遥感技术基础侧视雷达成像原理.pptx
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1、 一、一、为什么需要雷达成像?为什么需要雷达成像?被动遥感(可见光、红外)在晴朗的白天使用第1页/共52页云团可见光图像云团可见光图像第2页/共52页云团可见光图像云团可见光图像第3页/共52页雷达是最常用的成像型、主动式微波传感器(也称雷达是最常用的成像型、主动式微波传感器(也称“成像雷达成像雷达”)主动遥感(雷达成像)在夜晚、阴雨天优势明显被动遥感(可见光、红外)在晴朗的白天使用第4页/共52页微波具有穿透云、雨等能力雷达的主动探测原理(全天候、全天时)第5页/共52页电磁波谱的微波波段及应用场合P:很少用L:波浪S:地质C:土壤、水分X:降雨KU:风、冰K:植被KA:雪第6页/共52页
2、二、雷达是什么?二、雷达是什么?主动型、微波遥感设备全天候、全天时的遥感装置 雷达是英文RadarRadar的音译,源于Radio Radio Detection and RangingDetection and Ranging的缩写,原意是无线电探测和测距。即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。因此雷达也称为无线电定位。随着雷达技术的发展,雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角,而且还包括测量目标的速度,以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。第7页/共52页发展历史mid 1800s James Clerk Maxwell first defined the essential
3、 characteristics of microwaves in 1886,Heinrich R.Hertz discovered that microwaves could be reflected from various targets 1900 Guglielmo M.Marconi devised a practical antenna for transmitting&receiving radio signals1922 A.H.Taylor&L.C.Young(U.S.Navy)discovered the potential of radio signals for det
4、ecting the presence of large objects at a distance第8页/共52页发展历史1935 Sir Robert Watson-Watt(U.K.)devised the first instrument which integrated the transmitter and receiver on the same antenna using a pulsed signal-the first radar 1950s development of experimental synthetic aperture radars(SARs)for mil
5、itary purposes using airborne platforms 1960s imaging radar was slowly declassified from the military and developed for terrain and natural resource surveys 1970s spaceborne SARs 第9页/共52页三、雷达的一般结构和成像过程三、雷达的一般结构和成像过程天线发射器转换开关接收机显示器目标R噪噪 声声信号 处理机发射的电磁波接收的电磁波雷达的一般结构第10页/共52页二维成像过程二维成像过程天线飞行方向(方位向)侧视方向(
6、距离向)发射脉冲波束距离向(距离向(Range dimension):):近距离先收集;近距离先收集;远距离后收集。远距离后收集。方位向方位向(Azimuth dimension):随平台移动成像。随平台移动成像。第11页/共52页雷达发射机的主要质量指标1、工作频率或波段;2、输出功率;3、总效率;发射机的总效率是指发射机的输出 功率与它的输入总功率之比;4、信号的稳定度或频谱纯度;5、信号形式(调制形式)。第12页/共52页辐射量的确定:接收机的回波接收机接收的雷达回波含有多种信接收机接收的雷达回波含有多种信息:目标与雷达的方位、距离,雷息:目标与雷达的方位、距离,雷达与目标的相对速度、目
