SAR的距離和方位分辨率
時(shí)間：2021-08-19 16:27:59
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[導(dǎo)讀]合成孔徑雷達(dá)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(dá)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(dá)沿航跡軸的維度。在合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)使用足夠?qū)挼念l帶來(lái)獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達(dá)通常沿著直線路徑移...
合成孔徑雷達(dá)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(dá)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(dá)沿航跡軸的維度。
在合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)使用足夠?qū)挼念l帶來(lái)獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達(dá)通常沿著直線路徑移動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)不同方位測(cè)量的目標(biāo)電磁散射進(jìn)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(dá)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(shí)上，合成孔徑雷達(dá)甚至可以做得更好，因?yàn)樗梢匀找构ぷ?，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(chǎng)景光反射的振幅信息的攝影圖像不同，合成孔徑雷達(dá)同時(shí)提供場(chǎng)景電磁反射的振幅和相位信息。這樣的信息對(duì)于提取場(chǎng)景的更多特征非常有價(jià)值。
干涉合成孔徑雷達(dá)是一種利用合成孔徑雷達(dá)信號(hào)內(nèi)部相位的最通用的合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用。通過(guò)處理來(lái)自不同高度地形的反射信號(hào)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(dá)圖像。
大家常使用“合成孔徑”一詞，是因?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)背后的思想是通過(guò)收集小尺寸真實(shí)孔徑雷達(dá)來(lái)合成大孔徑雷達(dá)的效果(見(jiàn)圖1a)。這是通過(guò)沿假想孔徑軸移動(dòng)小孔徑雷達(dá)來(lái)模擬更長(zhǎng)的孔徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1b所示。
圖1 孔徑單天線(λ/D)。(b)N個(gè)天線的合成孔徑(λ/Dsa)
通常，雷達(dá)被放置在機(jī)載或星載平臺(tái)上，當(dāng)雷達(dá)平臺(tái)沿軌道移動(dòng)時(shí)，在不同的時(shí)刻測(cè)量地面的電磁反射(見(jiàn)圖2)。對(duì)來(lái)自不同頻率和孔徑的照射區(qū)域的電磁回波進(jìn)行相干處理，可以形成地形或場(chǎng)景的二維(2D)圖像。
圖2 雷達(dá)平臺(tái)正在移動(dòng)并合成長(zhǎng)實(shí)孔徑雷達(dá)的效果
合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的距離處理與常規(guī)雷達(dá)相同。因此，合成孔徑雷達(dá)的距離分辨率與常規(guī)雷達(dá)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(hào)帶寬來(lái)獲得更好的分辨率。根據(jù)傅立葉理論，信號(hào)的頻率帶寬和時(shí)寬是成反比的。因此，在合成孔徑雷達(dá)中，要求每個(gè)脈沖的時(shí)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(dá)，因此很難檢測(cè)到高于本底噪聲的接收信號(hào)。因此，為了能夠提高合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，通常在其中使用非常巧妙的信號(hào)波形，即線性調(diào)頻信號(hào)。線性調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率為：其中，f1是起始頻率，T0是脈沖持續(xù)時(shí)間。瞬時(shí)頻率中的 或者-分別決定信號(hào)是隨時(shí)間頻率上升還是下降的。
線性調(diào)頻信號(hào)具有這樣一種合適特性：它能夠提供具有更長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間的所需帶寬。例如，一個(gè)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(duì)于典型合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用是有益的。在合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，通過(guò)沿直線路徑移動(dòng)雷達(dá)天線，形成一個(gè)長(zhǎng)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(gè)天線，則方位向分辨率為：其中，λ是工作波長(zhǎng)，D是天線孔徑。但是，通過(guò)沿合成長(zhǎng)度為Dsa移動(dòng)單個(gè)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(shí)陣列的兩倍，因此，實(shí)際上等于：例如，如果對(duì)于一個(gè)合成孔徑大小為2km的合成孔徑雷達(dá)平臺(tái)，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(shí)孔徑雷達(dá)的情況。
