星载合成孔径雷达系统

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1、星载合成孔径雷达系统星载合成孔径雷达系统禹卫东禹卫东中科院电子所中科院电子所20092009年年1212月月22日日内内容容概概要要一.星载SAR简介二.星载SAR系统参数设计三.星载SAR系统的实现四.典型星载SAR系统介绍一.星载SAR简介一.星载合成孔径雷达简介•星载合成孔径雷达（SAR）是一种以卫星为载体平台的对地观测技术，用来获得地物的高分辨率雷达图像。星载SAR的特点•全球范围，不受国界领空限制；•高度高，可视范围大，成像测绘带宽；•全天候，不受气象条件限制；•轨道稳定，多次成像重复性好；•飞行平稳，没有运动补偿问题；•下视角相对小，图

2、像阴影少；10000m500km800km36000km星载SAR的局限•轨道固定，侦察不灵活；•卫星飞行速度高，成像带宽度大，设计参数约束条件多；•距离远，图像信噪比提高困难；•受星-地数据传输链路信道容量制约。数传雷达波束雷达成像雷达成像••在微波波段对目标后向散射系数进行描述在微波波段对目标后向散射系数进行描述目标的雷达图像方位向(Azimuth)一个分辨单元雷达距离向(Range)目标光学图像X波段SAR图像SARSAR二维分辨率的获得二维分辨率的获得¾距离向分辨率ρρr光速C发射宽带信号ρ=r2B带宽¾方位分辨率ρρa发射信号波长距离λλ

3、rDρa=rρa=ρamin=D2L2s天线方位向尺寸合成孔径长度向方行飞星载SAR成像几何关系下视角)距向th离u轨道高度HR位方zim(A入射角掠地角距离向(Range)下视角入射角分辨单元下视角≠入射角二.星载星载SARSAR系统参数设计系统参数设计星载星载SARSAR系统参数系统参数•星载SAR是一个复杂的系统，指标要求高，工作参数多，约束条件多。•主要参数：■频段/极化■几何分辨率(ρρr、、ρρa))■测绘带宽度(S)■模糊比（AASR，RASR)■波位（视角与回避窗口的约束）■信噪比(SNR，NEσ0）■辐射分辨率（相干斑，多视数NL

4、）常用的雷达工作波段常用的雷达工作波段波段频率范围（GHz）波长范围(cm)P0.4－0.875—37.5L1—230—15S2—415—7.5C4—87.5—3.75X8—123.75—2.5Ku12—182.5—1.67K18—271.67—1.11Ka27—401.11—0.75毫米波30—30010mm—1mmTHz100GHz—10THz3mm—0.03mm频段的选择频段的选择•频段越低，穿透能力越强：P、L•频段越高，对地物细节描述能力越强，图像的边缘轮廓越清晰：X、K•中间频段，兼顾穿透性和细节描述，综合性能好：S、C•目前星载雷达一

5、般选择为L（如PALSAR）、C（如RadarSat)或X(如TerraSAR）；多频段L、C、X，美国航天飞机SIR-C。•国内的星载SAR有L波段（在轨）、X波段（在轨）、S波段（在研）、C波段（预研）。极极化化极化散射矩阵垂直（V）水平（H）发射水平(H)/接收水平(H)→HH同极化发射垂直(V)/接收垂直(V)→VV发射水平(H)/接收垂直(V)→HV交叉极化发射垂直(V)/接收水平(H)→VH极化的选择极化的选择•通常的SAR都是单极化，采用VV或HH极化•如果要研究目标的散射机理，进而对目标进行分类、识别，就要采用多极化手段；•多极化系

6、统，通常采用单发射通道、双极化天线和双接收通道结构，利用发射和接收通道的组合，获得准同时的四种极化回波。•多极化是星载雷达的重要发展方向。如日本的PALSAR（2006.1）、德国的TerraSAR(2007.6)、加拿大的Radarsat2(2007.12)都具有多极化能力。•国内目前在轨SAR卫星均为单极化。多极化SAR卫星正在预研，预计5年内发射。电子所SAR系统抗震飞行获得的图像－唐家山堰塞湖几何分辨率几何分辨率•区分两个相邻目标的能力。用点目标图像的3dB主瓣宽度来定义。•分辨率是SAR最重要的指标，它直接反映了SAR获得目标的信息量。1

7、0米→1米，信息量100倍。•目前国际上星载SAR的分辨率为1~3米（条带模式3米，聚束模式1米）。美国的Lacrosse最高分辨率达到0.3米。•国内在轨星载SAR的分辨率为3~5米。TerraSAR聚束1米分辨率图像成像带宽度成像带宽度•大成像带是星载SAR的优势，一般的星载SAR的成像带宽度为几十公里（条带）~几百公里（扫描）。•由于星载SAR工作于相干脉冲体制，即信号以脉冲重复频率（PRF）发射，因此存在两个约束：（1）成像带宽度必须小于脉冲重复周期（PRT）对应的长度（2）PRF必须大于回波方位向多普勒带宽S:成像带宽度，kmS<ρ*10

8、kmρ：分辨率，m10米分辨率—100km3米分辨率—30km1米分辨率—10kmSARSAR的模糊问题的模糊问题••合成