星载合成孔径雷达导论——合成孔径雷达概述

合成孔径雷达是一种全天时、全天候的微波侧视成像雷达。起源于20世纪50年代，1978年6月美国的Seaset海洋卫星为星载SAR源头。

1 合成孔径的形成

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。

2 信号特征与分辨率

斜距分辨率通过发射具有高的时宽带宽积的线性调频信号实现。

但是，在实际中要求的是地距分辨率，即沿y轴方向的分辨率py，对于入射角为θ的情况有

方位向的分辨率取决于方位向的速度和带宽。多普勒频率可表示为

可推导得到方位向的频宽为

经过压缩后，其时间分辨率近似等于带宽的倒数，SAR在此时间内的走动即为方位分辨率

方位向信号和距离向信号虽然都是大时间—带宽积的线性调频信号，但两者在时间宽度和频宽上却有几个数量级的差别。

3 性能

（1）观测带宽度和入射角（反映成像面积的大小和位置）；

（2）图像定位精度和几何失真（反映成像点的绝对和相对位置精度）；

（3）距离和方位向的空间分辨率（反映在图像中区分两点之间最小距离的能力）。

（4）全球动态范围和噪声等效σ0：全球动态范围反映了能够对其成像的后向散射系数的范围，噪声等效σ0反映了能够对其成像的后向散射系数的下限。噪声等效σ0的值等于最终图像中附加的热噪声电平。

（5）辐射精度、模糊度和脉冲响应旁瓣

（6）辐射分辨率或等效多视数：这个性能参数涉及的是分布目标图像区域的统计变化，因此是区分具有不同后向散射特性的两个面目标的能力的量度。辐射分辨率由最终图像的信噪比决定。而最终图像往往是经过多视处理产生的，这些“视”非相干叠加后可以减小图像中“斑点”噪声，从而提高最终图像的信噪比。

（7）积分旁瓣比（ISLR）：主瓣能量对于所有副瓣能量之比。该参数可以描绘SAR系统消除临近分布目标引起的失真的能力。

（8）峰值旁瓣比（PLSR）：主瓣峰值强度对于最强旁瓣的峰值强度之比。该参数可以描绘SAR系统消除临近点目标引起的失真能力。

（9）模糊度：最终图像中期望区域内的分布目标分辨单元的平均图像强度，与方位和距离模糊去内的分布目标的平均图像强度之比。

4 天线尺寸和脉冲重复频率

对于给定的观测带宽度W，入射角越大，雷达回波持续的时间越长，其表达式可通过几何关系推导，θf为观测带宽度内最远点处的入射角。

为不引起距离模糊，上述雷达回波必须位于一个脉冲重复周期内，即要求

另一方面，SAR系统又是以脉冲重复频率对方位多普勒频谱进行采样的。为了避免频谱折叠造成方位模糊，必须满足下列条件

即PRF要大于多普勒带宽。

5 注意事项

当要求可视观测带宽度较宽时（例如Radarsat要求500km），不可能用单个天线波束去加以覆盖。其原因是PRF不能太低；其次，宽波束天线的增益较低，对发射机功率和接收机灵敏度都提出了更高的要求。因此，天线必须具有产生多个窄波束来照射各自观测带的能力，经适当组合后达到覆盖整个可视观测带宽度的目的。

发射信号的频宽越宽，要求的采样率就越高，因此总的数据率越高，结果使噪声带宽增宽，系统灵敏度下降。