《合成孔径雷达》PPT课件.ppt

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1、合成孔径雷达合成孔径雷达1.多普勒效多普勒效应2.方位分辨率方位分辨率3.距离分辨率距离分辨率合成孔径合成孔径？观测目标观测目标天线孔径天线孔径合成孔径雷达长度合成孔径雷达长度天线天线孔径观测范围孔径观测范围合成孔径雷达观测示意图合成孔径雷达观测示意图地距地距合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率距离分辨率距离分辨率：由脉冲持续时间由脉冲持续时间或者等价或者等价的的脉冲宽度确定脉冲宽度确定是入射角，是入射角，c是电磁波传是电磁波传播速度，播速度，c=r是雷达的是雷达的脉冲宽度脉冲宽度对于真实孔径和合成孔径雷达来对于真实孔径和合成孔径雷达来说，两者的说，两者

2、的距离分辨率距离分辨率是一样的。是一样的。方位分辨率方位分辨率：由多普勒效应产生由多普勒效应产生XD 是卫星在整个采样时间内移动的距离，是卫星在整个采样时间内移动的距离，是雷达发射的是雷达发射的电磁波波长，电磁波波长，r是是从卫星到探测点的距离（斜距），从卫星到探测点的距离（斜距），是方是方位角（雷达波束与卫星飞行方向间的夹角）。位角（雷达波束与卫星飞行方向间的夹角）。真实孔径雷达（侧视雷达）的真实孔径雷达（侧视雷达）的方位分辨率方位分辨率：雷达发射的雷达发射的电磁波波长电磁波波长r：从卫星到探测点的距离（斜距）从卫星到探测点的距离（斜距）D：真实孔径雷达的孔径长度：真实孔径雷达的孔径长度D与

3、与2 XDsin 具有相同的作用具有相同的作用 对于卫星高度为对于卫星高度为750km，微波波长为，微波波长为5cm（C波段）的波段）的真实孔径雷达，实现真实孔径雷达，实现100m星下点方位分辨率所需的孔径星下点方位分辨率所需的孔径长度为长度为375m；L波段（波段（23.5cm）则为）则为1.8km！合成孔径雷达使用较小孔径通过多普勒频移合成技术实现合成孔径雷达使用较小孔径通过多普勒频移合成技术实现十米量级的高分辨率。十米量级的高分辨率。多普勒效应简介多普勒效应简介当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源发出的频率会产生差别，这当波源和观察者有相对运动时，观察者接收到的频率和波源

4、发出的频率会产生差别，这种现象叫多普勒效应。种现象叫多普勒效应。两者相互接近时，观察者接收到的频率升高；两者相互远离时，观察者接收到的频率降两者相互接近时，观察者接收到的频率升高；两者相互远离时，观察者接收到的频率降低。低。1842 1842年奥地利物理学家多普勒年奥地利物理学家多普勒 某一某一波波源发出的声波频率为源发出的声波频率为 f f，波长为，波长为 ；声波传播速度；声波传播速度 v v多普勒效应三种情况多普勒效应三种情况1.观察者静止，波源相对于观察者静止，波源相对于媒质运动媒质运动波源以速度波源以速度vs接近观察者接近观察者经过时间T（波周期）：B点接收到的声波波长为频率为波源运动

5、速度波源运动速度vs背离观察者背离观察者波长和频率分别为波长和频率分别为 2.波源静止，观察者相对于媒质运动波源静止，观察者相对于媒质运动观察者以运动速度观察者以运动速度vo接近波源接近波源相当于声波传播速度变为 v+vo，而波长波长不变则可获得接收到的频率表达式：观察者以运动速度观察者以运动速度 vs 远离波源远离波源SB3.波源波源、观察者观察者均均相对于媒质运动相对于媒质运动波源以速度波源以速度 vsvs、观察者以速度、观察者以速度 vo vo 互相接近互相接近.相当于声波传播速度变为 v+vo，则可得到接收到的频率表达式：多普勒效应与合成孔径雷达多普勒效应与合成孔径雷达 雷达发射电磁波

6、雷达发射电磁波频率为频率为 f0，卫星与被观测点之间存在相对，卫星与被观测点之间存在相对运动，相对速度运动，相对速度 w等于卫星速度矢量等于卫星速度矢量 w 在波束方向上的投影：在波束方向上的投影：被观测点所接收的电磁波频率被观测点所接收的电磁波频率f 为为到达被观测点的电磁波以频率到达被观测点的电磁波以频率 f 散射，一部分被雷达接收。由于散射，一部分被雷达接收。由于相对运动，此时被观测点成为波源。雷达接收到的回波频率相对运动，此时被观测点成为波源。雷达接收到的回波频率 f 为为波束指向波束指向卫星前下方：星前下方：波束指向波束指向卫星后下方：星后下方：方位分辨率推导方位分辨率推导多普勒频率

7、：由相对运动引起的接收频率和发射多普勒频率：由相对运动引起的接收频率和发射频率之间的频率之间的“差频差频”多普勒频率多普勒频率的微分的微分：若以若以 表示多普勒频率表示多普勒频率的分辨率，的分辨率，表示方位角表示方位角分辨率分辨率 根据离散数据的谱估计理论可知，频率分辨率由根据离散数据的谱估计理论可知，频率分辨率由采样长度决定，等于采样长度的倒数。因此，多普采样长度决定，等于采样长度的倒数。因此，多普勒频率的分辨率勒频率的分辨率|可以通过采样时间长度可以通过采样时间长度 tS 近似近似地表示为地表示为：整个采样时间：整个采样时间 t ts s 内卫星移动距离内卫星移动距离方位方向SAR飞行方向

8、距离方向r合成孔径雷达的方位分辨率：合成孔径雷达的方位分辨率：真实孔径雷达的孔径尺度真实孔径雷达的孔径尺度 D 与与 2 XDsin 具有相同的作用，具有相同的作用，等同于通过等同于通过合成孔径技术合成孔径技术取得了一个比较大的天线孔径取得了一个比较大的天线孔径。距离分辨率推导距离分辨率推导S：卫星：卫星：入射角：入射角SC：卫星与探测点之间的距离：卫星与探测点之间的距离AB：距离分辨率，用：距离分辨率，用y表示表示 线段线段EB和脉冲持续时间和脉冲持续时间的关系为的关系为根据直角三角形各边的关系，根据直角三角形各边的关系，y与线段与线段EB有关，有关，为了为了分辨分辨A点点和和B点点，从这两点返回的电磁波束不能重从这两点返回的电磁波束不能重合，这就要求合，这就要求EB的的长度长度大大于或等于脉冲宽度于或等于脉冲宽度的一半。的一半。距离分辨率与距离分辨率与脉冲持续时间脉冲持续时间成正比，与入射角成正比，与入射角成反比成反比:脉冲持续时间越短，距离分辨率越高；反之越低脉冲持续时间越短，距离分辨率越高；反之越低入射角越大，距离分辨率越高；反之越低。入射角越大，距离分辨率越高；反之越低。利用技术：脉冲压缩技术利用技术：脉冲压缩技术谢谢！谢谢！