無人機任務載荷授課人：目錄CONTENTS緒論電磁輻射及物體的波譜特性無人機航空攝影原理無人機電視攝像與跟蹤定位原理第一章第二章無人機紅外成像原理無人機載合成孔徑雷達成像原理第三章第四章第五章第六章第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述合成孔徑雷達屬于側(cè)視成像雷達范疇，側(cè)視雷達與航空攝影不同，航空攝影利用太陽光作為照明源，而側(cè)視雷達利用發(fā)射的電磁波作為照射源。它與普通脈沖式雷達的結(jié)構(gòu)大體上相似。圖為脈沖式雷達的一般組成結(jié)構(gòu)。它由一個發(fā)射機、一個接收機、一個轉(zhuǎn)換開關(guān)和一根天線等組成。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述發(fā)射機產(chǎn)生脈沖信號，由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制，經(jīng)天線向觀測地區(qū)發(fā)射。地物反射脈沖信號，也由轉(zhuǎn)換開關(guān)控制進入接收機。接收的信號在顯示器上顯示或者記錄在磁帶上。雷達接收到的回波中，含有多種信息，如雷達到目標的距離、方位，雷達與目標的相對速度（即作相對運動時產(chǎn)生的多普勒頻移），目標的反射特性等。其中距離信息可用下式表示：雷達接收到的回波強度是系統(tǒng)參數(shù)和地面目標參數(shù)的復雜函數(shù)。系統(tǒng)參數(shù)包括雷達波的波長、發(fā)射功率、照射面積和方向、極化等。地面目標參數(shù)與地物的復介電常數(shù)、地面粗糙度等有關(guān)。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述1．從真實孔徑雷達到合成孔徑雷達合成孔徑雷達（SyntheticApertureRadar，簡稱SAR）的設想，在真實孔徑雷達研究和生產(chǎn)過程中已經(jīng)形成。1951年由美國古德意（Goodyear）公司的卡爾?威萊（Wiley），在“用相干移動雷達信號頻率分析來獲得高的角度分辨率”報告里，首先提出合成孔徑側(cè)視雷達的概念，并證明雷達的角分辨率因回波信號中的多普勒頻率結(jié)構(gòu)有可能提高。1953年依利諾斯大學控制系統(tǒng)實驗室用機載X波段相干脈沖雷達對地面和海面反射信號進行研究，第一次實驗證明了合成孔徑雷達原理，并獲得了第一張合成孔徑雷達窄帶地形圖像。1957年美國密熱安大學雷達和光學實驗室為陸軍首先研究成功第一部機載光學處理的合成孔徑雷達系統(tǒng)。該系統(tǒng)于1960年公布了所攝圖像和樣機研究報告。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述1．從真實孔徑雷達到合成孔徑雷達合成孔徑雷達于20世紀60年代初達到實用水平，并開始裝備美軍，主要用于戰(zhàn)場監(jiān)視和偵察。70年代初軍用合成孔徑雷達系統(tǒng)解密，開始民用，在對地觀測遙感中取得了許多重大的成就。合成孔徑雷達成像技術(shù)也得到了很大的發(fā)展。典型的機載合成孔徑雷達系統(tǒng)有加拿大遙感中心的CV-580和美國噴氣推進實驗室（JPL）的AIRSAR系統(tǒng)。近30年來合成孔徑雷達成像技術(shù)的發(fā)展，除空間分辨率的提高以外，還表現(xiàn)在以下幾個方面：

