SAR的距離和方位分辨率
時間：2021-08-19 16:27:59
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[導(dǎo)讀]合成孔徑雷達因其距離向和方位向維度上清晰的分辨率而出名。距離向（或斜距）指的是雷達到成像目標(biāo)的視線距離。方位向（橫向距離，方位角或沿航跡）用于表示垂直于斜距或平行于雷達沿航跡軸的維度。在合成孔徑雷達應(yīng)用中，通過對發(fā)射信號使用足夠?qū)挼念l帶來獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達通常沿著直線路徑移...
合成孔徑雷達因其距離向和方位向維度上清晰的分辨率而出名。距離向（或斜距）指的是雷達到成像目標(biāo)的視線距離。方位向（橫向距離，方位角或沿航跡）用于表示垂直于斜距或平行于雷達沿航跡軸的維度。
在合成孔徑雷達應(yīng)用中，通過對發(fā)射信號使用足夠?qū)挼念l帶來獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達通常沿著直線路徑移動時，通過對不同方位測量的目標(biāo)電磁散射進行相干處理，以獲得良好的方位向分辨率。
隨著微波電子學(xué)的最新發(fā)展，合成孔徑雷達成像技術(shù)可以提供與光學(xué)成像系統(tǒng)分辨率相當(dāng)?shù)膱D像。事實上，合成孔徑雷達甚至可以做得更好，因為它可以日夜工作，也可以在多云、多霧、下雨和下雪的天氣條件下工作。
此外，與僅包含場景光反射的振幅信息的攝影圖像不同，合成孔徑雷達同時提供場景電磁反射的振幅和相位信息。這樣的信息對于提取場景的更多特征非常有價值。
干涉合成孔徑雷達是一種利用合成孔徑雷達信號內(nèi)部相位的最通用的合成孔徑雷達應(yīng)用。通過處理來自不同高度地形的反射信號的相位差，可以得到地形的第三維，即高度，從而構(gòu)建感興趣區(qū)域的三維干涉合成孔徑雷達圖像。
大家常使用“合成孔徑”一詞，是因為合成孔徑雷達背后的思想是通過收集小尺寸真實孔徑雷達來合成大孔徑雷達的效果(見圖1a)。這是通過沿假想孔徑軸移動小孔徑雷達來模擬更長的孔徑來實現(xiàn)的，如圖1b所示。
圖1 孔徑單天線(λ/D)。(b)N個天線的合成孔徑(λ/Dsa)
通常，雷達被放置在機載或星載平臺上，當(dāng)雷達平臺沿軌道移動時，在不同的時刻測量地面的電磁反射(見圖2)。對來自不同頻率和孔徑的照射區(qū)域的電磁回波進行相干處理，可以形成地形或場景的二維(2D)圖像。
圖2 雷達平臺正在移動并合成長實孔徑雷達的效果
合成孔徑雷達系統(tǒng)的距離處理與常規(guī)雷達相同。因此，合成孔徑雷達的距離分辨率與常規(guī)雷達的距離分辨率相同：其中，c是光速，B是頻率帶寬。因此，選擇足夠大的信號帶寬來獲得更好的分辨率。根據(jù)傅立葉理論，信號的頻率帶寬和時寬是成反比的。因此，在合成孔徑雷達中，要求每個脈沖的時寬非常短，以獲得足夠大頻率帶寬。另一方面，在非常短的脈沖中輸入大功率是不可行的。
由于發(fā)射功率只有一小部分散射回雷達，因此很難檢測到高于本底噪聲的接收信號。因此，為了能夠提高合成孔徑雷達的發(fā)射信號，通常在其中使用非常巧妙的信號波形，即線性調(diào)頻信號。線性調(diào)頻信號的瞬時頻率為：其中，f1是起始頻率，T0是脈沖持續(xù)時間。瞬時頻率中的 或者-分別決定信號是隨時間頻率上升還是下降的。
線性調(diào)頻信號具有這樣一種合適特性：它能夠提供具有更長脈沖持續(xù)時間的所需帶寬。例如，一個具有500MHz帶寬，1us脈寬的調(diào)頻脈沖具有30cm的距離分辨率，這對于典型合成孔徑雷達的應(yīng)用是有益的。在合成孔徑雷達系統(tǒng)中，通過沿直線路徑移動雷達天線，形成一個長度為Dsa的合成線形天線，可以獲得很好的方位向分辨率。如果使用單個天線，則方位向分辨率為：其中，λ是工作波長，D是天線孔徑。但是，通過沿合成長度為Dsa移動單個天線而形成的合成天線陣列，理論上我們期望的方位向分辨率為：發(fā)現(xiàn)有效合成孔徑大小是真是真實陣列的兩倍，因此，實際上等于：例如，如果對于一個合成孔徑大小為2km的合成孔徑雷達平臺，從10公里以外的目標(biāo)收集中心頻率為10GHz的散射電磁波，那么其方位向分辨率為30cm，優(yōu)于真實孔徑雷達的情況。
