合成孔径雷达基本概念PPT文件格式下载.ppt

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微波波段：

C（5.3GHz）极化方式：

水平极化,7,RADARSATSAR工作模式,刈幅,8,例：

宽扫描模工作模式,RADARSATSAR在一天内的地面扫描覆盖图,9,RADARSATSAR应用举例,海表面油膜分布监测,2002年11月22日监测到的溢油在黄海、东海的分布图像左图：

位于黄海的线条形状的溢油中图：

团状孤立油斑右图：

位于长江口海域的长江污水形成的羽流,10,二、欧空局的环境卫星和高级合成孔径雷达,ENVISAT主要参数,发射时间：

2002.3.1太阳同步轨道卫星高度：

800km轨道平面倾角：

100.6min循环周期：

35daysASAR：

多极化,ASAR：

AdvancedSAR,11,ENVISATASAR工作模式,成像模式,交互极化模式,宽刈幅模式,全球探测模式,波浪模式,带状地图扫描,ScanSAR扫描,http:

/envisat.esa.int/handbooks/asar/toc.htm,12,ENVISATASAR优点：

1）成像模式可以提供七种不同入射角的图像2）交互极化模式提供同一刈幅的两种不同极化方式的图像，用户根据需要可选择以下三种极化方式组合：

VV和HH，HH和HV，VV和VH3）宽刈幅模式采用ScanSAR技术，可以提供更宽的刈幅,多极化，可变观测角度,13,成像模式提供的七种不同入射角的图像参数,成像模式,14,日本陆地观测卫星和合成孔径雷达（PALSAR）,ALOS主要参数,发射时间：

2006.1.24太阳同步轨道卫星高度：

691km轨道平面倾角：

98.16轨道周期：

99min循环周期：

46daysSAR：

L（1.27GHz）极化方式：

多极化,ALOS:

AdvancedLandObservingSatellitePALSAR:

PhasedArrayTypeL-bandSAR,价格便宜,15,ALOSPALSAR工作模式,16,三、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。

17,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（机载侧视雷达）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,18,D与2XDsin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。

19,第二节合成孔径雷达的原理,一、多普勒效应,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年奥地利物理学家多普勒,20,某一波源发出的声波频率为f，波长为；

声波传播速度v,21,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,22,上面推导用到的一个事实：

波源相对观察者运动时，声波的传播速度是不变的。

23,2.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,上面推导用到的一个事实：

观察者相对波源运动时，声波的波长是不变的。

24,3.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达式：

结果为前两种情况的结合,25,多普勒效应在合成孔径雷达上的应用,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,波束指向卫星前下方：

波束指向卫星后下方：

26,二、方位分辨率,名词解释多普勒频率：

由相对运动引起的接收频率和发射频率之间的“差频”,w,27,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,28,：

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2XDsin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,29,合成孔径技术意味着依据多普勒效应，采用“混频”技术产生多普勒频率，然后运用“低通滤波”技术剔除随之产生的高频成分而只保留多普勒频率成分。

这些多普勒频率的电磁波携带着地球表面粗糙度的信息，并且具有比传统雷达更高的空间分辨率。

所以，这种能够利用多普勒效应携带高分辨率地球表面信息的雷达被称为合成孔径雷达（Synthetic-ApertureRadarSAR）。

30,三、距离分辨率,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。

31,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,32,第三节合成孔径雷达的应用,一、一般介绍,合成孔径雷达（SAR）是一种主动式微波成像雷达，通过测量海面后向散射信号的幅值及其时间相位，并通过适当的处理后，能产生标准化后向散射截面（NRCS）的图像。

NRCS携带着海面信息，反映了雷达观测到的海面粗糙度。

这种图像能极为详细地显示出海面空间细节的变化，其分辨率为几米到几十米的量级。

全天候、全天时和高分辨率的海洋观测优势,SAR工作波段为微波：

在黑夜也能正常工作发射的微波可以穿透云层，因而不受恶劣天气的影响,33,SAR海洋遥感影响雷达波束后向散射的主要因素：

海面粗糙程度（由几厘米到几十厘米的表面张力波和短重力波引起）,所有能改变海面粗糙程度的海洋特征或现象都可能被SAR观测到。

调制机制：

双尺度模型,海浪对海面粗糙度的调制,34,例如：

风、浪、流、锋面、海面油膜、涡旋、内波和水下地形等,涡旋,海面油膜,SARMarineUsermanual，2004,35,船尾迹,内波,表面波,东北大学卫星海洋实验室,36,二、海浪方向谱,例：

