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1、合成孔径雷达 1.多普勒效应应 2.方位分辨率 3.距离分辨率 1 2 合成孔径 ? 观测目标 天线孔径 合成孔径雷达长度 天线孔径观测范围 3 合成孔径雷达观测示意图 地距 4 合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率 距离分辨率: 由脉冲持续时间或者等价 的脉冲宽度确定 是入射角,c是电磁波传 播速度,c =r是雷达的 脉冲宽度 对于真实孔径和合成孔径雷达来 说,两者的距离分辨率是一样 的。 5 方位分辨率:由多普勒效应产生 XD 是卫星在整个采样时间内移动的距离,是雷达发射的 电磁波波长,r是从卫星到探测点的距离(斜距),是方 位角(雷达波束与卫星飞行方向间的夹角)。 真实孔径雷达(侧视雷
2、达)的方位分辨率 :雷达发射的电磁波波长 r:从卫星到探测点的距离(斜距) D:真实孔径雷达的孔径长度 6 D与2 XDsin 具有相同的作用 对于卫星高度为750km,微波波长为5cm(C波段)的 真实孔径雷达,实现100m星下点方位分辨率所需的孔径 长度为375m;L波段(23.5cm)则为1.8km! 合成孔径雷达使用较小孔径通过多普勒频移合成技术实现 十米量级的高分辨率。 7 多普勒效应简介 当波源和观察者有相对运动时,观察者接收到的频率和波源发出的频率会产生差别,这 种现象叫多普勒效应。 两者相互接近时,观察者接收到的频率升高;两者相互远离时,观察者接收到的频率降 低。 1842年奥
3、地利物理学家多普勒 某一波源发出的声波频率为 f,波长为 ;声波传播速度 v 8 多普勒效应三种情况 1. 观察者静止,波源相对于 媒质运动 波源以速度vs接近观察者 经过时间T(波周期): B点接收到的声波波长为 频率为 波源运动速度vs背离观察者 波长和频率分别为 9 2.波源静止,观察者相对于媒质运动 观察者以运动速度vo接近波源 相当于声波传播速度变为 v+vo,而波长不变 则可获得接收到的频率表达式: 观察者以运动速度 vs 远离波源 S B 3.波源、观察者均相对于媒质运动 波源以速度 vs、观察者以速度 vo 互相接近. 相当于声波传播速度变为 v+vo,则可得到接收 到的频率表
4、达式: 10 多普勒效应与合成孔径雷达 雷达发射电磁波频率为 f0,卫星与被观测点之间存在相对 运动,相对速度 w等于卫星速度矢量 w 在波束方向上的投影: 被观测点所接收的电磁波频率f 为 到达被观测点的电磁波以频率 f 散射,一部分被雷达接收。由于 相对运动,此时被观测点成为波源。雷达接收到的回波频率 f 为 波束指向卫卫星前下方: 波束指向卫卫星后下方: 11 方位分辨率推导 多普勒频率:由相对运动引起的接收频率和发射 频率之间的“差频” 12 多普勒频率的微分: 若以 表示多普勒频率的分辨率, 表示方位角 分辨率 根据离散数据的谱估计理论可知,频率分辨率由 采样长度决定,等于采样长度的
5、倒数。因此,多普 勒频率的分辨率 | 可以通过采样时间长度 tS 近似 地表示为 13 :整个采样时间 ts 内卫星移动距离 方位方向 SAR飞行方向 距离方向 r 合成孔径雷达的方位分辨率: 真实孔径雷达的孔径尺度 D 与 2 XDsin 具有相同的作用,等同于通过合成孔径技术 取得了一个比较大的天线孔径。 14 距离分辨率推导 S:卫星 :入射角 SC:卫星与探测点之间的距离 AB:距离分辨率,用y表示 线段EB和脉冲持续时间的关系为 根据直角三角形各边的关系,y与线段 EB有关, 为了分辨A点和B点,从这两点返回的电磁波束不能重 合,这就要求EB的长度大于或等于脉冲宽度的一半。 15 距离分辨率与脉冲持续时间成正比,与入射角成反比: 脉冲持续时间越短,距离分辨率越高;反之越低 入射角越大,距离分辨率越高;反之越低。 利用技术:脉冲压缩技术 谢谢!
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