SAR的距离和方位分辨率

[导读]合成孔径雷达因其距离向和方位向维度上清晰的分辨率而出名。距离向（或斜距）指的是雷达到成像目标的视线距离。方位向（横向距离，方位角或沿航迹）用于表示垂直于斜距或平行于雷达沿航迹轴的维度。在合成孔径雷达应用中，通过对发射信号使用足够宽的频带来获得高距离分辨率。当雷达通常沿着直线路径移...

合成孔径雷达因其距离向和方位向维度上清晰的分辨率而出名。距离向（或斜距）指的是雷达到成像目标的视线距离。方位向（横向距离，方位角或沿航迹）用于表示垂直于斜距或平行于雷达沿航迹轴的维度。

在合成孔径雷达应用中，通过对发射信号使用足够宽的频带来获得高距离分辨率。当雷达通常沿着直线路径移动时，通过对不同方位测量的目标电磁散射进行相干处理，以获得良好的方位向分辨率。
随着微波电子学的最新发展，合成孔径雷达成像技术可以提供与光学成像系统分辨率相当的图像。事实上，合成孔径雷达甚至可以做得更好，因为它可以日夜工作，也可以在多云、多雾、下雨和下雪的天气条件下工作。
此外，与仅包含场景光反射的振幅信息的摄影图像不同，合成孔径雷达同时提供场景电磁反射的振幅和相位信息。这样的信息对于提取场景的更多特征非常有价值。
干涉合成孔径雷达是一种利用合成孔径雷达信号内部相位的最通用的合成孔径雷达应用。通过处理来自不同高度地形的反射信号的相位差，可以得到地形的第三维，即高度，从而构建感兴趣区域的三维干涉合成孔径雷达图像。
大家常使用“合成孔径”一词，是因为合成孔径雷达背后的思想是通过收集小尺寸真实孔径雷达来合成大孔径雷达的效果(见图1a)。这是通过沿假想孔径轴移动小孔径雷达来模拟更长的孔径来实现的，如图1b所示。
图1 孔径单天线(λ/D)。(b)N个天线的合成孔径(λ/Dsa)
通常，雷达被放置在机载或星载平台上，当雷达平台沿轨道移动时，在不同的时刻测量地面的电磁反射(见图2)。对来自不同频率和孔径的照射区域的电磁回波进行相干处理，可以形成地形或场景的二维(2D)图像。

图2 雷达平台正在移动并合成长实孔径雷达的效果
合成孔径雷达系统的距离处理与常规雷达相同。因此，合成孔径雷达的距离分辨率与常规雷达的距离分辨率相同：其中，c是光速，B是频率带宽。因此，选择足够大的信号带宽来获得更好的分辨率。根据傅立叶理论，信号的频率带宽和时宽是成反比的。因此，在合成孔径雷达中，要求每个脉冲的时宽非常短，以获得足够大频率带宽。另一方面，在非常短的脉冲中输入大功率是不可行的。
由于发射功率只有一小部分散射回雷达，因此很难检测到高于本底噪声的接收信号。因此，为了能够提高合成孔径雷达的发射信号，通常在其中使用非常巧妙的信号波形，即线性调频信号。线性调频信号的瞬时频率为：其中，f1是起始频率，T0是脉冲持续时间。瞬时频率中的或者-分别决定信号是随时间频率上升还是下降的。
线性调频信号具有这样一种合适特性：它能够提供具有更长脉冲持续时间的所需带宽。例如，一个具有500MHz带宽，1us脉宽的调频脉冲具有30cm的距离分辨率，这对于典型合成孔径雷达的应用是有益的。在合成孔径雷达系统中，通过沿直线路径移动雷达天线，形成一个长度为Dsa的合成线形天线，可以获得很好的方位向分辨率。如果使用单个天线，则方位向分辨率为：其中，λ是工作波长，D是天线孔径。但是，通过沿合成长度为Dsa移动单个天线而形成的合成天线阵列，理论上我们期望的方位向分辨率为：发现有效合成孔径大小是真是真实阵列的两倍，因此，实际上等于：例如，如果对于一个合成孔径大小为2km的合成孔径雷达平台，从10公里以外的目标收集中心频率为10GHz的散射电磁波，那么其方位向分辨率为30cm，优于真实孔径雷达的情况。

雷达通信电子战

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