海浪方向谱S（,）-海浪波长，-海浪方位角,37,SAR海浪研究的优势SAR在海洋学中的主要应用之一是对海浪的研究，能提供任何其它技术手段不能获得的关于海浪场的二维空间数据。

SAR能实现多波段、多极化、多方位、多俯角观测海浪，从而提供大范围、高精度的动态海浪场信息和二维海浪方向谱数据。

从SAR图像中提取的二维海浪方向谱信息可以描述海浪场的所有统计特征（波长、波高、波向等等）。

38,SAR海浪研究的问题海浪是否能被成像？

适合SAR成像的海浪的条件：

方向、波长？

成像后的海浪与实际海浪的差别？

解决手段：

SAR海浪仿真遥感研究,39,SunandKawamura,2009,C波段ERSSAR海浪参数反演,40,三、海面风场,星载微波散射计是迄今为止最主要的测量全球海面风场的传感器风速、风向测量精度分别达到2m/s和20,缺点：

分辨率较低，25kn-50km无法测量近岸几十公里以内的海面风场,近海及岛屿和冰缘附近海域的风场变化尺度较小，几百米数公里,高分辨率遥感观测工具：

SAR,41,SAR海面风反演,SAR图像中每一个像素点的值与海面风速一一对应，利用地球物理模型函数可以反演风速。

风向的反演需要复数据。

L波段SAR海面风反演（ALOS/PALSAR,Japan）,东北大学卫星海洋实验室,42,四、内波,内波是一种海洋中尺度现象，对海洋工程、海洋军事和海洋科学都具有重要意义。

由于内波发生的随机性，采用常规观测方法获取长时间大范围的内波观测资料非常困难，因而星载合成孔径雷达（SAR）成为探测内波的重要手段。

内波是SAR图像中除海浪外最经常、最广泛的现象。

经过多年的研究，人们对内波的SAR图像特征及其时空分布特征已有较为充分的认识。

如何从提取波长、波向等内波外在属性的研究转到定量获取内波发生深度以及内波振幅等内在特性的研究，是目前内波遥感研究尤为关注的问题。

43,研究个例：

南中国海内波,44,海底地形特征是在北面和南面各有一个延伸的大陆架，在中心偏东有一条很深的海沟，轴线为东北-西南方向。

东海,台湾海峡,太平洋,巴士海峡,印度洋,马六甲海峡,南中国海是位于热带太平洋最西侧的半封闭海盆,45,合成孔径雷达（SAR）在东沙岛附近海域观测到的内波,SAR观测：

南海存在向西传播的规则内波，尤其是从吕宋海峡向大陆架方向，内波最大波长可达到200km，振幅达到100m左右。

这些波动是由穿过吕宋海峡的黑潮支流产生。

46,合成孔径雷达观测到的内波在南海北部海域的分布,黄伟艮（Huang等2008）的研究表明，在南海北部海域内波主要出现在夏季（占70%），其次是春季（占18%），再次是秋季（占11%），最少在冬季（占1%）。

47,研究个例：

黄海内波,48,合成孔径雷达在朝鲜半岛西南海域观测到的内波,49,合成孔径雷达观测到的内波在黄海的分布,在黄海海域内波主要出现在朝鲜半岛的西南海域,50,参考材料,Sun,J.andH.Kawamura（2009a）,RetrievalofsurfacewaveparametersfromSARimagesandtheirvalidationinthecoastalseasaroundJapan,J.Oceanogr.,65,567-577.,SyntheticApertureRadarMarineUsersManual,Chapter5,51,思考题合成孔径雷达的原理方位分辨率、距离分辨率多普勒效应推导合成孔径雷达在海洋遥感中有哪些具体应用？

52,考试时间：

2010.11.10考试题型：

一、多项选择题（5题/3）二、名词解释（10题/5）三、简答题（5题/2）四、问答题（2题/1）,53,表面波（合成孔径雷达）,东北大学卫星海洋实验室,54,海表面风（合成孔径雷达）,东北大学卫星海洋实验室,