合成孔径雷达（SAR）基本概念

合成孔径雷达天线往往仅用单个辐射单元，沿一直线依次在若干个位置平移，且在每一个位置发射一个脉冲信号，接收相应发射位置的雷达回波信号并储存起来，然后通过信号处理的方法产生一个等效的长的线性阵列天线。

SAR通过脉冲压缩技术改善距离分辨力，通过合成孔径技术改善方位分辨力。合成孔径雷达的特点是分辨率高，能全天候工作，能有效地识别伪装和穿透掩盖物。 

SAR思想的产生

合成孔径的概念始于50年代初期。当时，有些科学家想突破经典分辨力的限制，提出了一些新的设想：

● 利用目标与雷达的相对运动所产生的多普勒频移现象来提高分辨力；

● 用线阵天线概念证明运动着的小天线可获得高分辨力。

相参性

要想通过在不同的位置发射信号并收集后再联合处理，那么首先就要确保发射的脉冲是相参的，发射信号、本振电压、相参震荡电压和定时器的触发脉冲均由同一基准信号提供，接收机也需要具备很高的时间精度。相参性是SAR系统获得高分辨率的必要条件。

SAR回波的存储与处理

SAR是需要存储雷达回波，由于数据不是同时采集的，需要对一定的时间间隔内接收的信号进行运算。 A/D转换之后对数字信号进行存储，选择存储介质必须考虑到信息记录的速率、记录的数据容量、完成方位压缩和脉冲压缩时存储数据的读取速度。

多普勒历程

随着平台的运动，地面目标逐渐进入雷达波束，平台接近目标时多普勒频率为正，远离目标时为负，频率随时间变化曲线的斜率为负，目标的多普勒历程如下图所示。

SAR的分辨率

SAR的距离分辨率主要由发射信号的带宽决定。而SAR方位向理论分辨率等于天线孔径的一半，高的分辨力要求采用小的天线而不是大的天线，并且与距离和波长无关。当然，受到其他因素的影响，天线孔径也不可能无限小。

SAR处理过程

首先SAR天线在每个位置发射脉冲信号并接收目标回波并按顺序存储，然后通过二维匹配滤波实现目标的距离和方位向的高分辨。

运动补偿

SAR信号处理是假定雷达随飞机做直线等速飞行。实际上，运载天线的飞行器总是与这种典型的直线等速飞行状态有偏差的。因此就需要用辅助设备来补偿非直线运动。

运动补偿设备必须包含能检测飞行路线与直线路径偏离的传感器，可以用各种方式使用此敏感元件的输出。为了完善运动补偿，还必须调整接收信号的相位，以补偿实际天线与理想的形成合成天线位置之间的偏移。

极化合成孔径雷达

极化是电磁波的本质属性之一，是除频率、幅度、相位之外的又一维重要信息。电磁波的传播和散射都是矢量现象，而极化正是用来研究电磁波的这种矢量特征。SAR系统常用四种极化方式——HH、VV、HV、VH。

雷达发射的能量脉冲的电场矢量，可以在垂直或水平面内被偏振。无论哪个波长，雷达信号可以传送水平（H）或者垂直（V）电场矢量，接收水平（H）或者垂直（V）或者两者的返回信号。

单极化是指（HH）或者（VV），就是水平发射水平接收或垂直发射垂直接收。气象雷达领域那一般都是（HH）。

双极化是指在一种极化模式的同时，加上了另一种极化模式，如（HH：水平发射水平接收）和（HV：水平发射垂直接收）。

全极化技术难度很高，要求同时发射H和V，也就是（HH）（HV）（VV）（VH）四种极化方式。

电磁波的极化对目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等比较敏感，因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。下图是同一个地区不同极化方式下的成像结果。

雷达极化已经发展成为一种比较成熟的技术，在农业(分辨不同的农作物耕地)、森林(植被高度、衰减系数等生物量的估计、物种识别)、地质(地质结构描述)、水文(表面粗糙度和土壤湿度估计、雪湿度估计)、海冰监测(冰龄和厚度估计)和海洋学(波特性估计，热和波前探测)等很大范围内都得到广泛的研究和应用。

通过对雷达目标和地物杂波的极化特性测量与分析，可以实现对不同目标的分类与识别，这在雷达抗干扰领域的作用也日渐突出。 

SAR应用领域

合成孔径雷达主要用于航空测量、航空遥感、卫星海洋观测、航天侦察、图像匹配制导等。它能发现隐蔽和伪装的目标，如识别伪装的导弹地下发射井、识别云雾笼罩地区的地面目标等。