合成孔徑雷達SAR(什么是“合成”，“孔徑”,“雷達”)

時(shí)間: 2023/8/30  來(lái)源:   作者: sxstart

• 網(wǎng)友1提問(wèn)：“合成孔徑雷達”，什么是“合成”，什么是“孔徑”，什么是“雷達”？

  答： 合成孔徑雷達（Synthetic Aperture Radar，簡(jiǎn)稱(chēng)SAR）是一種利用雷達技術(shù)實(shí)現地面成像的系統。它通過(guò)發(fā)射脈沖電磁波并接收反射回來(lái)的信號，從而獲取目標表面的反射信息。相比于光學(xué)成像技術(shù)，SAR可以在任何天氣條件下獲取高分辨率的地面圖像，因此在遙感、軍事偵察、地質(zhì)勘探等領(lǐng)域得到了廣泛應用。

  “合成”指的是SAR系統通過(guò)利用多次雷達脈沖信號的相位差異來(lái)合成一個(gè)更大的孔徑，從而實(shí)現高分辨率成像。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，SAR系統在一段時(shí)間內發(fā)射多個(gè)雷達脈沖信號，并將反射回來(lái)的信號進(jìn)行記錄和處理。由于每個(gè)脈沖信號的相位不同，這些信號可以合成一個(gè)更大的孔徑，從而達到高分辨率成像的效果。

  “孔徑”指的是SAR系統接收到的雷達信號的有效寬度，它是成像分辨率的重要參數之一。實(shí)際上，SAR系統的“孔徑”并不是物理上的一個(gè)孔徑，而是通過(guò)利用雷達信號的相位差異來(lái)合成一個(gè)更大的虛擬孔徑，從而達到高分辨率成像的效果。

  “雷達”是一種利用電磁波來(lái)感知和測量目標的裝置。它通過(guò)發(fā)射電磁波并接收反射回來(lái)的信號，從而獲取目標的位置、速度、距離等信息。雷達技術(shù)廣泛應用于航空、航天、軍事、通信等領(lǐng)域，是一種非常重要的電子技術(shù)。

  網(wǎng)友2提問(wèn)：合成孔徑雷達SAR的成像分辨率為什么和距離無(wú)關(guān)？

  答： 天線(xiàn)的半功率點(diǎn)波束寬度，也就是角度分辨率大約為

  

  如果目標距雷達距離為r，則目標分辨率表示為

  

  天線(xiàn)孔徑越大分辨率越高，距離越大，分辨率越低，對于遠距離的目標，分辨率會(huì )很差。

  設想用孔徑為l的小真實(shí)天線(xiàn)來(lái)等效構成一個(gè)長(cháng)天線(xiàn)，則可以提高雷達的方位分辨率。

  合成孔徑雷達的分辨率由下式?jīng)Q定

  

  式中的因子1/2是由于一發(fā)一收，引起2d的相位差，相當于相控陣天線(xiàn)中孔徑2Ls引起的相位差。0.886舍去，主要是加窗會(huì )導致波束寬度展寬，從而抵消0.886的作用。

  合成孔徑的長(cháng)度取決于天線(xiàn)運動(dòng)過(guò)程中所能接收到的來(lái)自同一目標單元的回波信號的最大作用范圍，它等于真實(shí)天線(xiàn)的波束所能覆蓋的最大范圍，即

  

  合成孔徑的長(cháng)度隨距離的增大而增大，因此方位分辨率與距離無(wú)關(guān)。

  網(wǎng)友3提問(wèn)：“SAR可以在任何天氣條件下獲取高分辨率的地面圖像”，什么是“任何天氣條件”，“高分辨率”？

  答：SAR可以在任何天氣條件下獲取高分辨率的地面圖像，是因為雷達技術(shù)不會(huì )受到天氣條件的影響。相比于光學(xué)成像技術(shù)（如衛星拍攝的照片），雷達可以穿透云層、雨雪、霧霾等天氣條件，從而獲取目標表面的反射信息。因此，SAR可以在多種天氣條件下獲取高分辨率的地面圖像，包括晴天、雨天、夜晚等。

