空探测，例如用合成孔径探测月球、金星的地质结构。供有关军事集结的信息。金星表面图像，由麦伦号合成孔径拍

微型合成孔径探测月球极地几米的阴暗区域是否存改进型“山猫”合成孔径进行试通用原子航空系统（GA-ASI）公司已经在第1批次的MQ-1C“天空（SkyWarrior）无人机上试飞了改进型“山猫”（Lynx）合成孔径（SAR）欧宇北冰洋海冰覆盖面2005年至 ENVISAT上的先进合成孔径(ASAR)传回的北冰洋像的合成 了海冰三的变迁空中电子：图-154MD装合成孔径我国图-154MD上的合成孔径的资料是的。该系统将采波段多极化、高分辨率及SAR等三个方案中的一个，中国航天科工公司二院23所研制第一部机载C波段合孔径(简称CSAR)雷电院展出SAR/GMTI机Falcon100型SR/MTI机载是高性能合成孔径，可装备有人机或无人机，用于全天候/全天时条件下的空-地侦察监视、环境监测、评估等。1》民用领体的用途而定。通常民用距离和方位二维分辨力10m10m可。二维区域性(例如数十万平方公里)大面积小比例尺寸全貌水文学应用(例灾区实时成像)农作物监测和森林监降雨量估计土壤含水量估计和冬季积雪面积大城市及其四周城镇的规划布对地面岩石分析，可初步估计是否有石油或其它矿产资源能对考古作贡献，例如古城市遗迹、故道等对海洋中船只监测和海难救高纬度地区海洋中的冰层流动，并判定新生成易破冰层。为更准确满上列某些要求，现代机载合成孔径 均采用多频段多极化的 。2》领合成孔径在军事领域应用广泛，各类星载和机载合成孔径成监视、侦察的中坚力量。合成孔径要求的分辨力高，带条成像1.0m×1.0m，聚束成像0.3m×0.3m二维成像的主要领域有(1)探测敌方纵深军经过或飞机轰炸敌方军事设施后评估敌方损失从地杂波中发现敌方运动目标聚束聚束合成径化式合成孔径的发展趋SAR技术正朝着能够为人们提供更广、更SAR技术发展的趋势主要有：高分辨率和分辨率成像；多波段，多极化，可变视角和多模式；能够产生目标三维图像的SAR；动目标成像；实SAR成像处理器。其中追求更高分辨率成像是SAR技术发展的。2000年2月，奋进号航大飞机顺利地实现了全球范围内的高小的前发家筹划和研制新的可长期进行观测的各种技术先进的空间。如ASARSAR；下一个计划是发Sir一D，它将是多频段(可能有4个)、多像，目在“者”的研究纵观国外空间SAR的发展过程，随着需求的扩增和科学技术的展，合成孔径技术主要向以下几个方向发展SAR将越来越多地使用多频段、多极化、可变视角和源着可的薄线发展；未来的星载SAR将进一步向着分辨率和多模式工作方向发展式合成孔径技术将获得进一步的发展动目标检测与动目标成像技术将取得新的突星载SAR的小型化技术和星座对地观测技术将受到更大的重视实时信号处理和先进的成像技 SAR和无人机SAR等聚束聚束式工作模式,是指在SAR飞行过程中，通过调整天线波束的指向波束始终“聚焦”照射在同一目标区域由于实行了“聚束 为A辨系1小型随着战场环境的变化，大逐步出一些明显的弊端，主要体现于造价高昂、不便、应急发射、战术保障和快速反应能力有限等 路和固态电子器件降低了电子设备的重量和体积，以可展开折叠网状天线技术和轻型天线技术为主的轻型天线技术发展大大降低了天线的重量，大幅度降低了有效载荷的重量，从而降低了整体和需带的重量；另一方面高效率能技术和电池技术的发展也相对降低了能源系统的重量，小系统及其组网技术的发展改变了的工作及使用模式，缩短了系统有效载荷的工作时间，从而也减小了对能源系统的要求，进一步降低了的重量和体积。与大相比，小的战场生存能力和快速反应能力要强得多，并已经发挥了一些作多功能、多模l978年发射的载SAR洋(Seasat—A)L射角，单一HH极化，现在在轨或正研制的SAR(或其他航天平台的SAR)SARSAR正向着多模式、多频、多极化和可变视角波束，并具有地面运动目标显示和地面高(scanSAR)和聚束(spotlight3种工作模式。扫描scanSAR)。工作模式要求波束在距离向的快速扫描，一般采用电扫描的方式。通过改变收发的极化方式，可获HHVVHVVH(HVTerra—SARXL2个频段，L频段的性强。天基星载合成孔径可通过像对方式或SAR(InSAR应合成径的原合成孔径的原成 的侧 面的一条带 个图 波束 要有 出现时遥感平台向前飞行，天线发射和接收脉冲交替进行；在时间反射回波。反射回波的信号记录一条图象扫描线。返回多普勒效我们假设某一声源发出的声波频率为f，波长为λ，它们与声波度v的关系 波源以速度vs接近 SS'vsT