——從單波段、單極化到多波段、多極化；

——從數(shù)據(jù)的光學記錄處理到數(shù)字記錄處理；

——從機載到星載。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述1．從真實孔徑雷達到合成孔徑雷達合成孔徑雷達波長和極化方式主要根據(jù)探測目標的微波散射性質(zhì)進行選擇。例如，采用單波段時，探測陸地一般采用HH極化方式、觀測海洋一般采用VV極化方式。與多光譜掃描圖像一樣，多波段、多極化圖像具有更豐富的目標信息，更有利于被探測目標的識別與分類。1974年加拿大遙感中心在密執(zhí)安環(huán)境研究所（ERIM）和1980年美國JPL分別研制的雙波段（L、X）、多極化（HH、VV、HV、VH）合成孔徑雷達系統(tǒng)是早期的機載多波段、多極化合成孔徑雷達。后來還有：加拿大的CV-580SAR系統(tǒng)，工作在C、X波段，具有多極化能力；JPL的AIRSAR系統(tǒng)，有P、L、C三個波段，為多極化方式；1994年美國SIR-C／XSAR有L、C、X三個波段，其中L、C波段有四種極化方式，X波段為VV極化方式，是第一部多波段、多極化的航天合成孔徑雷達對地觀測系統(tǒng)。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述1．從真實孔徑雷達到合成孔徑雷達合成孔徑雷達生成地面目標兩維圖像是比較復雜的過程。早期都是在遙感平臺上采用光學方法把回波信號的幅度和相位記錄在膠片上，形成圖像數(shù)據(jù)膠片，然后在地面利用光學相關(guān)器處理成地面圖像。光學處理雖然有速度快的特點，但不能實時傳輸，也難于進行幾何、輻射校正。20世紀60年代中期就開始了合成孔徑雷達數(shù)字記錄與處理技術(shù)的研究。70年代開始應用。90年代后的合成孔徑雷達一般都采用數(shù)字記錄和數(shù)字處理成像技術(shù)。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述2．從平面測量發(fā)展到干涉測量早期雷達攝影測量主要是平面位置測量。雖然“雷達攝影測量”（也稱“雷達圖像測量”）術(shù)語在20世紀60年代初才提出，但在PPI雷達圖像出現(xiàn)后不久（40年代末）就有雷達攝影測量論文的報道，而大量的雷達攝影測量理論與分析的報告是在側(cè)視雷達圖像出現(xiàn)以后的60年代中期。70年代以前，利用真實孔徑雷達圖像或合成孔徑雷達圖像測量熱帶、亞熱帶雨林地區(qū)地圖時，主要是采用光學糾正的方法編輯雷達像片平面圖，并以此為基礎編制各種專題圖。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述2．從平面測量發(fā)展到干涉測量雷達干涉測量為獲取地面高低起伏信息提供了一種新的方法。雷達干涉測量原理用于地形測量由Graham（1974年）提出。美國噴氣推進實驗室（JPL）于20世紀70年代首先利用雷達干涉測量技術(shù)獲取行星表面數(shù)字高程模型，80年代成功地進行了航空合成孔徑雷達干涉測量試驗。90年代，美國SIR-C／X-SAR在第二次飛行的后三天進行了重復軌道干涉雷達成像飛行。歐空局利用ERS-1三天重復軌道周期的合成孔徑雷達圖像的像對數(shù)據(jù)進行了干涉測量和差分干涉測量試驗，取得了很好的試驗結(jié)果。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述3．從單一圖像的目視判讀到多圖像計算機信息提取在雷達攝影測量中地形特征信息的提取是重要的內(nèi)容之一。20世紀70年代以前，攝影測量中地形特征信息的提取主要采用單一圖像目視判讀的方法，為充分利用影像潛力還借助放大和立體觀察。1972年美國陸地衛(wèi)星獲取地表多光譜掃描圖像以后，廣泛采用多光譜彩色合成技術(shù)，以提高目視判讀的效果，并且積極開展了計算機信息提取方法的研究和試驗。當前數(shù)字攝影測量中開始采用人機交互提取地形要素的方法。用計算機統(tǒng)計模式識別在高分辨率圖像上自動提取地形要素還有待進一步研究。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.1概述3．從單一圖像的目視判讀到多圖像計算機信息提取雷達圖像信息提取中，由于人們對微波與地面目標間相互作用的機理掌握還不夠，靠單一波段、單一極化的圖像判讀或計算機識別地形要素比較困難，將雷達圖像與可見光、紅外圖像互為補充是信息提取應用的趨勢。雷達圖像數(shù)據(jù)與其他波段、其他極化方式或其他遙感器圖像數(shù)據(jù)，通過影像融合技術(shù)，使不同波段、不同極化、不同分辨率的數(shù)據(jù)融合生成新的圖像數(shù)據(jù)，可以獲得融合前多種圖像分別提取所得不到的的新信息。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理如圖所示，側(cè)視雷達S在飛機（或衛(wèi)星）飛行時間內(nèi)向垂直于航線的方向發(fā)射一個很窄的波束，這個波束在航跡向上很窄，在距離向上很寬，覆蓋了地面上一個很窄的條帶，飛機在飛行時不斷發(fā)射這樣的波束，并不斷接收地面窄帶上的各種地物的反射信號，于是由這些波束掃視地面一條帶狀區(qū)域，形成圖中的成像帶。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理每個波束是由所發(fā)射的一個短的脈沖形成，這個脈沖遇到目標后，一部分能量由地物反射返回雷達天線，即回波。地面上與飛機距離不同的目標反射的回波，由雷達天線和接收機按時間的先后次序接收下來，并由同步的亮度調(diào)制的光點在攝影膠片上按回波的強度大小記錄下來，一條視頻回波線就記錄了窄條帶上各種地物的圖像。緊接著發(fā)射下一個脈沖，飛機同時向前飛行了一段很小的距離，然后又接收地面相鄰窄條帶的地物反射的回波信號，如此繼續(xù)，構(gòu)成地面成像帶的圖像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理右圖表示接收地面窄條帶內(nèi)幾個目標的詳細情況。這個窄條帶由A至B的幾個目標的回波經(jīng)電子處理器的處理后在陰極射線管上形成一條影像線，從A點的回波信號到達天線的時刻起，陰極射線管上的光點即開始以恒定的速度在管面掃描。A點的回波因A點離雷達最近，故最先在陰極射線管顯示出來，接著是點1的回波，光點亮度依其回波信號強弱而變化，并在管面上X處顯示出來，然后是2點的回波顯示于管面Y處，直至B點回波顯示并在膠片上曝光后，陰極射線管即被關(guān)閉，直到接收下一個脈沖信號時再啟動。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理這里提到的脈沖長度與雷達波長是不同的，從右圖中可以明白兩者之間的區(qū)別與聯(lián)系。具體的例子如X波段波長約3cm，而脈沖長度則有幾米，脈沖的不同部分被不同位置的目標反射，如圖（圖中u、v