  “高分辨率”指的是SAR系統可以獲取到很細小的目標特征，例如可以分辨出建筑物、樹(shù)木、河流等地表細節。SAR系統的分辨率受到多個(gè)因素的影響，包括雷達波長(cháng)、天線(xiàn)尺寸、孔徑大小等。一般來(lái)說(shuō)，SAR系統的分辨率越高，獲取到的圖像細節就越豐富，對于地質(zhì)勘探、軍事偵察等領(lǐng)域的應用就越有優(yōu)勢。

  網(wǎng)友4提問(wèn)：波長(cháng)和分辨率是什么關(guān)系呢？

  答：波長(cháng)和分辨率之間存在一定的關(guān)系。一般來(lái)說(shuō)，波長(cháng)越短，分辨率越高。

  在SAR系統中，分辨率是指系統可以分辨出兩個(gè)距離很近的目標之間的最小距離差，也就是系統能夠識別的最小物體尺寸。分辨率的大小受到多個(gè)因素的影響，其中包括雷達波長(cháng)。雷達波長(cháng)越短，可以探測到更小的目標，也就是說(shuō)，SAR系統的分辨率越高。這是因為在雷達波長(cháng)相同的情況下，更短的波長(cháng)會(huì )產(chǎn)生更高的頻率，從而使得系統能夠更準確地探測到目標表面的微小特征。

  需要注意的是，SAR系統的分辨率不僅受到波長(cháng)的影響，還受到天線(xiàn)尺寸、孔徑大小等因素的影響。因此，在實(shí)際應用中，需要綜合考慮多種因素來(lái)確定SAR系統的分辨率。

  順便說(shuō)一下紅外的波長(cháng)和可見(jiàn)光的波長(cháng)

  紅外波長(cháng)是指波長(cháng)范圍在0.7微米至1000微米之間，頻率在300 GHz至430 THz之間的電磁波，而可見(jiàn)光波長(cháng)是指波長(cháng)范圍在0.4微米至0.7微米之間，頻率在430 THz至750 THz之間的電磁波。也就是說(shuō)，紅外波長(cháng)比可見(jiàn)光波長(cháng)長(cháng)，頻率比可見(jiàn)光波頻率低。

  在自然界中，我們能夠感知的光波主要集中在可見(jiàn)光波段內。而紅外波段對于肉眼來(lái)說(shuō)是不可見(jiàn)的，只能通過(guò)紅外熱像儀等專(zhuān)門(mén)設備來(lái)觀(guān)測。

  在工業(yè)和軍事等領(lǐng)域，紅外波段的應用非常廣泛。因為紅外波能夠穿透霧霾、煙霧等環(huán)境，同時(shí)可以探測到目標表面的熱輻射，因此在夜視、目標識別、火控制導等方面有很多應用?？梢?jiàn)光波段則在生活中有很廣泛的應用，例如拍照、攝影、人眼觀(guān)測等領(lǐng)域。

  網(wǎng)友5提問(wèn)：SAR雷達的波長(cháng)呢？

  答：SAR（Synthetic Aperture Radar）雷達的波長(cháng)通常是微米至厘米級別，具體波長(cháng)取決于所使用的雷達系統。一般來(lái)說(shuō)，SAR系統的波長(cháng)在厘米至分米級別之間，常見(jiàn)的波長(cháng)有：

  P波段（約為65厘米）

  L波段（約為23厘米）

  C波段（約為5厘米）

  X波段（約為3厘米）

  K波段（約為1.2厘米）

  X波段和K波段用于軍事領(lǐng)域等。

  不同的波段在不同的應用場(chǎng)景下有著(zhù)各自的優(yōu)缺點(diǎn)。

  需要注意的是，SAR雷達的波長(cháng)和分辨率之間存在一定的關(guān)系，通常波長(cháng)越短，分辨率越高。但是在具體應用中，需要綜合考慮多個(gè)因素，包括波段、天線(xiàn)尺寸、孔徑大小等，來(lái)確定SAR系統的最佳參數，以達到所需的分辨率和性能要求。

  最后總結一下SAR：

  SAR是全天時(shí)全天候，具有高分辨率的成像雷達。