雷達(dá)通信電子戰(zhàn)
《永久鐵桿會(huì)員》及《全場(chǎng)通用》的用戶可以進(jìn)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(guò)的，可修改使用。
在合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用中，通過(guò)對(duì)發(fā)射信號(hào)使用足夠?qū)挼念l帶來(lái)獲得高距離分辨率。當(dāng)雷達(dá)通常沿著直線路徑移動(dòng)時(shí)，通過(guò)對(duì)不同方位測(cè)量的目標(biāo)電磁散射進(jìn)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(dá)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(shí)上，合成孔徑雷達(dá)甚至可以做得更好，因?yàn)樗梢匀找构ぷ?，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(chǎng)景光反射的振幅信息的攝影圖像不同，合成孔徑雷達(dá)同時(shí)提供場(chǎng)景電磁反射的振幅和相位信息。這樣的信息對(duì)于提取場(chǎng)景的更多特征非常有價(jià)值。
干涉合成孔徑雷達(dá)是一種利用合成孔徑雷達(dá)信號(hào)內(nèi)部相位的最通用的合成孔徑雷達(dá)應(yīng)用。通過(guò)處理來(lái)自不同高度地形的反射信號(hào)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(dá)圖像。
大家常使用“合成孔徑”一詞，是因?yàn)楹铣煽讖嚼走_(dá)背后的思想是通過(guò)收集小尺寸真實(shí)孔徑雷達(dá)來(lái)合成大孔徑雷達(dá)的效果(見(jiàn)圖1a)。這是通過(guò)沿假想孔徑軸移動(dòng)小孔徑雷達(dá)來(lái)模擬更長(zhǎng)的孔徑來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖1b所示。
圖1 孔徑單天線(λ/D)。(b)N個(gè)天線的合成孔徑(λ/Dsa)
通常，雷達(dá)被放置在機(jī)載或星載平臺(tái)上，當(dāng)雷達(dá)平臺(tái)沿軌道移動(dòng)時(shí)，在不同的時(shí)刻測(cè)量地面的電磁反射(見(jiàn)圖2)。對(duì)來(lái)自不同頻率和孔徑的照射區(qū)域的電磁回波進(jìn)行相干處理，可以形成地形或場(chǎng)景的二維(2D)圖像。
圖2 雷達(dá)平臺(tái)正在移動(dòng)并合成長(zhǎng)實(shí)孔徑雷達(dá)的效果
合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)的距離處理與常規(guī)雷達(dá)相同。因此，合成孔徑雷達(dá)的距離分辨率與常規(guī)雷達(dá)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(hào)帶寬來(lái)獲得更好的分辨率。根據(jù)傅立葉理論，信號(hào)的頻率帶寬和時(shí)寬是成反比的。因此，在合成孔徑雷達(dá)中，要求每個(gè)脈沖的時(shí)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(dá)，因此很難檢測(cè)到高于本底噪聲的接收信號(hào)。因此，為了能夠提高合成孔徑雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)，通常在其中使用非常巧妙的信號(hào)波形，即線性調(diào)頻信號(hào)。線性調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率為：其中，f1是起始頻率，T0是脈沖持續(xù)時(shí)間。瞬時(shí)頻率中的 或者-分別決定信號(hào)是隨時(shí)間頻率上升還是下降的。
線性調(diào)頻信號(hào)具有這樣一種合適特性：它能夠提供具有更長(zhǎng)脈沖持續(xù)時(shí)間的所需帶寬。例如，一個(gè)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(duì)于典型合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用是有益的。在合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，通過(guò)沿直線路徑移動(dòng)雷達(dá)天線，形成一個(gè)長(zhǎng)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(gè)天線，則方位向分辨率為：其中，λ是工作波長(zhǎng)，D是天線孔徑。但是，通過(guò)沿合成長(zhǎng)度為Dsa移動(dòng)單個(gè)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(shí)陣列的兩倍，因此，實(shí)際上等于：例如，如果對(duì)于一個(gè)合成孔徑大小為2km的合成孔徑雷達(dá)平臺(tái)，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(shí)孔徑雷達(dá)的情況。
雷達(dá)通信電子戰(zhàn)
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