《合成孔徑雷達(dá)原》課件

《合成孔徑雷達(dá)原理》本課件將介紹合成孔徑雷達(dá)(SAR)的原理、成像過(guò)程和應(yīng)用。一、雷達(dá)原理概述雷達(dá)的基本工作原理雷達(dá)通過(guò)發(fā)射電磁波并接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)來(lái)探測(cè)目標(biāo)，并根據(jù)回波信號(hào)的特征來(lái)識(shí)別目標(biāo)。雷達(dá)系統(tǒng)的組成雷達(dá)系統(tǒng)一般包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線、信號(hào)處理單元和顯示單元。雷達(dá)工作原理1發(fā)射信號(hào)雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生特定頻率和波形的電磁波信號(hào)。2目標(biāo)反射發(fā)射的電磁波信號(hào)遇到目標(biāo)后會(huì)被反射回來(lái)。3接收信號(hào)雷達(dá)接收機(jī)接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)。4信號(hào)處理信號(hào)處理單元對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行分析和處理，提取目標(biāo)信息。雷達(dá)的主要性能指標(biāo)距離分辨率雷達(dá)能夠分辨兩個(gè)目標(biāo)之間的最小距離。方位分辨率雷達(dá)能夠分辨兩個(gè)目標(biāo)之間的最小角度。靈敏度雷達(dá)能夠檢測(cè)到最微弱的目標(biāo)信號(hào)。噪聲抑制雷達(dá)能夠抑制噪聲信號(hào)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的干擾。二、合成孔徑雷達(dá)SAR合成孔徑雷達(dá)(SAR)是一種利用信號(hào)處理技術(shù)合成大型虛擬天線，從而獲得高分辨率圖像的雷達(dá)系統(tǒng)。應(yīng)用領(lǐng)域SAR被廣泛應(yīng)用于遙感、測(cè)繪、地質(zhì)勘探、軍事偵察等領(lǐng)域。合成孔徑雷達(dá)的基本概念1發(fā)射信號(hào)SAR發(fā)射線性調(diào)頻脈沖信號(hào)。2接收回波接收機(jī)接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)。3信號(hào)處理對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行信號(hào)處理，以合成虛擬天線。合成孔徑雷達(dá)的特點(diǎn)高分辨率SAR能夠獲得高分辨率圖像，不受天氣和光照條件的影響。全天候工作SAR可以全天候工作，不受云層、雨雪等天氣條件的限制。穿透性SAR能夠穿透某些地表覆蓋物，例如樹(shù)木、建筑物等，獲取更深層的信息。三、合成孔徑雷達(dá)的成像1成像原理2距離向成像利用目標(biāo)到雷達(dá)的距離信息進(jìn)行成像。3方位向成像利用目標(biāo)在方位方向上的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行成像。距離向成像1脈沖壓縮利用線性調(diào)頻信號(hào)的特性，對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理。2距離分辨率距離分辨率取決于發(fā)射信號(hào)的帶寬。3成像結(jié)果距離向成像結(jié)果反映了目標(biāo)到雷達(dá)的距離信息。方位向成像1合成孔徑利用雷達(dá)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)，合成一個(gè)虛擬的孔徑。2相位補(bǔ)償對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，以消除目標(biāo)在方位方向上的運(yùn)動(dòng)影響。3方位分辨率方位分辨率取決于合成孔徑的長(zhǎng)度。四、合成孔徑雷達(dá)的幾何模型雷達(dá)坐標(biāo)系以雷達(dá)位置為原點(diǎn)，定義雷達(dá)坐標(biāo)系。目標(biāo)位置在雷達(dá)坐標(biāo)系中定義目標(biāo)的位置。雷達(dá)幾何參數(shù)雷達(dá)高度雷達(dá)天線到地面的高度。飛行速度雷達(dá)平臺(tái)的飛行速度。