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第1章 合成孔径雷达概述 1

1.1 原理 1

1.1.1 合成孔径的形成 1

1.1.2 信号特征和分辨率 3

1.1.3 SAR的工作特点 5

1.2 组成 6

1.3 性能 8

1.3.1 空间性能参数 8

1.3.2 辐射性能参数 9

1.3.3 技术性能参数 9

1.3.4 几点说明 10

1.3.5 实例 11

1.4 设计要求 12

1.4.1 任务要求 13

1.4.2 工作频率和极化 13

1.4.3 天线尺寸和脉冲重复频率 14

1.4.4 天线波束的电扫描和波束成形 15

1.4.5 发射信号的频宽 16

1.4.6 观测模式 17

1.5 发展现状和未来 20

1.5.1 发展现状 20

1.5.2 未来展望 24

参考文献 31

第2章 卫星轨道设计基础 33

2.1 卫星轨道的基本概念 34

2.1.1 卫星轨道的零级近似解 34

2.1.2 卫星轨道摄动 36

2.1.3 卫星轨道分类和特点 38

2.2 地面覆盖特性 40

2.2.1 卫星与地面目标的角度关系 41

2.2.2 瞬时视场面积的计算 42

2.2.3 面积覆盖速率的计算 44

2.3 SAR卫星轨道选择 45

2.4 SAR卫星轨道设计方法 48

2.4.1 太阳同步冻结轨道设计 48

2.4.2 太阳同步重复轨道设计 49

参考文献 56

第3章 合成孔径雷达的数字成像处理 57

3.1 星载SAR的信号模型 58

3.1.1 回波信号波形表示式 59

3.1.2 以二维格式表示一维波形 60

3.1.3 脉冲响应函数 61

3.1.4 扩展目标响应函数 63

3.1.5 目标场的重构 63

3.1.6 方位信号的相位历程 64

3.2 数字成像处理基础 67

3.2.1 数字成像处理算法 67

3.2.2 数字成像处理过程 69

3.2.2.1 相关处理前的点目标响应 69

3.2.2.2 距离压缩 71

3.2.2.3 方位压缩 72

3.2.2.4 多视处理 79

3.2.3 数字成像处理实现 81

3.3 变换线性调频尺度的精密成像算法 83

3.3.1 变换线性调频尺度原理 83

3.3.2 SAR原始信号描述 84

3.3.3 变换线性调频尺度算法 89

3.4 多普勒参数估值 95

3.4.1 多普勒参数误差对图像质量的影响 95

3.4.2 回波多普勒频率的计算 97

3.4.3 多普勒参数自动估值 102

3.5 运动效应与误差补偿 109

3.5.1 轨道运动误差 110

3.5.2 姿态误差 113

3.5.3 运动误差补偿 116

参考文献 118

第4章 合成孔径雷达的分辨特性 120

4.1 空间分辨特性 120

4.1.1 距离分辨率 121

4.1.2 方位分辨率 122

4.2 辐射分辨特性 125

4.2.1 图像强度的概率分布 125

4.2.2 辐射分辨率定义 127

4.2.3 指定图像强度的错误概率 128

4.2.4 系统热噪声的影响 132

4.2.4.1 热噪声对错误概率的影响 132

4.2.4.2 热噪声对辐射分辨率的影响 133

4.3 分辨体积与图像可懂度 135

4.3.1 分辨体积的概念 135

4.3.2 可懂度试验 136

4.3.3 分辨率的等效关系 136

参考文献 137

第5章 合成孔径雷达方程 139

5.1 合成孔径雷达方程推导 140

5.1.1 决定回波信号功率的雷达方程 140

5.1.2 决定检测前信噪比的雷达方程 142

5.1.3 决定检测后信噪比的雷达方程 144

5.1.4 决定发射机平均功率的雷达方程 145

5.1.5 决定噪声等效后向散射系数的雷达方程 145

5.2 合成孔径雷达方程讨论 146

5.2.1 用于计算的简化雷达方程 146

5.2.2 σ0的决定 147

5.2.3 损耗因子 151

参考文献 155

第6章 合成孔径雷达的模糊性 156

6.1 模糊性的来源 156

6.1.1 距离模糊性 157

6.1.2 方位模糊性 157

6.1.3 补充说明 158

6.2 模糊性设计约束 159

6.2.1 天线的最小面积 159

6.2.2 选取Fr的限制条件 161

6.3 模糊比的计算 162

6.4 距离模糊性的抑制 169

6.5 方位模糊性的抑制 174

6.5.1 方位信号特性分析 174

6.5.1.1 方位信号模型 174

6.5.1.2 方位信号的性质 176

6.5.2 理想滤波器概念 179

6.5.2.1 匹配滤波器的缺陷 179

6.5.2.2 理想滤波器的构成 180

6.5.3 用理想滤波器抑制方位模糊性 181

参考文献 185

第7章 波束扫描与聚束式合成孔径雷达 187

7.1 扫描覆盖特性 188

7.1.1 扫描周期 188

7.1.2 波束驻留时间与方位分辨率 189

7.1.3 波位数目 189

7.1.4 扫描范围及其限制 190

7.1.5 观测带宽度 191

7.1.6 波束宽度随扫描角变化的情况 192

