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第1章 SAR成像的必备理论工具 1

1.1 电磁波的传播与极化 1

1.1.1 麦克斯韦方程组 1

1.1.2 电磁波极化 3

1.1.3 部分极化波 8

1.1.4 附加内容：SU（2）-O＋（3）的同态代数方法 12

1.2 微波天线的电磁辐射 14

1.2.1 简介 14

1.2.2 电磁辐射方程 14

1.2.3 电磁辐射方程的求解 15

1.2.4 天线方向图、方向性系数和增益 15

1.2.5 平面天线的辐射 15

1.2.6 天线阵列 18

1.2.7 合成孔径雷达天线技术 19

1.3 波和自然表面的相互作用——雷达测量的物理基础 20

1.3.1 简介 20

1.3.2 表面散射 20

1.3.3 体散射 27

1.3.4 电磁波的穿透特性 29

1.3.5 倾斜对散射测量的影响 30

1.4 信号处理的内容：傅里叶变换和采样定理 31

1.4.1 简介 31

1.4.2 实周期函数的傅里叶级数 31

1.4.3 傅里叶变换 31

1.4.4 傅里叶变换（FT）的性质 32

1.4.5 标准函数的傅里叶变换 32

1.4.6 实信号采样 35

1.4.7 采样定理（香农定理） 36

1.4.8 快速傅里叶变换（FFT）算法 38

1.4.9 二维傅里叶变换 39

参考文献 39

第2章 SAR信号处理：SAR核心技术 40

2.1 简介 40

2.2 合成孔径雷达基本原理 41

2.2.1 一种新颖的对地观测手段 41

2.2.2 距离向分辨 42

2.2.3 三个基本的雷达频率 42

2.2.4 合成孔径的直观几何学理解 44

2.2.5 合成孔径解析几何模型 48

2.3 频域表示法 52

2.3.1 在频域表示的相位分布 53

2.3.2 非零多普勒中心 54

2.3.3 多普勒中心估计 56

2.3.4 平均多普勒（多普勒中心）估计 56

2.3.5 归一化多普勒中心估计（整数部分） 58

2.3.6 距离徙动 59

2.3.7 距离向处理 61

2.3.8 饱和效应 62

2.3.9 干扰影响 63

2.3.10 雷达走-停近似 64

2.4 SAR聚焦算法 65

2.4.1 通用的预处理步骤——距离压缩 65

2.4.2 时域处理 66

2.4.3 距离多普勒（“经典”）算法 67

2.4.4 一种可选的技术——Ωκ处理器 67

2.4.5 细微形变——chirp scaling 67

2.4.6 PRISME算法——一种多级处理技术 67

2.4.7 非聚焦处理——一种特殊情况 69

2.4.8 非聚焦处理技术的一个实用例子 70

2.4.9 另一种特殊情况——去斜处理 70

2.4.10 没有近似的处理技术 72

2.5 系统约束条件 73

2.5.1 雷达系统设计 73

2.5.2 时序约束 73

2.5.3 不同类型的雷达数据 74

2.5.4 欺骗自然规律的诀窍 75

2.6 几何特性 78

2.6.1 关于距离对图像影响的实例 78

2.6.2 几何位置方程 80

2.6.3 垂直雷达摄影测量 83

2.6.4 雷达摄影测量和干涉技术 84

2.6.5 倾斜雷达摄影测量 84

2.6.6 雷达测角 84

2.7 超分辨率技术简介 85

2.8 双基雷达数据处理和几何特征 86

2.8.1 直达波 88

2.8.2 三角分辨率 88

参考文献 89

第3章 从SAR设计到图像质量 90

3.1 简介 90

3.2 点目标的雷达方程和雷达散射截面积（RCS） 91

3.2.1 损耗因素 93

3.3 分布目标的雷达特征——后向散射系数σO 94

3.4 SAR合成处理之前雷达-目标链路的信噪比（SNR） 94

3.5 SAR合成处理过程中信噪比的变化 95

3.5.1 点目标 96

3.5.2 分布目标 99

3.6 雷达设备噪声等效后向散射系数σO （NEσ Oinst） 100

3.6.1 提高分辨率的能量代价 100

3.7 图像模糊度对NEσ Oinst的影响——总图像噪声（NEσ Otot） 100

3.7.1 距离模糊 100

3.7.2 方位模糊 101

3.7.3 距离和方位模糊的结合考虑 103

3.7.4 总NEσO （NEσ Otot） 103

3.8 平台产生的数据量 105

3.9 传输数据率 105

3.9.1 信源编码 107

3.10 定标和相应的图像质量要求 109

3.10.1 内定标 110

3.10.2 外定标 110

3.10.3 定标需求和期望的科学成果 111

3.11 斑点噪声和图像统计特性 112

