遥感教程第8-2页¶
介绍了雷达仪器的主要组成部分。用一张通用图说明了雷达系统的工作方式。阐明了SLAR雷达和SAR雷达的区别。定义了指示雷达方向性的常用术语。讨论了两种分辨率，阐述了脉冲强度对雷达回波信号解释的重要性。
雷达工作原理¶
典型的雷达系统由以下部件组成：
（1）一种脉冲发生器，用于发射定时微波/无线电能量脉冲。
发射机
双工器
（4）一种定向天线，它将每个脉冲整形并聚焦成一条流。
（5）接收天线接收并发送到接收器的返回脉冲，该接收器将其转换（并放大）为视频信号。
（六）以数字方式存储以备日后处理和/或在阴极射线管（CRT）上产生实时模拟显示或驱动移动光点在胶片上记录的记录装置。
每个脉冲仅持续微秒（通常每秒约有1500个脉冲）。脉冲长度——设置系统分辨率时带宽的一个重要因素——是脉冲产生过程中经过的距离。双工器通过在传输过程中阻塞接收来分离输出和返回的脉冲（即消除它们之间的相互干扰），反之亦然。地面系统上的天线通常是抛物面天线。
飞机上的雷达天线通常安装在平台的底面，以便将其波束指向飞机侧面的垂直于飞行路径的方向。** . 对于飞机，这种操作模式在缩写词slar中暗指，用于侧视机载雷达。一个真正的孔径slar系统使用一个长（约5-6米）的天线工作， 通常 形如圆筒壁的一部分。这种类型产生一束非相干脉冲，并利用其长度在方位角（飞行线）方向上获得所需的分辨率（与角波束宽度相关）。在任何瞬间，发射的光束都会在垂直于飞行线的扇形平面内向外传播。
第二类系统，合成孔径雷达（SAR），是移动平台的专用系统。它使用一个物理尺寸小得多的天线，当平台前进时，它从不同的位置发送脉冲，通过将脉冲回波集成到一个复合信号来模拟真实的孔径。通过适当的处理可以模拟高达100米或更长的有效天线长度。这个系统取决于 多普勒 确定方位分辨率的效果（由于目标或雷达载具的速度引起的明显频移）。当从雷达源发射的相干脉冲从地面反射到前进平台（飞机或航天器）时，目标的动作就好像是在明显（相对）的运动。这种运动导致频率的变化，从而引起返回脉冲的相位和振幅的变化。雷达记录这些数据，以便以后通过光学（使用相干激光）或数字相关方法进行处理。该系统对慢化脉冲进行分析，并将其重新组合，以合成相当于窄波束、真实孔径系统的信号。
` <>`__8-4 ： What is the main practical advantage over SAR over SLAR? `ANSWER <Sect8_answers.html#8-4>`__
现在让我们考虑一个典型雷达系统的波束特性，以及在胶片或监视器上显示的信号返回的性质和解释。下图描述了这一过程（摘自Sabins，1987年）：
这幅图的上半部分描绘了一条被雷达波束扫描的陆地表面。飞机在高于地面的某个高度向前移动 方位方向， 当脉冲在 范围（看）方向 . 从雷达到地形带内某个接地点的任何视线定义了 倾斜范围 到此为止。飞机最低点（正下方）线与任何地面目标点之间的距离为 接地范围 . 最接近飞机飞行轨迹的地面点，开始感应时，是 近距离 极限。垂直于飞行路径的最大距离处的脉冲地面点固定 远距离 . 在雷达天线上，水平面（基本上平行于水平面）与给定的倾斜范围方向之间的角度称为 俯角 β（β）表示沿着这条方向线的任何一点（这是一个助记词，意思是“当你沮丧的时候，降低你的头，不要向前看”）。我们将互补角（从垂直面测量）称为 视角 （一个好的助记法是从盯着你的脚看向上。 [垂直向下] ）这个 入射角 在该范围内的任何一点上，雷达波束方向（视向）与垂直于表面的线（法向）之间的夹角，可以以任何角度倾斜（在非平坦地形中随坡度方向变化）。俯角由近到远逐渐向外减小。脉冲行程时间在这些限制之间向外增加。单脉冲的持续时间决定了给定倾斜范围的分辨率。这种距离分辨率实际上是雷达在该距离范围内可以识别为独立的沿方位方向的两个反射点之间的最小距离。在特定的脉冲持续时间内，距离分辨率向外变差。因此，分辨率随着降低角度的增加而增加（变得更好）（这是最佳的，靠近）。
` <>`__8-5 ： Both the Sun and radar are examples of an active illuminating source. Aside from the differences in peak wavelengths, what is the most obvious difference in the way each illuminates its full target? `ANSWER <Sect8_answers.html#8-5>`__
单脉冲的持续时间决定了给定倾斜范围内的两种分辨率。在特定的脉冲持续时间内，这种距离分辨率（实际上是沿观察方向的两个反射点之间的最小距离，在该范围内，这些反射点可以被感知为独立的和不同的）向外变差。公式 距离分辨率 是：