7.2 发射功率 192

7.3 数据率 194

7.4 设计考虑 195

7.4.1 波束控制与成像处理能力要求 195

7.4.2 应注意的问题 195

7.5 计算例子 197

7.6 波束扫描的实现 201

7.6.1 Radarsat的波导缝隙天线阵 201

7.6.2 SIR-C/X-SAR的有源微带天线阵 204

7.7 聚束式工作模式 208

7.7.1 分辨率 208

7.7.2 覆盖特性 209

7.7.3 成像处理方法 210

参考文献 212

第8章 干涉式合成孔径雷达 214

8.1 基本原理 215

8.1.1 双天线InSAR 215

8.1.1.1 距离向双天线InSAR 215

8.1.1.2 方位向双天线InSAR 217

8.1.1.3 距离及方位向双天线InSAR 218

8.1.2 重复通过InSAR 218

8.1.3 差分式InSAR(D-InSAR) 219

8.1.4 InSAR的数据处理 220

8.2 测高精度 221

8.2.1 测高误差的一般表示式 221

8.2.2 各误差分量的表示式 223

8.2.3 误差分析 223

8.2.3.1 σ1误差项 223

8.2.3.2 σ2和σ3误差项 228

8.2.3.3 σ4误差项 229

8.2.3.4 σ5误差项 229

8.3 回波信号的去相关效应 229

8.3.1 相关性的一般表示方法 229

8.3.2 热噪声引起的去相关 230

8.3.3 空间基线的去相关 231

8.3.4 旋转引起的去相关 233

8.3.5 时间去相关 234

8.3.6 去相关效应引起的相位测量误差 235

8.4 测角误差与滤波 236

8.5 临界基线与最佳基线 239

8.5.1 临界基线 239

8.5.2 最佳基线 240

8.5.3 基线长度的计算 240

8.6 相位解缠 241

参考文献 245

第9章 在合成孔径雷达中检测动目标 248

9.1 用反射率频移法检测动目标 249

9.1.1 回波信号的方位功率谱 249

9.1.2 静目标的反射率频移 249

9.1.3 用反射率频移法检测动目标 251

9.2 用多视图像位移检测动目标 254

9.3 用多天线多通道技术检测动目标 258

9.4 干涉雷达海浪成像 260

参考文献 264

第10章 合成孔径雷达对地面目标定位 266

10.1 距离-多普勒信息定位原理 267

10.2 目标相对位置的解析公式 269

10.3 目标距离和多普勒参数的决定 271

10.3.1 目标距离的决定 271

10.3.2 回波多普勒频率的决定 273

10.4 卫星位置和速度的决定 273

10.4.1 坐标系的选择和变换 274

10.4.2 卫星在Oex1y1z1坐标系中的位置和速度 275

10.4.3 卫星在Oex4y4Z4坐标系中的位置和速度 277

10.4.4 在Oxyz坐标系中的相对速度分量 277

10.4.5 卫星(星下点)的经纬度 277

10.5 目标位置的经纬度及其计算步骤 278

10.5.1 目标位置的经纬度 278

10.5.2 目标位置的计算步骤 280

10.6 定位误差分析 281

10.6.1 决定相对位置的误差 281

10.6.2 决定星下点位置的误差 284

10.6.3 目标的绝对定位误差 285

10.6.4 其他误差因素的影响 285

10.6.5 误差合成 286

10.6.6 定位精度评估 287

参考文献 288

第11章 合成孔径雷达校准 289

11.1 雷达图像质量评价 290

11.1.1 基于点目标的图像质量评价 290

11.1.2 基于面目标的图像质量评价 292

11.1.3 基于几何校正的图像质量评价 293

11.2 辐射校准 294

11.2.1 内部校准 295

11.2.2 外部校准 296

11.2.2.1 天线方向图和发射功率的测量 296

11.2.2.2 使用参考面目标的校准 297

11.2.2.3 使用参考点目标的校准 299

11.2.3 校准误差 309

11.3 极化校准 310

11.4 干涉雷达校准 314

11.5 有源雷达校准器 315

参考文献 320

第12章 合成孔径雷达数据传输 322

12.1 数传速率的决定 323

12.1.1 决定数传速率的因素 323

12.1.2 SAR原始视频信号的数据率 323

12.1.3 数传速率 324

12.2 降低数据速率的方法 324

12.2.1 缓存器的应用 324

12.2.2 分路传输 325

12.2.3 雷达信号数据压缩 325

12.3 调制方式的选择 329

12.3.1 选择调制方式的依据 329

12.3.2 各种调制方式性能的比较 329

12.3.3 QPSK调制器的实现 330

12.4 数传系统原理框图 331

12.5 星-地数传线路计算 334

12.5.1 基本公式 334

12.5.2 空间损耗的计算 335

12.5.3 地面站品质因数的计算 336

12.5.4 Es/No值的决定 336

12.5.5 线路损耗的决定 337

参考文献 338