俯仰角雷達(dá)天線指向地面的角度。目標(biāo)在雷達(dá)坐標(biāo)系中的表達(dá)距離目標(biāo)到雷達(dá)的距離。方位角目標(biāo)在方位方向上的角度。高度目標(biāo)的高度。五、合成孔徑雷達(dá)的信號(hào)處理1接收信號(hào)接收機(jī)接收目標(biāo)反射的回波信號(hào)。2距離壓縮對(duì)接收的回波信號(hào)進(jìn)行距離壓縮處理。3方位壓縮對(duì)距離壓縮后的信號(hào)進(jìn)行方位壓縮處理?；夭ㄐ盘?hào)的頻域表達(dá)頻域分析將接收的回波信號(hào)變換到頻域進(jìn)行分析。頻譜特性回波信號(hào)的頻譜特性反映了目標(biāo)的距離和方位信息。信號(hào)處理根據(jù)頻譜特性，進(jìn)行信號(hào)處理。距離壓縮算法1匹配濾波2傅里葉變換將接收的回波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換。3相位補(bǔ)償對(duì)信號(hào)進(jìn)行相位補(bǔ)償，以消除距離模糊。4逆傅里葉變換將補(bǔ)償后的信號(hào)進(jìn)行逆傅里葉變換，得到距離壓縮后的信號(hào)。六、方位向壓縮1線性調(diào)頻信號(hào)SAR使用線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行方位向壓縮處理。2時(shí)域相關(guān)處理利用回波信號(hào)在時(shí)域上的相關(guān)性進(jìn)行方位壓縮。3合成孔徑通過(guò)時(shí)域相關(guān)處理，合成一個(gè)虛擬的孔徑。線性調(diào)頻信號(hào)1頻率線性變化線性調(diào)頻信號(hào)的頻率隨著時(shí)間線性變化。2時(shí)間-頻率關(guān)系時(shí)間和頻率之間存在線性關(guān)系。3壓縮特性線性調(diào)頻信號(hào)具有良好的壓縮特性，能夠獲得高分辨率圖像。時(shí)域相關(guān)處理回波信號(hào)接收的回波信號(hào)包含目標(biāo)的方位信息。相關(guān)函數(shù)計(jì)算回波信號(hào)與參考信號(hào)的相關(guān)函數(shù)。七、合成孔徑雷達(dá)成像實(shí)現(xiàn)距離壓縮利用脈沖壓縮技術(shù)，對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行距離壓縮處理。方位壓縮利用線性調(diào)頻信號(hào)的特性，對(duì)距離壓縮后的信號(hào)進(jìn)行方位壓縮處理。距離向和方位向壓縮的結(jié)合聯(lián)合處理將距離壓縮和方位壓縮技術(shù)結(jié)合起來(lái)。2D成像最終得到目標(biāo)的二維圖像。2D成像算法頻域算法利用快速傅里葉變換進(jìn)行信號(hào)處理。時(shí)域算法利用時(shí)域相關(guān)處理進(jìn)行信號(hào)處理。其他算法還有一些其他算法，例如逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)算法。八、合成孔徑雷達(dá)的應(yīng)用遙感成像SAR廣泛應(yīng)用于遙感成像，獲取地表信息。地物探測(cè)SAR可用于探測(cè)地下地質(zhì)結(jié)構(gòu)和資源。遙感成像1土地利用分類利用SAR圖像識(shí)別不同類型土地利用。2災(zāi)害監(jiān)測(cè)利用SAR圖像監(jiān)測(cè)地震、洪水等災(zāi)害。3環(huán)境監(jiān)測(cè)利用SAR圖像監(jiān)測(cè)環(huán)境污染、森林砍伐等。地物探測(cè)地質(zhì)構(gòu)造利用SAR探測(cè)地下地質(zhì)構(gòu)造。礦產(chǎn)勘探利用SAR探測(cè)地下礦產(chǎn)資源。地下水探測(cè)利用SAR探測(cè)地下水資源。九、未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)1SAR技術(shù)發(fā)展2多極化利用多極化SAR技術(shù)，獲取更豐富的地物信息。3干涉SAR利用干涉SAR技術(shù)，測(cè)量地表形變。4極化干涉SAR結(jié)合多極化和干涉SAR技術(shù)，獲取更高精度的地表信息。新技術(shù)的應(yīng)用1人工智能利用人工智能技術(shù)，提高SAR數(shù)據(jù)處理效率和精度。2大數(shù)據(jù)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，分析SAR數(shù)