一、SAR图像的辐射特性

SAR 图像上的信息是在雷达照射下的地物目标散射电磁波被接收后所形成的信
息，不同物体在雷达波束的照射下具有不同的后向散射特性。由于物体后向散射强度
的不同，表现在 SAR 图像上为不同的强度值，所以像素的强度特征可以作为识别地
物目标的条件。
通常，楼房舰船等物体雷达散射截面(RCS)较大，具有较强的后向散
射能力，在 SAR 图像中的像素具有较高的亮度。而平坦水面等自然目标的后向散射
回波的强度相对较小，在 SAR 图像上亮度较低。通常用雷达后向散射截面积或者
后向散射系数来表示物体的后向散射特性。

二、SAR图像的几何特性

在 SAR 图像中存在的固有特性分别为：阴影、盲区、叠掩、透视收缩、迎坡缩
短以及顶底倒置等。
在多山地区，由于地形起伏较大，距离投影会引起距离向的图像几何畸变，这被
称为地形畸变。地形畸变主要有透视收缩、叠掩和阴影这三种情况，如图 2.3 所示。

1.透视收缩

透视收缩会导致图像中目标出现尺寸缩短的情况，并且本地入射角会影响目标的
收缩程度。例如山坡等目标，虽然同一座山的前后坡尺寸大小一样，但是在图像上会
出现正对着波束的前坡显得较窄，背对着波束的后坡显得较宽的现象，这表示 SAR
图像上山坡的形状发生了变化，与真实山坡情况不一致。

2.叠掩

透视收缩的极端情况就是叠掩，对于地面坡度较大山坡，近地距目标的斜距较大，
远地距目标的斜距较小，在图像上表现为两个目标点重合为一个。一般来说，由于
SAR 系统的地物目标回波信号进行叠加，叠掩区在雷达图像上一般为较亮的区域。

3、阴影

由于电磁波的直线传播原理，当天线发射的电磁波遇到高的障碍物时，电磁波会
受到遮挡，使图 2.3 中目标点 5 和 6 之间的区域不能被电磁波照射，该区域无法产生
电磁回波被 SAR 系统接收，在图像上，该区域呈现为一片黑色，称为阴影。

三、相干斑的形成机理及模型

1、形成机理

由于一个分辨单元内，SAR 接收到的实际目标回波是很多理想点目标回波的矢量和，导致实际目标的散射回波强度会在散射系数的基础上随机起伏，这就是相干斑的形成机理，对于完全发展的相干斑，通常将
其建模为乘性噪声模型。
合成孔径雷达相干成像机理导致了相干斑噪声的产生，相干斑噪声是 SAR 系统
的固有特性。每个地面分辨单元内散射点的回波被 SAR 接收后进行相干叠加，因此
在该分辨单元内会出现振幅和相位随机衰落的情况，在 SAR 图像上会出现为明暗交
错的相干斑噪声。
由于发射信号是相干脉冲，且实际目标被分解为很多理想点目标，SAR 系统接
收到实际目标的回波信号是很多理想点目标回波的矢量和，因此**实际目标的散射回波
并不完全取决于地物目标的散射系数。**由于矢量叠加，散射回波的强度会在散射系数
的基础上随机起伏，这种起伏会导致 SAR 图像出现相干斑噪声。相干斑噪声的存在
会降低图像的信噪比，严重时会导致图像细节模糊，甚至会出现图像特征消失的情况。

2、模型

如果相干斑噪声满足如下假设：

分辨单元内有足够多的散射点；
雷达分辨单元的散射幅度和相位是相互独立的；
各个散射点回波的幅度和相位与其他散射点回波的幅度和相位是独立的；
各个散射点回波的相位服从（-pi,pi）之间的均匀分布。
则称其为完全发展的相干斑，对于噪声完全发展的区域，当像素间距和雷达分辨率相
当时，相干斑通常被建模为一个随机乘性噪声：

式中，Y 表示最终的 SAR 图像强度， X 表示未受到噪声干扰的地面目标的雷达散射
特性， Z 表示均值为 1，方差为1/ L 的高斯噪声,L为多视处理的视数， X 与Z 相互
独立，相干斑的噪声分布通常可以建模为指数分布、Gamma 分布和对数正态分布。
除了式(2-6)表示的乘积模型，还可以将其表示为加性噪声的形式：

由于 X 与 Z 相互独立，那么 X 与 Z -1也相互独立，S 表示与 X 相关的噪声，式(2-7)
表示的噪声模型中，噪声均值从 1 变为了 0，方差随 X 的变化而变化。

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