、w為同一脈沖的三個部分，為表示它們到達目標的先后，才分開畫出表示），脈沖的u部分首先被Z點反射，然后v部分被Y點反射，要區(qū)分兩個鄰近的目標，必須是這兩個目標反射的脈沖的兩個部分在不同時間到達天線，即要求反射脈沖沒有重疊。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理如果兩個目標靠得很近，或脈沖比較長，那么這兩個目標所反射的脈沖部分就有可能重疊，即幾乎同時達到天線，因而被同時記錄下來，無法分開。在地面可以分辨的兩目標之間的最短距離就是側(cè)視雷達圖像的距離分辨率。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理距離分辨率與天線和目標之間的距離無關(guān)，或者說與天線高度無關(guān)。如圖所示，無論天線在A處，或在B處，所接收的兩相鄰目標信號均是相同的。但是在不同俯角下的兩個目標則有不同的結(jié)果。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理如下圖中X處的兩個目標與Y處的兩個目標雖然都相距同一距離，但X處俯角大，兩目標反射的脈沖會重疊，故而兩點信號無法分開。而Y處俯角小，反射信號不會重疊。這說明了距離分辨率與俯角關(guān)系甚大，側(cè)視時距離分辨率好，近垂直時反而差，與航空攝影的情況正好相反，同時也說明了雷達成像必須側(cè)視的原因。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理一般距離分辨率可用下式表示：右圖所示為兩個方向分辨率的示意。在航向上，兩個目標要能區(qū)分開來，就不能處于同一波束內(nèi)，在這一方向上所能分辨出的兩個目標的最小距離稱為方位分辨率：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.1雷達成像原理由于波瓣角與波長成正比，與天線孔徑d成反比，故方位分辨率又可表示為：可見要提高方位分辨率，必須加大天線孔徑，采用波長較短的電磁波，縮短觀側(cè)距離。但在飛機或衛(wèi)星上，這些都受到限制。目前的方法是采用合成孔徑側(cè)視雷達。這種雷達接收的回波并不象上述真實孔徑側(cè)視雷達那樣，立即顯示成像，而是把目標回波的多普勒相位歷史貯存起來，即存貯在所謂的“數(shù)據(jù)膠片”上，然后對數(shù)據(jù)膠片進行相關(guān)處理，形成圖像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)1．合成孔徑雷達成像原理合成孔徑技術(shù)的基本思想是用一個小天線沿一條直線方向不斷移動。如圖所示。在移動中的每個位置上發(fā)射一個信號，接收相應發(fā)射位置的回波信號存貯下來。存貯時必須同時保存接收信號的振幅和相位。當天線移動一段距離后，存貯的信號和長度為的天線陣列諸單元所接收的信號非常相似。合成孔徑天線是在不同位置上接收同一地物的回波信號，真實孔徑天線則在一個位置上接收目標的回波。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)1．合成孔徑雷達成像原理如果把真實孔徑天線劃分成許多小單元，則每個單元接收回波信號的過程與合成孔徑天線在不同位置上接收回波的過程十分相似。真實孔徑天線接收目標回波后，好像物鏡那樣聚合成像。而合成孔徑天線對同一目標的信號不是在同一時刻得到，它在每一個位置上都要記錄一個回波信號，每個信號由于目標到飛行器之間的距離不同，其相位和強度也不同。然而，這種變化是有規(guī)律地進行的，當飛行器向前移動時，飛行器與目標之間的球面波波數(shù)逐漸減少，目標在飛行航線的法線上時與天線的距離最小。當飛過這條法線時球面波波數(shù)又有規(guī)律地增加。這樣形成的整個影像，也不像真實孔徑雷達影像那樣，能看到實際的地面影像，而是一相干影像，它需要處理后才能恢復成地面的實際影像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)1．合成孔徑雷達成像原理一個SAR成像系統(tǒng)，基本包括發(fā)射器、雷達天線、接收器、記錄器四個部分。由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高功率調(diào)頻信號；經(jīng)發(fā)射器以一定的時間間隔（脈沖長度）反復發(fā)射具有特定波長的微波脈沖；通過發(fā)射天線向飛行器的一側(cè)沿扇狀波束寬度發(fā)射雷達信號照射與飛行方向垂直的狹長地面條帶，此波束在方位向上很窄，在距離向上很寬；借助于發(fā)射/接收轉(zhuǎn)換開關(guān)，再通過天線接收地面返回的能量；接收器將接收的能量處理成一種振幅/時間視頻信號；這種信號再通過記錄設備產(chǎn)生圖像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)1．合成孔徑雷達成像原理合成孔徑雷達的方位分辨率可從圖中看出。若用合成孔徑雷達的實際天線孔徑來成像，則其分辨率將很差。如圖中所示，天線孔徑為8m，波長為4cm，目標與天線的距離為400km時，按式計算，其方位分辨率為2km?，F(xiàn)在若用合成孔徑技術(shù)，合成后的天線孔徑為，則其方位分辨率為：由于天線最大的合成孔徑為：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)1．合成孔徑雷達成像原理代入得到：

