合成孔径雷达实时成像处理技术王贞松1引论雷达的最早的应用领域是无线电定位和检测。雷达自身发射电磁波，并接收由目标反射的电磁波，通过测量发射和接收电磁波脉冲信号的时间间隔来确定目标的位置。同时，通过回波被调制的情况来判别目标的运动速度和目标的其他物理特性。它具有全天时、全天候、不受气候影响、穿透力强等优点。雷达常用的电磁波频率在300MHZ到40,000MHZ。一般将工作在不同频率的雷达分为Ka波段，K波段，X波段，C波段，L波段，P波段，其对应的波长频率如下表：表1不同波段雷达频率和波长对应表波段KaKXCLP波长范围（cm）0.8-1.11.1-1.72.4-3.83.8-7.515.0-30.030.0-100.0频率范围（MHz）40,000-26,00026,500-18,50012,500-8,0008,000-4,0002,000-1,0001,000-300现今雷达的应用已不仅局限在探测和定位的领域。合成孔径雷达（SAR）技术的应用已使人们能够通过雷达波照射区域的散射特性得到直观的空间可视图像，不同波长的合成孔径雷达可得到地物的不同特性信息，利用干涉SAR技术甚至可以获取三维信息和图像，在不同的应用中发挥重要作用。在雷达系统中，为了提高定位的准确性和信噪比，同时又不致对发射信号峰值功率要求过高，常使用脉冲压缩技术。即发射线性调频信号，使用匹配滤波器对回波进行匹配达到对回波的锐化，从而提高距离向分辨率，提高信噪比。在机载应用时常常将雷达天线安装在飞机的头部或腹部，雷达的照射波束与飞行方向垂直（SLARSideLookingAirborneRadar）。这时雷达的天线尺寸可以长一些（5-6米），在方位方向（飞机的飞行方向）依靠雷达的波束角来获得所需的分辨率，由于波的衍射效应，根据Rayleigh的判据，天线的照射角（角分辨率）为：Dλθ22.1=Δ(1.1)由式(1.1)可见，为提高雷达的角分辨率往往需要加大天线尺寸或提高雷达的工作频率。这两种方法在实际实现中受到限制。所谓合成孔径就是通过信号处理的方法将单个雷达多次照射的结果合成一等效的大尺寸天线阵列从而提高角分辨率，使雷达从用于“探测”目标转变到用于高分辨率“成像”。合成孔径雷达(SAR)就是利用其安装平台的运动，在不同的时刻从不同的位置照射目标，使用信号处理技术将多次照射回波仿真成尺寸长达数百米、甚至数千米长的天线来提高分辨率，达到对地面目标成像的目的。这种雷达系统的信号处理的具体实现方法是通过由雷达平台和目标的相对速度产生雷达信号的多普勒现象来获得高分辨率的雷达图像。通过使用合成孔径技术使得安装在飞机上的成像雷达天线尺寸缩小，从而可在轻型飞机上安装并节约成本。SAR作为高分辨率的微波成像雷达逐渐发展起来。SAR所得图像是地域目标的微波散射特性映像，采用多波段、多极化的微波可得到地面不同的信息甚至可对地下进行探测，所以SAR图像相对于一般的光学图像，不仅不受天气影响并且在图像的信息量上也具有相当的优势。SAR自五十年代以来，在经济、科学以及军事领域中得到了广泛的应用。2合成孔径雷达的发展和现今状况合成孔径的原理是由英国剑桥大学凯文迪什实验室（CavendishLaboratory）的MartinRyle教授发明的，并用此技术建成了合成孔径射电天文望远镜。他因此还获得了1974年的诺贝尔物理奖。早在1951年，美国GOODYEAR公司的CarlWiley提出使用多普勒频谱分析的办法来改善机载雷达的方位分辨率。这为人们利用雷达平台运动来合成大孔径雷达提高分辨率的想法提供了基础。1957年美国使用光学处理器做出了X波段雷达的第一幅完全聚焦的正侧视条带工作模式的合成孔径雷达图像。使用光学成像是由于当时的计算机处理速度不能满足SAR成像的要求。一幅SAR图像的原始数据量通常是上亿字节，而且SAR成像的算法复杂，每个像素需要1000次左右的浮点运算。六十年代末，Michigan环境研究院成功地研制了双频双极化民用机载SAR系统，该系统已可使用数字计算机进行非实时的成像处理。二十世纪七十年代电子技术的迅速发展为SAR的数字处理提供了硬件基础，SAR的信号处理由光学转向数字处理。八十年代美国研制了一系列的先进的多波段、多极化、多入射角的机载SAR系统及其实时成像处理器。在星载SAR方面，1978年美国将第一颗合成孔径雷达卫星Seasat成功地实用于对...
