用一个小天线作为单个辐射单元，将此单元沿一直线不断移动，在不同位置上接收同一地物的回波信号并进行相关解调压缩处理。一个小天线通过“运动”方式就合成一个等效“大天线”，这样可以得到较高的方位向分辨率，同时方位向分辨率与距离无关，这样SAR就可以安装在卫星平台上而可以获取较高分辨率的SAR图像。

图1

SAR成像原理示意图

1、几个参重要参数

为了更好的理解SAR和SAR图像，需要知道几个重要的参数。

分辨率

SAR图像分辨率包括距离向分辨率(Range Resolution)和方位向分辨率(Azimuth Resolution)。

图2 距离向和方位向示意图

距离向分辨率(Range

Resolution)

垂直飞行方向上的分辨率，也就是侧视方向上的分辨率。距离向分辨率与雷达系统发射的脉冲信号相关，与脉冲持续时间成正比：

Res( r) = c*τ/2

其中c为光速，τ为脉冲持续时间。

方位向分辨率(Azimuth

Resolution)

沿飞行方向上的分辨率，也称沿迹分辨率。如下为推算过程：

• 真实波束宽度： β= λ/

D

• 真实分辨率：ΔL = β*R = Ls (合成孔径长度)

• 合成波束宽度βs = λ /(2* Ls) =

D / (2* R)

• 合成分辨率ΔLs = βs* R = D

/ 2

其中λ为波长，D为雷达孔径，R为天线与物体的距离。

从这个公式中可以看到，SAR系统使用小尺寸的天线也能得到高方位向分辨率，而且与斜距离无关(就是与遥感平台高度无关)。

图3 方位向分辨率示意图

极化方式

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。雷达遥感系统常用四种极化方式———HH、VV、HV、VH。前两者为同向极化，后两者为异向(交叉)极化。

极化是微波的一个突出特点，极化方式不同返回的图像信息也不同。返回同极化(HH或者VV)信号的基本物理过程类似准镜面反射，比如，平静的水面显示黑色。交叉极化(HV或者VH)一般返回的信号较弱，常受不同反射源影响，如粗糙表面等。

图4 HV极化示意图

入射角(Incidence Angle)

入射角也叫视角，是雷达波束与垂直表面直线之间的夹角(如下图中的θ)。微波与表面的相互作用是非常复杂的，不同的角度区域会产生不同的反射。低入射角通常返回较强的信号，随着入射角增加，返回信号逐渐减弱。

根据雷达距离地表高度的情况，入射角会随着近距离到远距离的改变而改变，依次影响成像几何。

图5

SAR入射角示意图

2、SAR拍摄模式

SAR主要有三种拍摄模式：Stripmap，ScanSAR和

Spotlight。

当然最新的SAR系统拥有更多的拍摄模式，比如RADARSAT-2还用于超精细、高入射角等拍摄模式

当运行Stripmap

模式时，雷达天线可以灵活的调整，改变入射角以获取不同的成像宽幅。

最新的SAR系统都具有这种成像模式，包括RADARSAT-1/2，

ENVISAT ASAR，

ALOS PALSAR，TerraSAR-X-1，

COSMOSkyMed和RISAT-1。

图6 条带模式

扫描模式是共享多个独立sub-swaths的操作时间，最后获取一个完整的图像覆盖区域。它能解决Stripmap模式较小的刈幅。

图7 扫描模式

聚束模式-Spotlight

当执行聚束模式采集数据时，传感器控制天线不停向成像区域发射微波束。

它与条带模式主要区别为：

在使用相同物理天线时，聚束模式提供更好的方位分辨率；

在可能成像的以一个区域内，聚束模式在单通道上的提供更多的视角；

聚束模式可以更有效的获取多个小区域。

图8聚束模式

3、主流星载SAR

发射时间

波段

极化

图幅宽度(KM)

分辨率

重复周期

轨道

精度

(cm)

拍摄模式

国家

ERS-2

1995

VV

100

25

m

35

30

Stripmap

RADASAT1

1995

C

VV

10-500

10-30-100

24

>100

Stripmap

ScanSAR

加拿大

ENVISAT

2002

C

VV

100-400

20

35

30

Stripmap

ScanSAR

欧洲

ALOS

2006

L

Full

40-350

7-14-100

46

>100

Stripmap

日本

TerraSAR-X

2007

X

Full

5-10-30-100

1-3-16

11

10

Spotlight

Stripmap

ScanSAR

德国

Cosmo-skymed

X,L

Full

10-30-200

1-3-15

1-16

10

Spotlight

Stripmap

ScanSAR

意大利

2007

C

Full

10-500

3-100

10

Spotlight

Stripmap

ScanSAR

加拿大