說明合成孔徑雷達的方位分辨率與距離無關(guān)，只與實際使用的天線孔徑有關(guān)。此外由于雙程相移，方位分辨率還可提高一倍，即。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)圖是合成孔徑雷達系統(tǒng)成像的幾何示意圖。其中天線照射方向與飛行方向垂直，入射角為。沿雷達視線的坐標稱為距離向，與距離向正交的坐標稱為方位向。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)雷達平臺可以是機載平臺也可以是星載平臺。隨著平臺在方位向以固定速度前進，雷達以固定間隔T（脈沖重復頻率PRF=1/T）向雷達照射區(qū)域發(fā)射電磁脈沖，并記錄相應回波。雷達的照射區(qū)域定義為天線半功率寬度在地表的范圍。由于天線波束在方位向有一定寬度，雷達飛行通過其足跡需要一定時間，在這段時間內(nèi)發(fā)射了許多脈沖，因而地面條帶內(nèi)的每一點由多個脈沖照射。SAR系統(tǒng)建立起一系列合成孔徑（天線），并在目標通過對小天線生成的寬波束時把信號的強度和相位關(guān)系存儲起來。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)

（1）雷達影像分辨率①距離分辨率如圖所示是距離分辨率原理圖，SAR一般發(fā)射線性調(diào)頻脈沖或?qū)挾葮O窄的高功率脈沖信號（前者需進行脈沖壓縮以提高其距離分辨率），在垂直于飛行方向上目標的分辨率取決于回波的延時，其距離分辨率由雷達發(fā)射波形的頻帶寬度B決定。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)②方位分辨率在航向上，兩個目標要能區(qū)分開來，就不能處于同一波束內(nèi)，在這一方向上所能分辨出的兩個目標的最小距離稱為方位分辨率，合成孔徑天線對同一目標的信號不是在同一時刻得到的，它在每一個位置上都要記錄一個回波信號，每個信號由于目標到飛行器之間的距離不同，其相位和強度也不同。然而，這種變化是有規(guī)律進行的，當飛行器向前移動時，目標在飛行航線的法線上時與天線的距離最小。方位向分辨率的數(shù)學表達形式為：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)③分辨率單元距離分辨率和方位分辨率共同構(gòu)成了地面投影的分辨率單元。它是雷達測圖技術(shù)與地形相關(guān)的重要參數(shù)，是形成精確的單幅雷達影像測圖技術(shù)中地形和影像灰度關(guān)系模型的重要依據(jù)。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)（2）波段/頻率合成孔徑雷達是采用微波進行圖像成像的，波段/頻率是系統(tǒng)很重要的參數(shù)，因為地物的后向散射特性與雷達波長關(guān)系密切。SAR延續(xù)了二次世界大戰(zhàn)時期對無線電波波段的稱謂，如K、X、C、S、L和P等。右表為常見的機載和星載合成孔徑雷達主要工作波段及對應的波長和頻率。波段代號波長范圍頻率范圍/MHzPLSCXKuKKa136～7730～1515～7.57.5～3.753.75～2.402.40～1.671.67～1.181.18～0.75220～3901000～20002000～40004000～80008000～1250012500～1800018000～2650026500～40000第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)

