合成孔径雷达SAR(什么是“合成”，“孔径”,“雷达”)

时间: 2023/8/30  来源:   作者: sxstart

• 网友1提问：“合成孔径雷达”，什么是“合成”，什么是“孔径”，什么是“雷达”？

  答： 合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，简称SAR）是一种利用雷达技术实现地面成像的系统。它通过发射脉冲电磁波并接收反射回来的信号，从而获取目标表面的反射信息。相比于光学成像技术，SAR可以在任何天气条件下获取高分辨率的地面图像，因此在遥感、军事侦察、地质勘探等领域得到了广泛应用。

  “合成”指的是SAR系统通过利用多次雷达脉冲信号的相位差异来合成一个更大的孔径，从而实现高分辨率成像。简单来说，SAR系统在一段时间内发射多个雷达脉冲信号，并将反射回来的信号进行记录和处理。由于每个脉冲信号的相位不同，这些信号可以合成一个更大的孔径，从而达到高分辨率成像的效果。

  “孔径”指的是SAR系统接收到的雷达信号的有效宽度，它是成像分辨率的重要参数之一。实际上，SAR系统的“孔径”并不是物理上的一个孔径，而是通过利用雷达信号的相位差异来合成一个更大的虚拟孔径，从而达到高分辨率成像的效果。

  “雷达”是一种利用电磁波来感知和测量目标的装置。它通过发射电磁波并接收反射回来的信号，从而获取目标的位置、速度、距离等信息。雷达技术广泛应用于航空、航天、军事、通信等领域，是一种非常重要的电子技术。

  网友2提问：合成孔径雷达SAR的成像分辨率为什么和距离无关？

  答： 天线的半功率点波束宽度，也就是角度分辨率大约为

  

  如果目标距雷达距离为r，则目标分辨率表示为

  

  天线孔径越大分辨率越高，距离越大，分辨率越低，对于远距离的目标，分辨率会很差。

  设想用孔径为l的小真实天线来等效构成一个长天线，则可以提高雷达的方位分辨率。

  合成孔径雷达的分辨率由下式决定

  

  式中的因子1/2是由于一发一收，引起2d的相位差，相当于相控阵天线中孔径2Ls引起的相位差。0.886舍去，主要是加窗会导致波束宽度展宽，从而抵消0.886的作用。

  合成孔径的长度取决于天线运动过程中所能接收到的来自同一目标单元的回波信号的最大作用范围，它等于真实天线的波束所能覆盖的最大范围，即

  

  合成孔径的长度随距离的增大而增大，因此方位分辨率与距离无关。

  网友3提问：“SAR可以在任何天气条件下获取高分辨率的地面图像”，什么是“任何天气条件”，“高分辨率”？

  答：SAR可以在任何天气条件下获取高分辨率的地面图像，是因为雷达技术不会受到天气条件的影响。相比于光学成像技术（如卫星拍摄的照片），雷达可以穿透云层、雨雪、雾霾等天气条件，从而获取目标表面的反射信息。因此，SAR可以在多种天气条件下获取高分辨率的地面图像，包括晴天、雨天、夜晚等。

  “高分辨率”指的是SAR系统可以获取到很细小的目标特征，例如可以分辨出建筑物、树木、河流等地表细节。SAR系统的分辨率受到多个因素的影响，包括雷达波长、天线尺寸、孔径大小等。一般来说，SAR系统的分辨率越高，获取到的图像细节就越丰富，对于地质勘探、军事侦察等领域的应用就越有优势。

  网友4提问：波长和分辨率是什么关系呢？

  答：波长和分辨率之间存在一定的关系。一般来说，波长越短，分辨率越高。

  在SAR系统中，分辨率是指系统可以分辨出两个距离很近的目标之间的最小距离差，也就是系统能够识别的最小物体尺寸。分辨率的大小受到多个因素的影响，其中包括雷达波长。雷达波长越短，可以探测到更小的目标，也就是说，SAR系统的分辨率越高。这是因为在雷达波长相同的情况下，更短的波长会产生更高的频率，从而使得系统能够更准确地探测到目标表面的微小特征。

  需要注意的是，SAR系统的分辨率不仅受到波长的影响，还受到天线尺寸、孔径大小等因素的影响。因此，在实际应用中，需要综合考虑多种因素来确定SAR系统的分辨率。

  顺便说一下红外的波长和可见光的波长

  红外波长是指波长范围在0.7微米至1000微米之间，频率在300 GHz至430 THz之间的电磁波，而可见光波长是指波长范围在0.4微米至0.7微米之间，频率在430 THz至750 THz之间的电磁波。也就是说，红外波长比可见光波长长，频率比可见光波频率低。

  在自然界中，我们能够感知的光波主要集中在可见光波段内。而红外波段对于肉眼来说是不可见的，只能通过红外热像仪等专门设备来观测。

  在工业和军事等领域，红外波段的应用非常广泛。因为红外波能够穿透雾霾、烟雾等环境，同时可以探测到目标表面的热辐射，因此在夜视、目标识别、火控制导等方面有很多应用。可见光波段则在生活中有很广泛的应用，例如拍照、摄影、人眼观测等领域。

  网友5提问：SAR雷达的波长呢？

  答：SAR（Synthetic Aperture Radar）雷达的波长通常是微米至厘米级别，具体波长取决于所使用的雷达系统。一般来说，SAR系统的波长在厘米至分米级别之间，常见的波长有：

  P波段（约为65厘米）

  L波段（约为23厘米）

  C波段（约为5厘米）

  X波段（约为3厘米）

  K波段（约为1.2厘米）

  X波段和K波段用于军事领域等。

  不同的波段在不同的应用场景下有着各自的优缺点。

  需要注意的是，SAR雷达的波长和分辨率之间存在一定的关系，通常波长越短，分辨率越高。但是在具体应用中，需要综合考虑多个因素，包括波段、天线尺寸、孔径大小等，来确定SAR系统的最佳参数，以达到所需的分辨率和性能要求。

  最后总结一下SAR：

  SAR是全天时全天候，具有高分辨率的成像雷达。