3.11.1 物理来源 112

3.11.2 完全形成的斑点的统计特性 113

3.11.3 斑点噪声：乘性特征与建模 114

3.11.4 纹理效应 115

3.11.5 多视图像中的斑点噪声 115

3.11.6 相干斑抑制滤波器 118

3.12 脉冲响应（IR） 121

3.12.1 距离脉冲响应（RIR） 122

3.12.2 方位脉冲响应（AIR） 122

3.12.3 复图像频谱，ISLR，PSLR，加权的作用 123

3.13 图像质量的辐射要素 125

3.13.1 估计和分析NEσ Otot 125

3.13.2 模糊度估计 125

3.13.3 辐射分辨率 126

3.14 图像质量的几何要素 127

3.14.1 空间分辨率和像素尺寸 127

3.14.2 几何失真 127

3.14.3 图像定位 128

3.15 雷达图像解译 130

3.15.1 数据描述 130

3.15.2 多普勒频谱评估 132

3.15.3 平台位置 132

3.15.4 饱和效应 133

3.15.5 方向性效应 133

3.15.6 能否仅从图像完全描述雷达设备的特征 134

参考文献 134

第4章 SAR干涉测量技术 136

4.1 SAR干涉测量原理和局限性 136

4.1.1 SAR的特殊应用 136

4.1.2 干涉测量技术发展简史 136

4.1.3 干涉技术及SAR图像的物理特性 137

4.1.4 SAR图像的相位差 138

4.1.5 干涉测量中相位信息的鲁棒性 138

4.1.6 几何和表面变化引起的局限性 138

4.1.7 排除系统因素 141

4.2 干涉处理步骤 142

4.2.1 SAR图像配准 142

4.2.2 计算图像间的相位差 142

4.2.3 最后一步处理 145

4.3 干涉测量在地形方面的应用 145

4.3.1 公式和允许误差 145

4.3.2 消除测量模糊 147

4.4 干涉在地表形变测量中的应用 148

4.4.1 公式和允许误差 148

4.4.2 应用实例 148

4.5 地形坡度对干涉测量的影响 152

4.5.1 斜面效应的频域解译 153

4.6 结果分析 154

4.6.1 不同分布的典型信号 154

4.6.2 改进方法 155

4.6.3 实际应用中的干涉测量解译 157

4.7 可用性和任务展望 161

4.7.1 SAR存档数据的可利用性 161

4.7.2 处理资源的可用性 162

4.7.3 数据选取原则 162

4.7.4 未来专用空间任务的可能性 163

4.8 干涉与其他方法的比较 169

4.8.1 与光学立体成像技术进行地形测绘的比较 169

4.8.2 与GPS在位移测量方面的比较 169

4.9 模糊状态下相干处理的鲁棒性 171

4.10 永久散射体 172

参考文献 173

第5章 极化SAR：最大限度获取目标的特征信息 175

5.1 简介 175

5.2 雷达极化：基本原理 176

5.2.1 时序分析——对系统设计的影响 177

5.3 散射矩阵 177

5.3.1 单基特性——后向散射矩阵 178

5.3.2 目标向量 178

5.4 后向散射的标准模式 179

5.4.1 奇次（单次，三次）散射 179

5.4.2 偶次（双次）散射 179

5.4.3 衍射或偶极子机制 181

5.5 极化合成 182

5.5.1 极化特征图 183

5.6 特征极化和欧拉参数 184

5.6.1 Huynen叉 184

5.7 极化测量的相干分解 185

5.7.1 标准模型分解——Pauli矩阵组 185

5.7.2 代数分解——Cameron方法 186

5.8 去极化的情况 189

5.8.1 Stokes模型和Mueller矩阵 189

5.9 协方差矩阵和相干矩阵 193

5.9.1 协方差矩阵 193

5.9.2 相干矩阵 194

5.10 极化测量的非相干分解 195

5.10.1 分解为极化状态——Huynen方法 195

5.10.2 分解为标准机制——Freeman方法 196

5.10.3 代数分解——（H，α）法 198

5.11 极化分析实例 201

5.11.1 辐射分析 202

5.11.2 熵的分析 203

5.11.3 平均后向散射机制 203

5.12 极化信息概述 204

5.13 未来简缩极化系统 205

5.13.1 另一个思路——简缩极化和π/4模式 206

5.14 极化和干涉的融合——极化干涉SAR 207

5.14.1 干涉相干最优 207

5.14.2 植被高度反演的应用 208

5.14.3 极化干涉SAR扩展 209

5.15 结论 209

参考文献 210