（3）極化不同極化的回波是相應的電場方向與地物目標相互作用的結(jié)果，顯然，目標的性質(zhì)影響著極化。雷達的極化方式不同，地物的回波響應也不同，地物即使對HH和VV極化方式的響應也不一樣，交叉極化方式與同極化方式的效果更不一樣。同一地區(qū)的HH、VV和HV圖像各不相同，尤其是HV圖像與同極化方式圖像的差異更大。某些地物的交叉極化回波具有重要的特點。掌握這些特點對于信息提取和地物識別十分重要。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)（4）入射角入射角定義為雷達入射波束與當?shù)卮蟮厮疁拭娲咕€之間的夾角，是影響雷達后向散射及圖像目標物因疊掩或透視收縮產(chǎn)生位移的主要原因。（5）視角視角，也稱為高程角，被定義為天線和地面的垂線與到入射點的發(fā)射波束之間的夾角，對水平飛行的機載雷達系統(tǒng)而言，視角是天底點與到入射點發(fā)射波束之夾角，然而，當出現(xiàn)機載或星載飛行器滾動時，視角會發(fā)生變化。從近距到遠距，視角增加，它是俯角的補角。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)（6）俯角俯角是天線水平線和從雷達到入射點的發(fā)射波束之間的夾角。雷達波對地物的不同照射方向會產(chǎn)生不同的回波效果。由于雷達波束在距離方向具有一定的寬度，因而形成了俯角范圍。在這一范圍內(nèi)雷達波束照射地面的寬度稱為照射帶寬度，在這一照射帶內(nèi)的同一類地物就可能對應著不同的俯角。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.2合成孔徑雷達成像原理6.2.2合成孔徑雷達成像原理與系統(tǒng)參數(shù)2．合成孔徑雷達系統(tǒng)參數(shù)（7）視向/走向雷達視向以及地物走向的不同對后向散射回波有很大影響。當?shù)匚锊粚ΨQ且飛行方向平行于構(gòu)造主軸線時，回波很強；當雷達照射方向與地物方向平行時，回波較弱。人工地物，以及成行的農(nóng)作物等在這方面表現(xiàn)得比較顯著。（8）視數(shù)分辨單元內(nèi)的SAR圖像是由許多小散射元的后向散射貢獻的，采用雷達信號全帶寬內(nèi)的部分帶寬的非相干疊加可以減少雷達圖像噪聲斑點，這個非相干處理過程就是多視處理。多視處理降低了噪聲斑點，但同時降低了空間分辨率。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.1斜距顯示的近距離壓縮雷達圖像中平行飛行航線的方向稱為方位向或航跡向，垂直于航線的方向稱為距離向，一般沿航跡向的比例尺是一個常量，它取決于膠片記錄地物目標的卷片速度與飛機或衛(wèi)星航速之比。但是，由于有兩種顯示方式，沿距離向的比例尺就變得復雜了。在斜距顯示的圖像上地物目標的位置由該目標到雷達的距離（斜距而不是水平距離）所決定，圖像上兩個地物目標之間的距離為其斜距之差乘以距離向比例尺：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.1斜距顯示的近距離壓縮這里、是兩目標在圖像上的橫坐標，縱坐標通常為航跡向圖像坐標，以表示，f是距離向比例尺，a為比例尺分母，它由陰極射線管上光點的掃描速度所決定。這里的距離向比例尺對應于該兩個目標，當俯角為時，有：其中：，即兩目標斜距之差。

、分別為兩目標到雷達天線的水平距離。于是兩目標的圖上距離為：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.1斜距顯示的近距離壓縮

下圖表示了地面上相同大小的地塊A、B、C在斜距圖像和地距圖像上的投影，A是距離雷達較近的地塊，但在斜距圖像上卻被壓縮了，可見比例尺是變化的，這樣就造成了圖像的幾何失真，這一失真的方向與航空攝影所得到的像片形變方向剛好相反（航空像片中是遠距離地物被壓縮）。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩在側(cè)視雷達圖像上所量得的山坡長度按比例尺計算后總比實際長度要短，如上圖所示，設雷達波束到山坡頂部，中部和底部的斜距分別為、、，坡的長度為L，從圖（a）中可見，雷達波束先到達坡底，最后才到達坡頂，于是坡底先成像，坡頂后成像，山坡在斜距顯示的圖像上顯示其長度為，很明顯。而圖（b）中由于，坡底、坡腰和坡頂?shù)男盘柾瑫r被接收，圖像上成了一個點，更無所謂坡長。圖（c）中由于坡度大，雷達波束先到坡頂，然后到山腰，最后到坡底，故，這時圖像所顯示的坡長為，同樣是，圖（a）所示圖像形變稱為透視收縮，圖（c）所示的形變常被稱為疊掩。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩一般令雷達圖像顯示的坡長為，有：這里為雷達波束入射角，可見當時，，即波束貼著斜坡入射時，斜坡的圖像顯示才沒有變形，其它情況下，均小于。入射角一般可由下式表達：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩由圖可見，角的定義通常是與山坡坡度相關(guān)的（對于某一雷達系統(tǒng)，總是一個常數(shù)或一定的范圍），由的定義可見，對同樣坡度的山坡，角越大，角越小。說明近距離時圖像收縮更大。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩定義圖像透視收縮比為：圖像透視收縮比與入射角的關(guān)系由上式和上表給出第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩以上是考慮朝向雷達波束的坡面，即前坡的情況。背向雷達波束的坡面，稱為后坡，對于同一方向的雷達波束，后坡的入射角與前坡不一樣。后坡坡度與前坡相同時，圖像的收縮情況不一樣。表給出了前后坡均為15°時，后坡與前坡圖像顯示的坡長比，可見圖像上的后坡總是比前坡長，前坡的透視收縮嚴重，由于透視收縮本身表明回波能量相對集中，最集中的情況是山頂、山腰和山底的回波集中到一點，所以收縮意昧著更強的回波信號，故而一般在圖像上的前坡比后坡亮。俯角雷達坡度長度坡長比（后/前）前坡后坡75°00.50∞65°0.170.643.7655°0.340.772.2645°0.500.871.7435°0.640.941.4725°0.770.981.2815°0.871.001.15第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩右圖為圖像疊掩的形成，可見山頂D點是與山下C點在圖像上成像于同一點，山底成像晚于山頂，這種成像與航攝像片中的成像正好相反，一般說來，當雷達波束的俯角與山坡度角之和大于90°