R:sub:`r`(in cm) = τc/2cosβ ，
其中，τ（tau，希腊语）是脉冲长度（微秒），c是光速（3 x 108 m.sec）和β（β）是俯角。还有第二种方法， 方位分辨率 ，在任何特定的倾斜范围点表示沿飞行路径方向的物体的最小尺寸，可以解析；它也随俯角（即向外倾斜距离）而变化。它由以下公式给出：
R:sub:`a`(in cm) = 0.7Sλ/D,
其中s是倾斜范围（单位：km），λ（小lambda）是系统波长，d是天线的有效长度（单位：cm）。
` <>`__8-6 ： Given a C-band radar with wavelength of 5 cm that generates pulses 0.1 microseconds duration, what is its range resolution for a depression angle of 50 ° its antenna is 5000 cm in length, and it looks outward at the altitude it is flown for slant distances from 5 km to 15 km - for these conditions calculate the resolutions at the corresponding near and far ranges. `ANSWER <Sect8_answers.html#8-6>`__
上图下半部分绘制了光束扫描条内返回信号的脉冲强度。脉冲到达一个物体时会经历不同程度的后向散射。与观察方向（亚平行）成低角度的光滑或镜面，将大部分脉冲从接收器上散射开。实际上，平滑的表面将大部分信号反射出去，使其图像表现为黑色。相比之下，粗糙的表面会将脉冲光束散射到多个方向，其中一小部分会返回雷达。返回的信号量决定了图像色调的相对亮度。返回能量的数量（如后向散射回波）也取决于目标相对于信号波长的大小。尺寸与波长相似的物体看起来很亮（像粗糙的），而较小的物体则很暗（光滑）。
在上图中，首先注意追踪中的强度峰值，该峰值与朝向过往飞机的山侧陡坡相关。在这个低入射角，发射脉冲的一个重要部分直接反射回接收器。但是，光束未能到达（照亮）相对的山坡（背面），导致该阴影区域没有返回（黑色），或者如果斜坡倾斜到在高入射下接收到一些照明，则返回信号弱（深灰色）。（对于一个具有一定平均坡度和给定高度的山，阴影长度随着降低的俯角而增加。）遇到的下一个特征是植被，通常由不规则定向的表面组成，其中一些树叶面向雷达，其他树叶位于不同的位置。植物中的这些物体在一起表现为有点粗糙和漫射的表面，散射光束，但也返回中等强度的可变信号，这取决于树叶的形状和大小、树的形状、树冠的连续性等。金属桥，其光滑的表面，是一个强大的flector（建筑物的边缘和角落也趋向于这样，但其外部材料的性质在一定程度上降低了回报率）。湖面光滑，像镜面反射镜一样，将大部分信号从接收器的远距位置转移出去。近距离位置的光滑表面将返回更多的信号。一个表面的行为，无论是光滑的，中间的，或粗糙的，就小表面物体的高度h而言，可以通过一个“小于”的公式来确定。Peake和Oliver给出了这些标准：对于光滑表面，这适用于：h<波长/25 x sin b；对于粗糙表面：h<波长/4.4 x sinβ（记住，β是俯角）。
` <>`__8-7 ： Calculate the smoothness and roughness values for a wavelength of 15 cm and a depression angle of 60°. `ANSWER <Sect8_answers.html#8-7>`__
` <>`__8-8 ： How will the circular fields, watered by the pivot irrigation described in Section 3, appear (gray level wise) in a radar image? `ANSWER <Sect8_answers.html#8-8>`__
图中所示的信号轨迹表示由像素组成的单个扫描线，每个像素对应于地面上的分辨率确定区域。扫描线的连续性通过改变显示器上的光强度（本身由屏幕分辨率像素组成）或胶片中的密度水平（与信号强度成比例）来产生图像。在胶片或传统黑白显示器上，强强度峰值显示为光色调，弱返回信号为暗。
` <>` __* * 对于地面上运行的雷达，如用于空中和海上导航以及天气监测的雷达，天线通常是一个安装旋转的“碟形天线”。
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主要作者：Nicholas M.Short，高级电子邮件： nmshort@nationi.net