合成孔徑雷達PPT課件

1、合成孔徑？合成孔徑？觀測目標觀測目標天線孔徑天線孔徑合成孔徑雷達長度合成孔徑雷達長度天線孔徑觀測范圍天線孔徑觀測范圍第1頁/共16頁合成孔徑雷達觀測示意圖合成孔徑雷達觀測示意圖地距地距第2頁/共16頁合成孔徑雷達與真實孔徑側(cè)視雷達的分辨率合成孔徑雷達與真實孔徑側(cè)視雷達的分辨率距離分辨率：由脈沖持續(xù)時間由脈沖持續(xù)時間或者等價或者等價的的脈沖寬度確定脈沖寬度確定是入射角，是入射角，c是電磁波傳是電磁波傳播速度，播速度，c =r是雷達的是雷達的脈沖寬度脈沖寬度2sincy對于真實孔徑和合成孔徑雷達來對于真實孔徑和合成孔徑雷達來說，兩者的說，兩者的距離分辨率距離分辨率是一樣的。是一樣的。第3頁/共16

2、頁方位分辨率方位分辨率：由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生由多普勒效應(yīng)產(chǎn)生XD 是衛(wèi)星在整個采樣時間內(nèi)移動的距離，是衛(wèi)星在整個采樣時間內(nèi)移動的距離，是雷達發(fā)射的是雷達發(fā)射的電磁波波長，電磁波波長，r是是從衛(wèi)星到探測點的距離（斜距），從衛(wèi)星到探測點的距離（斜距），是是方位角（雷達波束與衛(wèi)星飛行方向間的夾角）。方位角（雷達波束與衛(wèi)星飛行方向間的夾角）。2sinDrxX真實孔徑雷達（側(cè)視雷達）的真實孔徑雷達（側(cè)視雷達）的方位分辨率方位分辨率RrD：雷達發(fā)射的雷達發(fā)射的電磁波波長電磁波波長r：從衛(wèi)星到探測點的距離（斜距）從衛(wèi)星到探測點的距離（斜距）D：真實孔徑雷達的孔徑長度：真實孔徑雷達的孔徑長度第4頁/共16頁D與與

3、2 XDsin 具有相同的作用具有相同的作用 對于衛(wèi)星高度為對于衛(wèi)星高度為750km，微波波長為，微波波長為5cm（C波段）的波段）的真實孔徑雷達，實現(xiàn)真實孔徑雷達，實現(xiàn)100m星下點方位分辨率所需的孔徑星下點方位分辨率所需的孔徑長度為長度為375m；L波段（）則為！波段（）則為！合成孔徑雷達使用較小孔徑通過多普勒頻移合成技術(shù)實現(xiàn)合成孔徑雷達使用較小孔徑通過多普勒頻移合成技術(shù)實現(xiàn)十米量級的高分辨率。十米量級的高分辨率。2sinDrxXRrD第5頁/共16頁多普勒效應(yīng)簡介多普勒效應(yīng)簡介當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收到的頻率和波源發(fā)出的頻率會產(chǎn)生差別，當波源和觀察者有相對運動時，觀察者接收

4、到的頻率和波源發(fā)出的頻率會產(chǎn)生差別，這種現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)。這種現(xiàn)象叫多普勒效應(yīng)。兩者相互接近時，觀察者接收到的頻率升高；兩者相互遠離時，觀察者接收到的頻率兩者相互接近時，觀察者接收到的頻率升高；兩者相互遠離時，觀察者接收到的頻率降低。降低。 1842 1842年奧地利物理學家多普勒年奧地利物理學家多普勒 某一某一波波源發(fā)出的聲波頻率為源發(fā)出的聲波頻率為 f f，波長為，波長為 ；聲波傳播速度；聲波傳播速度 v v1vfT第6頁/共16頁多普勒效應(yīng)三種情況多普勒效應(yīng)三種情況1. 觀察者靜止，波源相對于觀察者靜止，波源相對于媒質(zhì)運動媒質(zhì)運動波源以速度波源以速度vs接近觀察者接近觀察者經(jīng)過時間T（波

5、周期）：B點接收到的聲波波長為頻率為ssvSSvTfssvvvvS BSBSSfffsvvffvv波源運動速度波源運動速度vs背離觀察者背離觀察者波長和頻率分別為波長和頻率分別為svvfsvffvv ffff第7頁/共16頁2.波源靜止，觀察者相對于媒質(zhì)運動波源靜止，觀察者相對于媒質(zhì)運動觀察者以運動速度觀察者以運動速度vo接近波源接近波源相當于聲波傳播速度變?yōu)?v+vo，而波長波長不變則可獲得接收到的頻率表達式：oovvvvffv觀察者以運動速度觀察者以運動速度 vs 遠離波源遠離波源oovvvvffvSB3.波源波源、觀察者觀察者均均相對于媒質(zhì)運動相對于媒質(zhì)運動波源以速度波源以速度 vsvs