時，才會出現(xiàn)疊掩。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩下表給出了不同坡度產(chǎn)生疊掩的條件，可見波束入射角為負時才產(chǎn)生疊掩地形坡度＞80°＞70°＞60°＞50°＞40°＞30°＞20°＞10°10°20°30°40°50°60°70°80°↑

負

↓第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.2合成孔徑雷達圖像的透視收縮和疊掩圖表明俯角與疊掩的關(guān)系。即俯角越大，產(chǎn)生疊掩的可能性越大，且疊掩多是近距離的現(xiàn)象，圖像疊掩給判讀帶來困難，無論是斜距顯示還是地距顯示都無法克服。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.3雷達陰影雷達波束在山區(qū)除了會造成透視收縮和疊掩外，還會對后坡形成陰影。如圖所示，在山的后坡雷達波束不能到達，因而也就不可能有回波信號。在圖像上的相應位置出現(xiàn)暗區(qū)，沒有信息。雷達陰影的形成與俯角和坡度有關(guān)。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.3雷達陰影下圖說明了產(chǎn)生陰影的條件。當背坡坡度小于俯角，即時整個背坡都能接收波束，不會產(chǎn)生陰影。當時，波束正好擦過背坡，這時就要看背坡的粗糙度如何，倘為平滑表面，則不可能接收到雷達波束，若有起伏，則有的地段可以產(chǎn)生回波，有的則產(chǎn)生陰影。當時，即背坡坡度比較大時．則必然出現(xiàn)陰影。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.3合成孔徑雷達圖像的幾何特征6.3.3雷達陰影

上面所述是山脊走向與雷達波束垂直時的情況。當山脊走向與航向不平行，其夾角不為零時，產(chǎn)生陰影的條件會發(fā)生變化。右圖即表示了在不同角和不同俯角情況下會產(chǎn)生陰影的背坡坡度，右圖中虛線指示了當山脊走向與雷達波束的夾角為40°，俯角為40°時，只有當背坡坡度大于47.5°時，才會產(chǎn)生陰影。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.1斜距投影變形合成孔徑雷達屬斜距投影類型傳感器，如圖所示，為雷達天線中心，為雷達成像面。地物點P