f

波源运动速度vs背离观察波长和频率分别

SBSBSS

vvsv

到的一个事

f'

f

f" fs v源相对观察者运vsf'

声波的速度是不变

'观察者以运动速度vo接近波 相当于声波速度变为v+vo，而波长不变f'

v实

的一个观察者以运动速度vs远离波f'

观察者相对波源运动时v声波的波长是不变的波源、观察者均相对于媒质运波源以速度vs、观察者以速度vo互相接相当于声波速度变为v+vo，则可得到接收到的频率表f'

v

结果为前两种情况的结只要波源与接收装置之间存在着相对运动，接收到的频率就不同于发射的频率。两者之间的距离缩短时，接收频率高于发射频率，反之，接收频率低于发射频率这就是多普勒效（Dopplereffect）。在声波领域发现了多普勒效应以后，经过几十年的研究，1938年科学家证明了在电磁波领域内同样存在多普勒效应。目前，利用多普勒效应研制出的导航、测距、、和气象观测等 系统已得到了广泛的应用。合成孔径原多普勒效应在合成孔径上的应点发射电磁波频率为f0，与被观点之间存在相对运动，相对速度w’等于速w在波束方向上的投影w'w被观测点所接收的电磁波频率f’f'

cw 到达被观测点的电磁波以频率f’散射，一部分被接收。由于相对运动，此时被观测点成为波源。接收到的回波频率f为

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 多普勒频率的微分

若以δΩ表示多普勒频率的分辨率，δψ表示方位

勒频率的分辨率|δΩ|可以通过采样时间长度tS近似地表示

XD ：整个采样时间ts 移动距

2XD

合成孔径的方位分辨率 x

r 2XD 的孔径尺度D与2XDsinψ距离分辨S：SC：与探测点之间的距AB：距离分辨率，用δy根据直角三角形各边的关系，δyEB

AB

为了分辨A点和B点，从这两点返回的电磁波束不能合，这就要求EB的长度大于或等于脉冲宽度的一半线段EB和脉冲持续时间τ的关系为2

y

2sinτ成正比，与入射角θ成反比:脉冲持续时间越短，距离分辨率越高；反之越低合成孔径是一种高分辨率成像,所谓高分辨率包括距离向分辨率"SAR采用综合孔径原理提高的角分辨率;小沿线不动,在移动中每个位置上发射一个信号,天线接收相应发射位置的回波信号存, 时必须同时保存接收信号的振幅和相位。当天线移动一段距离L, 的信号与长度L的天线阵列诸单元所接收的信号非常相似,对地实像.这,利用多普勒频移现象/合成一个更大的孔径,达到/增加天线长度的效,提高 图像的位向(沿 飞行方向)分辨率。合成孔径 通过飞行平台的向前运动实被 发电照，散磁波会包含地物对电磁波的后向散射特性，地物目标对电磁波的散射可以以一果 的固则只集一小部分从地物反射过来的信号（后向散射但是如果天线是快速运动的，则向磁号样的量会大大增加。这样利用一个小天线的连续移动来获取一个虚拟的大孔径天线从而获得与实际大孔径天线同样的效果 合成孔径通过飞行平台的向前运动实现合成孔径的目的。当目标被发射的电磁波照射