雷達通信電子戰(zhàn)
《永久鐵桿會員》及《全場通用》的用戶可以進入更新文件夾查看本文的WORD可編輯版，其中公式是由mathtype編輯過的，可修改使用。
在合成孔徑雷達應(yīng)用中，通過對發(fā)射信號使用足夠?qū)挼念l帶來獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達通常沿著直線路徑移動時，通過對不同方位測量的目標(biāo)電磁散射進行相干處理，以獲得良好的方位向分辨率。
隨著微波電子學(xué)的最新發(fā)展，合成孔徑雷達成像技術(shù)可以提供與光學(xué)成像系統(tǒng)分辨率相當(dāng)?shù)膱D像。事實上，合成孔徑雷達甚至可以做得更好，因為它可以日夜工作，也可以在多云、多霧、下雨和下雪的天氣條件下工作。
此外，與僅包含場景光反射的振幅信息的攝影圖像不同，合成孔徑雷達同時提供場景電磁反射的振幅和相位信息。這樣的信息對于提取場景的更多特征非常有價值。
干涉合成孔徑雷達是一種利用合成孔徑雷達信號內(nèi)部相位的最通用的合成孔徑雷達應(yīng)用。通過處理來自不同高度地形的反射信號的相位差，可以得到地形的第三維，即高度，從而構(gòu)建感興趣區(qū)域的三維干涉合成孔徑雷達圖像。
大家常使用“合成孔徑”一詞，是因為合成孔徑雷達背后的思想是通過收集小尺寸真實孔徑雷達來合成大孔徑雷達的效果(見圖1a)。這是通過沿假想孔徑軸移動小孔徑雷達來模擬更長的孔徑來實現(xiàn)的，如圖1b所示。
圖1 孔徑單天線(λ/D)。(b)N個天線的合成孔徑(λ/Dsa)
通常，雷達被放置在機載或星載平臺上，當(dāng)雷達平臺沿軌道移動時，在不同的時刻測量地面的電磁反射(見圖2)。對來自不同頻率和孔徑的照射區(qū)域的電磁回波進行相干處理，可以形成地形或場景的二維(2D)圖像。
圖2 雷達平臺正在移動并合成長實孔徑雷達的效果
合成孔徑雷達系統(tǒng)的距離處理與常規(guī)雷達相同。因此，合成孔徑雷達的距離分辨率與常規(guī)雷達的距離分辨率相同：其中，c是光速，B是頻率帶寬。因此，選擇足夠大的信號帶寬來獲得更好的分辨率。根據(jù)傅立葉理論，信號的頻率帶寬和時寬是成反比的。因此，在合成孔徑雷達中，要求每個脈沖的時寬非常短，以獲得足夠大頻率帶寬。另一方面，在非常短的脈沖中輸入大功率是不可行的。
由于發(fā)射功率只有一小部分散射回雷達，因此很難檢測到高于本底噪聲的接收信號。因此，為了能夠提高合成孔徑雷達的發(fā)射信號，通常在其中使用非常巧妙的信號波形，即線性調(diào)頻信號。線性調(diào)頻信號的瞬時頻率為：其中，f1是起始頻率，T0是脈沖持續(xù)時間。瞬時頻率中的 或者-分別決定信號是隨時間頻率上升還是下降的。
線性調(diào)頻信號具有這樣一種合適特性：它能夠提供具有更長脈沖持續(xù)時間的所需帶寬。例如，一個具有500MHz帶寬，1us脈寬的調(diào)頻脈沖具有30cm的距離分辨率，這對于典型合成孔徑雷達的應(yīng)用是有益的。在合成孔徑雷達系統(tǒng)中，通過沿直線路徑移動雷達天線，形成一個長度為Dsa的合成線形天線，可以獲得很好的方位向分辨率。如果使用單個天線，則方位向分辨率為：其中，λ是工作波長，D是天線孔徑。但是，通過沿合成長度為Dsa移動單個天線而形成的合成天線陣列，理論上我們期望的方位向分辨率為：發(fā)現(xiàn)有效合成孔徑大小是真是真實陣列的兩倍，因此，實際上等于：例如，如果對于一個合成孔徑大小為2km的合成孔徑雷達平臺，從10公里以外的目標(biāo)收集中心頻率為10GHz的散射電磁波，那么其方位向分辨率為30cm，優(yōu)于真實孔徑雷達的情況。
雷達通信電子戰(zhàn)
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