的圖像坐標y是雷達波束掃描方向的圖像坐標，它取決于斜距以及成像比例尺第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.1斜距投影變形由于有于是此外，地面點P在等效的中心投影圖像上的成像點的坐標可表示為從上面兩式可推導出雷達成像坐標和等效中心投影圖像坐標間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，即第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.1斜距投影變形于是，斜距投影的變形誤差為斜距變形的圖形變化如圖所示第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.2外方位元素變化的影響傳感器的外方位元素，即傳感器成像時的和姿態(tài)角，而對側(cè)視雷達而言，還應加上飛行讀數(shù)。當外方位元素偏離標準位置而出現(xiàn)變動時，就會產(chǎn)生變形。這種變形的影響一般用地物點的圖像坐標誤差來表達，并可以通過傳感器的構(gòu)像方程來進行分析。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.2外方位元素變化的影響對于真實孔徑雷達，它的側(cè)向圖像坐標取決于雷達天線中心到地物點之間的斜距。一般說來，傳感器圍繞其中心產(chǎn)生姿態(tài)角的變化時，并不影響斜距的變化，但是由于雷達發(fā)射波沿側(cè)向呈現(xiàn)細長波瓣狀（如圖（a）），當雷達天線的姿態(tài)角發(fā)生變化時，其航向傾角和方位旋角將使雷達波瓣產(chǎn)生沿航向平移和指向的旋轉(zhuǎn)，引起雷達對物點掃描時間上的偏移和斜距的變化，因而造成圖像變形。而旁向傾角不會改變斜距，只是照射帶的范圍會發(fā)生變化。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.2外方位元素變化的影響對于合成孔徑側(cè)視雷達，其成像過程可分為兩個階段。首先，利用雷達相干波產(chǎn)生全息的雷達信號圖像，如下圖左所示，然后通過光學（或數(shù)學）解碼系統(tǒng)，將雷達信號變?yōu)閷嵉貓D像（下圖右）。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.3地形起伏的影響地形起伏在合成孔徑雷達圖像上引起的像點位移情況如圖所示。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.3地形起伏的影響設地面點上的高程為，其圖像坐標為，P是P′點在地面基準面上的投影點，其斜距可近似的表達為這里是點的成像角。于是相應的因地形點起伏產(chǎn)生的位移為：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.3地形起伏的影響下圖是地形起伏對中心投影圖像和斜距投影圖像影像的對比，地形起伏在中心投影圖像上造成的像點位移是朝背離原點方向變動的，而在雷達圖像上則向原點方向變動。這種投影差相反的特點，將使得對雷達圖像進行立體觀測時，看到的是反立體。此外，高出地面物體的雷達圖像還可能帶有“陰影”，遠景地物可能被近景地物的陰影所覆蓋，這也是與中心投影圖像不通之處。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.4地球曲率的影響如圖所示，設地面點到傳感器與地心的連線的投影距離為，又設地球的半徑為，則根據(jù)圓的直徑與弦線交割線段間的數(shù)學關(guān)系可得第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.4地球曲率的影響由于對中心投影傳感器情況有式中故對側(cè)視雷達斜距投影，有第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.5大氣折射的影響如圖所示，在無大氣折射影響下，地面點P的斜距為R，而有大氣折射時，電磁波則通過弧距到達P點，其等效的斜距為，從而使圖像點從P位移到P′，即。顯然，由于雷達波路徑長度改變引起的像點位移誤差為其中，路徑的長度改變可用弧長與弧長R

之差來表達。設弧長的曲率半徑為，則：第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.5大氣折射的影響

可用下式來估計：其中，n=1.00035是海平面上的大氣折射系數(shù)；

θ

為P點的成像角，；

，是折射率隨高度變化值梯度。代入可得第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.5大氣折射的影響大氣折射對電磁波傳播的影響還體現(xiàn)在傳播時間的增加上，由此引起的斜距變化為式中，，為大氣層中的平均折射系數(shù)。由此引起的像點位移為通過比較計算，可發(fā)現(xiàn)由大氣折射引起之路程變化的影響極小，可忽略不計。而時間變化的影響，不能忽略，需加以更正。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.6地球自轉(zhuǎn)的影響在靜態(tài)傳感器（例如常規(guī)攝影機）成像的情況下，地球自轉(zhuǎn)不會引起圖像變形，因為其整幅圖像是在瞬間一次曝光成像的。地球自轉(zhuǎn)主要是對動態(tài)傳感器的圖像產(chǎn)生變形影響，特別是對衛(wèi)星遙感圖像。當衛(wèi)星由北向南運行的同時，地球表面也在由西向東自轉(zhuǎn)，由于衛(wèi)星圖像每條掃描線的成像時間不同，因而造成掃描線在地面上的投影依次向西平移，最終使得圖像發(fā)生扭曲。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.6地球自轉(zhuǎn)的影響下圖描述了地球靜止的圖像（）與地球自轉(zhuǎn)的圖像（）在地面上投影的情況。由圖可見，由于地球自轉(zhuǎn)的影響，產(chǎn)生了圖像底邊中心點的坐標位移和，及平均行偏角。顯然第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.6地球自轉(zhuǎn)的影響首先求。設衛(wèi)星從圖像首行到末行的運行時間t，則

式中：為地球平均曲率半徑；為衛(wèi)星沿軌道面運行角速度。于是其中：是地球自轉(zhuǎn)角速度；是圖像底邊中點的地理緯度。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.4合成孔徑雷達圖像的幾何變形分析6.4.6地球自轉(zhuǎn)的影響然后需要確定。設衛(wèi)星軌道面的偏角為，則由右圖的球面三角形，可見：故而則得地球引起的圖像變形誤差公式第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正1.F.Leberl成像模型F.Leberl模型是根據(jù)SAR成像原理來確定像點在像空間位置的數(shù)學模型。其主要依靠兩個條件：一是根據(jù)雷達波在目標上回波時間的長短來確定像點到雷達天線的距離，由此確定目標像點在距離向的位置；二是根據(jù)雷達回波的多普勒特性，通過方位壓縮處理，確定目標所在的方位向位置。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正1.F.Leberl成像模型（1）距離條件

