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第十二章 合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar) )

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第一节 合成孔径雷达简介一、加拿大雷达卫星和合成孔径雷达 二、欧空局的环境卫星和高级合成孔径雷达 三、合成孔径雷达与真实孔径侧视雷达的分辨率

第二节 合成孔径雷达的原理一、多普勒效应 二、方位分辨率 三、距离分辨率

第三节 合成孔径雷达的应用一、一般介绍 二、海浪方向谱 三、海面风场 四、内波

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第一节 合成孔径雷达简介合成孔径雷达： 合成孔径雷达：Synthetic Aperture Radar (SAR) 主动微波雷达 微波波段：C-波段 (波长 cm),X-波段 波长5.7 微波波段：C-波段 (波长5.7 cm),X-波段 (波长 波长3cm),L-波段 (波长 波长23.5 cm)等 波长 ， 波段 波长 等 观测特点：全天候、 观测特点：全天候、可以穿透云层3

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合成孔径？ 合成孔径？合成孔径雷达长度

天线孔径

天线孔径观测范围

观测目标

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合成孔径雷达观测示意图

地距

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一、加拿大雷达卫星和合成孔径雷达 RADARSAT主要参数 主要参数发射时间： 发射时间：1995.11.4 太阳同步轨道 卫星高度： 卫星高度：798 km 轨道平面倾角：98.6° 轨道平面倾角：98.6° 轨道周期： 轨道周期：100.7 min 循环周期： 循环周期：24 days 再访问时间：4或5 days 再访问时间： 或 SAR: : 微波波段： 微波波段：C (5.3 GHz) 极化方式： 极化方式：水平极化6

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RADARSAT SAR工作模式 工作模式刈幅

工作模式 标准模式 标准模式 宽视场模式 宽视场模式 精细分辨率模式 精细分辨率模式 狭窄扫描模式 狭窄扫描模式 宽扫描模式 宽扫描模式 扩展的高入射角模式 扩展的高入射角模式 扩展的低入射角模式 扩展的低入射角模式

刈幅(km) 距离分辨率 距离分辨率(m) 方位分辨率 方位分辨率(m) 刈幅 100 150 50 300 500/440 75 75 25 35、27、23 、 、 8-9 50 100 25 25 28 28 9 50 100 28 28

入射角(° 入射角 °) 20-49 20-45 35-49 20-40/32-46 20-50 50-60 10-207

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例：宽扫描模工作模式

RADARSAT SAR在一天内的地面扫描覆盖图 在一天内的地面扫描覆盖 在一天内的地面扫描覆盖图

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RADARSAT SAR应用举例 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 年 月 日监测到的溢油在黄海 日监测到的溢油在黄海、 左图：位于黄海的线条形状的溢油 左图： 中图： 中图：团状孤立油斑 右图： 右图：位于长江口海域的长江污水形成的羽流9

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二、欧空局的环境卫星和高级合成孔径雷达 ENVISAT主要参数 主要参数发射时间： 发射时间：2002.3.1 太阳同步轨道 卫星高度： 卫星高度：800 km 轨道平面倾角： 轨道平面倾角：98.6° ° 轨道周期： 轨道周期：100.6 min 循环周期： 循环周期：35 days ASAR:

: 微波波段： 微波波段：C (5.3 GHz) 极化方式： 极化方式：多极化ASAR:Advanced SAR :10

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ENVISAT ASAR工作模式 工作模式

成像模式

波浪模式

宽刈幅模式 全球探测模式

交互极化模式

http://envisat.esa.int/handbooks/asar/toc.htm 模式 成像模式 波浪模式 5 km VV或HH 10 m 交互极化模式 最大100 km 宽刈幅模式 全球探测模式 约400 km 约400 km VV或HH 1000 m

成像宽度 最大100 km 极化方式 VV或HH 分辨率 30 m

VV/HH或VV/VH或 VV或HH HH/HV 30 m 150 m

带状地图扫描

ScanSAR扫描 扫描

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ENVISAT-ASAR优点： - 优点： 优点 1)成像模式可以提供七种不同入射角的图像 )成像模式可以提供七种不同入射角的图像 七种 2)交互极化模式提供同一刈幅的两种不同极化方 )交互极化模式提供同一刈幅的两种不同极化方 刈幅 式的图像，用户根据需要可选择以下三种极化方 式的图像， 式组合： 式组合：VV 和HH,HH和HV,VV和VH , 和 ， 和 3)宽刈幅模式采用ScanSAR技术，可以提供更宽 )宽刈幅模式采用 技术， 技术 的刈幅 多极化， 多极化，可变观测角度12

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成像模式提供的七种不同入射角的图像参数 成像模式提供的七种不同入射角的图像参数成像 幅宽 公里) 位置代号 (公里) IS1 IS2 IS3 IS4 成像模式 IS5 IS6 IS7 105 105 82 88 64 70 56 与星下点的 距离 公里) (公里) 187 - 292 242 - 347 337 - 419 412 - 500 490 - 555 550 - 620 615 - 671 入射角范围 (度) 15.0 - 22.9 19.2 - 26.7 26.0 - 31.4 31.0 - 36.3 35.8 - 39.4 39.1 - 42.8 42.5 - 45.213

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日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 ★ 日本陆地观测卫星和合成孔径雷达 (PALSAR)

ALOS主要参数 主要参数发射时间： 发射时间：2006.1.24 太阳同步轨道 卫星高度： 卫星高度：691 km 轨道平面倾角： 轨道平面倾角：98.16° ° 轨道周期： 轨道周期：99 min 循环周期： 循环周期：46 days SAR: : 微波波段： 微波波段：L (1.27 GHz) 极化方式： 极化方式：多极化ALOS: Advanced Land Observing Satellite PALSAR: Phased Array Type L-band SAR

价格便宜

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ALOS PALSAR工作模式 工作模式工作模式 精细分辨率模式 精细分辨率模式 分辨率 宽扫描模式 宽扫描模式 极化模式 刈幅(km) 距离分辨率 距离分辨率(m) 方位分辨率 方位分辨率(m) 刈幅 40-70 250-350 20-65 7-44 100 24-89 20 100 20 入射角(° 入射角 °) 8-60 18-43 8-30

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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： 距离分辨率 由脉冲持续时间τ或者等价 由脉冲持续时间 或者等价 的脉冲宽度确定

cτ δy= 2sin θθ是入射角，c是电磁波传 是入射角， 是电磁波传 是入射角 播速度， 播速度，cτ = r是雷达的 是雷达的 脉冲宽度

对于真实孔径和合成孔径雷达来 两者的距离分辨率是一样的

。 距离分辨率是一样的 说，两者的距离分辨率是一样的。16