农业部最近发射了一部合成孔径雷达探测中国的农业种植分布。合成孔径究竟是一种什么技术呢？最近国外一个雷达专家Gregory博士自己在家制作了一部超宽带合成孔径雷达，他的原材料是从eBay上买来的。我觉得他的教材很有兴趣所以翻译一下提供给留园的科技爱好者。



1）孔径和天线 


* 和照相机类似，孔径越大，收集到的能量也越大

* 对于一个椭圆形抛物面的天线来说，天线的口径就是它的孔径

* 也就是说口径越大，接受的信号也就越强，信噪比也就越大

* 天线的口径越大它的分辨率也就越高



2）平面位置指示（PPI）



下面这张图简单概述了常规雷达的工作原理：


常规雷达系统由旋转的雷达天线和显示器组成，目标的距离和方位的探测型号强弱和精度取决于雷达的口径。



3）第二次世界大战中的平面位置指示雷达的应用


第二次世界大战中，英国皇家空军的哈利法克斯轰炸机领航机装备了这种对地面的平面位置显示雷达。雷达的应用解决了很多在对地面轰炸中棘手的难题：



* 欧洲上空的多云天气降低了可见度

* 夜间轰炸的复杂的导航



使用了这种雷达技术，英军的轰炸机可以在多云天和夜间实现成功导航并轰炸德国的城市和军事设施。后期研发的雷达还具备了描绘地标的功能。



4）雷达天线和列阵


* 雷达口径越大，雷达天线列阵也就越多

* 列阵越多，雷达的信号也就越强

* 列阵越多分辨率也就越强（3db雷达波宽越小雷达分辨率越高）



5）合成孔径雷达原理（SAR）


合成孔径雷达是由下面三个部分组成的:



* 机载大功率小孔径雷达

* 飞行线路和时间资料

* 合成孔径图像处理算法重新组合沿途镜像从而模拟出一台超宽孔径的雷达



6）合成孔径算法概述



合成孔径算法的核心技术是距离徒动成像算法（RMA）。这个算法包括了模拟的雷达曲面对波峰的影响的调节。这个技术模拟了一部超大口径的雷达。具体算法如下：



飞行数据 ==》 希尔伯特转换（Hilbert Transform）==》 曲面调节矩阵 ==》 成像对比过滤 ==》 斯特尔特转换（Stolt Transforrm） ==》 二维离散傅立叶转换 ==》最终成像




 （合成图像）



7）早期机载合成孔径雷达系统


超宽频X-波段雷达显示效果（2.5英寸分辨率）：


对比一下相同分辨率的航空照片：






（夜深了，我先写到这里，下期将介绍作者在后院DIY的合成孔径雷达）




上期讲到了合成孔径雷达原理。本期将研究如何在后院DIY一个合成孔径雷达。

1）线性滑轨合成孔径雷达

我们DIY的雷达由三个组成部分：
* 毫米波防撞雷达
* 徒距数据由线性滑轨进行精确测量
* 个人电脑上运行合成孔径成像程序从而生成高分辨率的目标图像

系统模块图：
 数据处理软件：
在SourceForge上有一个开放源代码软件包叫做RAT（雷达工具包），专门用来处理合成孔径雷达数据成像。
http://sourceforge.net/projects/radartools.berlios/

最终合成影像


有兴趣阅读原版麻省理工学院公众雷达课程的童鞋可以访问一下MIT站点：
http://ocw.mit.edu/resources/res-ll-003-build-a-small-radar-system-capable-of-sensing-range-doppler-and-synthetic-aperture-radar-imaging-january-iap-2011/lecture-notes/

另外还可以从上述网站下载所有相关硬件和软件数据。

（注：Gregory博士就是第四课的讲师）




 
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版主:余一笑于2014_11_23 8:28:09编辑
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