6、、觀察者以速度、觀察者以速度 vo vo 互相接近互相接近. .相當于聲波傳播速度變?yōu)?v+vo，則可得到接收到的頻率表達式：oossvvvvffv Tvv第8頁/共16頁多普勒效應(yīng)與合成孔徑雷達多普勒效應(yīng)與合成孔徑雷達 雷達發(fā)射電磁波雷達發(fā)射電磁波頻率為頻率為 f0，衛(wèi)星與被觀測點之間存在相對，衛(wèi)星與被觀測點之間存在相對運動，相對速度運動，相對速度 w等于衛(wèi)星速度矢量等于衛(wèi)星速度矢量 w 在波束方向上的投影：在波束方向上的投影：被觀測點所接收的電磁波頻率被觀測點所接收的電磁波頻率f 為為到達被觀測點的電磁波以頻率到達被觀測點的電磁波以頻率 f 散射，一部分被雷達接收。由于散射，一部分被雷達接

7、收。由于相對運動，此時被觀測點成為波源。雷達接收到的回波頻率相對運動，此時被觀測點成為波源。雷達接收到的回波頻率 f 為為cosww0cffcw0cwcwfffccw波束指向衛(wèi)星前下方：0ff波束指向衛(wèi)星后下方：0ff第9頁/共16頁方位分辨率推導方位分辨率推導多普勒頻率：由相對運動引起的接收頻率和發(fā)射多普勒頻率：由相對運動引起的接收頻率和發(fā)射頻率之間的頻率之間的“差頻差頻”0000022(1/ )cwwwffffffcwcwcw c 1wc0222coswwwfc 第10頁/共16頁多普勒頻率多普勒頻率的微分的微分：2 sinw 若以若以 表示多普勒頻率表示多普勒頻率的分辨率，的分辨率， 表

8、示方位角表示方位角分辨率分辨率2 sinw 根據(jù)離散數(shù)據(jù)的譜估計理論可知，頻率分辨率由根據(jù)離散數(shù)據(jù)的譜估計理論可知，頻率分辨率由采樣長度決定，等于采樣長度的倒數(shù)。因此，多普采樣長度決定，等于采樣長度的倒數(shù)。因此，多普勒頻率的分辨率勒頻率的分辨率 | 可以通過采樣時間長度可以通過采樣時間長度 tS 近似近似地表示為地表示為1st 2sinswt第11頁/共16頁DsXwt：整個采樣時間：整個采樣時間 t ts s 內(nèi)衛(wèi)星移動距離內(nèi)衛(wèi)星移動距離2sinDX方位方向SAR飛行方向距離方向rx合成孔徑雷達的方位分辨率：合成孔徑雷達的方位分辨率：2sinDrxrX 真實孔徑雷達的孔徑尺度真實孔徑雷達的孔

9、徑尺度 D 與與 2 XDsin 具有相同的作用，具有相同的作用，等同于通過等同于通過合成孔徑技術(shù)合成孔徑技術(shù)取得了一個比較大的天線孔徑取得了一個比較大的天線孔徑。第12頁/共16頁距離分辨率推導距離分辨率推導S：衛(wèi)星：衛(wèi)星：入射角：入射角SC：衛(wèi)星與探測點之間的距離：衛(wèi)星與探測點之間的距離AB：距離分辨率，用：距離分辨率，用y表示表示 sinE ByA B 2 EBc線段線段EB和脈沖持續(xù)時間和脈沖持續(xù)時間的關(guān)系為的關(guān)系為根據(jù)直角三角形各邊的關(guān)系，根據(jù)直角三角形各邊的關(guān)系，y與線段與線段EB有關(guān)，有關(guān)，為了為了分辨分辨A點點和和B點點，從這兩點返回的電磁波束不能重從這兩點返回的電磁波束不能重合，這就要求合，這就要求EB的的長度長度大大于或等于脈沖寬度于或等于脈沖寬度的一半。的一半。第13頁/共16頁距離分辨率與距離分辨率與脈沖持續(xù)時間脈沖持續(xù)時間成正比，與入射角成正比，與入射角成反比成反比:脈沖持