7、标的反射达与目标的相对速度、目标的反射特性。特性。距离距离回波回波功率功率第13页/共52页距离方向CRT接收机天线方位方向波束宽度脉冲宽度时间反射强度四、真实孔径侧视雷达四、真实孔径侧视雷达Real Aperture Side-looking Radar(RAR)方位向:平台行进方向方位向:平台行进方向距离向:平台侧向距离向:平台侧向第14页/共52页1、成像过程收集顺序:近距离先收集,远距离后收集回波强弱(色调):(1)金属硬目标强,(2)反射面方向向天线强 (3)平滑镜面反射回波弱 (4)反射面性质草地弱 (5)阴影无反射天线收集侧面天线发射窄脉冲地物反射成像处理形成影像放放大大检检波波
8、第15页/共52页2、地面分辨率 距离分辨率距离分辨率 在距离方向上能分辨的最小目标在距离方向上能分辨的最小目标 标的尺寸标的尺寸 方位分辨率方位分辨率 相邻的两脉冲之间,能分辩两个相邻的两脉冲之间,能分辩两个 目标的最小距离目标的最小距离 第16页/共52页距离分辨率距离分辨率斜距R距离分辨率斜距分辨率为脉冲宽度,为光为脉冲宽度,为光速,速,为雷达波侧视角为雷达波侧视角 R与距离无关,要提高R,需要减小,但是减小会使雷达的发射功率下降,从而使回波信号的信噪比(S/N)下降,造成图像质量下降。为此,采用脉冲压缩技术来提高R。第17页/共52页为什么要采取侧视雷达而不采取正视的雷达?由上式可知,
9、如果侧视角由上式可知,如果侧视角0 0或者很小或者很小,则,则RR为无穷大,即无为无穷大,即无穷大的地物才能够分辨的出。显穷大的地物才能够分辨的出。显然,正视的时候对地进行成像观然,正视的时候对地进行成像观测是无用的。测是无用的。第18页/共52页脉冲压缩技术脉冲压缩技术 利用线性调频调制技术将较宽的脉冲调制成振幅大、宽度窄的脉冲的技术时间时间t振幅A0f2f1频率f振幅A0f2f1频率f延迟时间时间t1/f发射脉冲的波形匹配滤波器滤波后的输出波形经脉冲压缩后,振幅为原来的 倍,脉冲宽度为 倍,且随着f的提高,距离分辨率和S/N也提高了,这也叫距离压缩。第19页/共52页方位分辨率方位分辨率
10、相邻的两脉冲之间,能分辩两个目标的最小距离 azimuth or along-track resolution第20页/共52页方位分辨率方位分辨率 式中式中为雷达的为雷达的波束宽度,波束宽度,L为为雷达天线的雷达天线的孔径,孔径,R为为雷达天线到地面目标的距离雷达天线到地面目标的距离 天线LLR要提高方位分辨率,需采要提高方位分辨率,需采用较短波长的电磁波,或用较短波长的电磁波,或加大天线孔径,或缩短观加大天线孔径,或缩短观测距离。测距离。如要求方位向分如要求方位向分辨率为辨率为25m25m,采用波长为,采用波长为5.7cm5.7cm的微波,卫星高度的微波,卫星高度为为600km600km,
11、侧视角,侧视角4040度,度,则天线尺寸应为则天线尺寸应为1790m1790m,这显然难以实现。这显然难以实现。第21页/共52页由上式可知,要提高雷达的方位向分辨率,必须减由上式可知,要提高雷达的方位向分辨率,必须减小微波的波长,增大天线的尺寸。如要求方位向分小微波的波长,增大天线的尺寸。如要求方位向分辨率为辨率为2525m m,则波长为则波长为5.75.7cmcm,卫星高度为卫星高度为600600kmkm,侧侧视角为视角为4040度度时,要求天线尺寸为时,要求天线尺寸为17901790m m。在航天遥感中难以实现。在航天遥感中难以实现。为什么要采用合成孔径而不采用真实孔径雷达?为什么要采用
12、合成孔径而不采用真实孔径雷达?第22页/共52页五、合成孔径雷达五、合成孔径雷达特点特点:u 距离向采用脉冲压缩技术来提高分辨率距离向采用脉冲压缩技术来提高分辨率u 方位向通过合成孔径原理来改善分辨率方位向通过合成孔径原理来改善分辨率 Synthetic Aperture Radar(SAR)第23页/共52页利用小天线作为单个发射接收单利用小天线作为单个发射接收单元,小天线随平台移动,在移动元,小天线随平台移动,在移动中选若干个位置,在每个位置上中选若干个位置,在每个位置上发射一个信号并接收来自地物目发射一个信号并接收来自地物目标的回波信号,记下回波信号的标的回波信号,记下回波信号的振幅和相
13、位。当小天线移动一段振幅和相位。当小天线移动一段距离后,将所有不同时刻接收的距离后,将所有不同时刻接收的同一目标信号消除因时间和距离同一目标信号消除因时间和距离不同所引起的相位差,修正到同不同所引起的相位差,修正到同时接收的情况,就得到如同真实时接收的情况,就得到如同真实孔径侧视雷达一样的效果。孔径侧视雷达一样的效果。合成孔径原理合成孔径原理Synthetic Aperture Side-looking Radar 第24页/共52页合成孔径原理合成孔径原理 用一系列的小天线排成一个阵列,每个用一系列的小天线排成一个阵列,每个小天线之间的距离为小天线之间的距离为d,总长度为,总长度为Nd。对于
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- 遥感技术 基础 侧视 雷达 成像 原理
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