第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正1.F.Leberl成像模型（2）多普勒條件在信號處理中，雷達的回波頻率的簡化式為：當飛機飛行速度矢量與天線至地面點矢量保持垂直，此時＝0，下式即為零多普勒條件。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正2.合成孔徑雷達圖像幾何精糾正合成孔徑雷達圖像的幾何精糾正是建立在其成像模型的基礎上，它不需要內(nèi)定向、外定向過程，但仍需要進行定向參數(shù)計算和影像重采樣兩個步驟。（1）定向參數(shù)計算如果采用F.Leberl成像模型，需要對F.Leberl公式線性化；若用f和g分別表示斜距顯示圖像的距離條件方程式和零多普勒條件方程，則有第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正2.合成孔徑雷達圖像幾何精糾正需要對上式進行線性化得到式中，定向參數(shù)的改正數(shù)為第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正2.合成孔徑雷達圖像幾何精糾正（2）重采樣合成孔徑雷達圖像定向之后，可以采用直接法或者間接法采樣方案進行幾何糾正。間接法重采樣與畫幅式圖像幾何重采樣相同，也包括三個計算步驟：①計算糾正后圖像的地面圖廓范圍和圖像尺寸；②計算像點坐標；③灰度內(nèi)插和賦值。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.1合成空間雷達成像模型及其幾何糾正2.合成孔徑雷達圖像幾何精糾正下左圖為原始SAR圖像，下右圖為采用F.Leberl糾正模型進行幾何糾正后的圖像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.2平面測量利用單張合成孔徑雷達圖像進行量測時，須注意以下三點：（1）一般所用合成孔徑雷達圖像應是平坦地區(qū)或地面起伏較小的地區(qū)，在這類地區(qū)按照雷達成像的基本幾何關(guān)系是可以保證一定的量測精度的。（2）在量測圖像上某目標的長度時，要注意所謂光電尺寸的補償。由于雷達圖像記錄了地面上每一地物回波信號很強，即使它在這一分辨單元所占比例很小，它的“貢獻”仍然很大。對于無回波地物或陰影的長度計算則正好相反，須再加上一個分辨單元長度，因為這類地物的兩端所處的分辨單元可能因為有較強回波信號地物而讓那些地物信號占據(jù)了回波信號的主體，淹沒了無回波地物或處于陰影中的地物。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.2平面測量（3）雷達圖像分為兩種，即地距表示的圖像和斜距表示的圖像，因此事先要弄清是何種表示的圖像，如果是地距表示的圖像，一般就可以直接在圖上量測了。對于斜距表示的圖像，則要先進行斜距到地距的轉(zhuǎn)換，即或或第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.2平面測量其中：是目標P的地距，H為標準航高，為該目標斜距，為對點的入射角，其數(shù)值范圍一般有圖像技術(shù)參數(shù)給出，航高及圖像比例尺也在圖像技術(shù)參數(shù)中給出。因而在圖上量出距離向的目標坐標后，即可估算出該點的地距。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.2平面測量這里須注意，圖上量出目標P的坐標后，還須加上掃描延遲，這也是圖像技術(shù)參數(shù)中給出的，如上圖中有若入射角范圍為，如圖其相應的圖上近距點為a

，遠距點為b

，則對圖上P點有第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.2平面測量在將斜距圖像轉(zhuǎn)換為地距圖像后，即可量測圖像上任意兩點間的距離，或某一目標的長度，如圖，A、B

是圖像上的兩點，或某一目標的兩個端點，CB為距離向，測量出B、C兩點的圖上距離即可計算間的實地距離，再由圖上比例尺算出AC兩點的實際距離，然后就可以計算AB兩點間的距離了。上述量測是在地面比較平坦的情況下進行的。對于山地圖像，則需要首先進行前面章節(jié)所介紹的嚴密數(shù)字幾何糾正，得到正射影像后才能進行。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.3根據(jù)陰影和疊掩測量獨立地物高度這里有兩種情況，一種是像一個山丘這樣的地物，如圖所示，它是平地中獨立的山體，其陰影部分為PQ

，在圖像上可以量測P和Q的斜距和，則陰影長度為，由于，故這樣點的相對高程P也就可以估計了第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.3根據(jù)陰影和疊掩測量獨立地物高度如果是如圖所示的直立目標，它在圖像上具有疊掩部分PT的信息pt，又陰影部分TQ的信息tq

，由于,則當陰影部分被其他地物掩蔽的情況下，還可以單獨從疊掩部分測定目標高度，因為由圖可見，于是第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量合成孔徑雷達圖像中的因高度產(chǎn)生的像點位移是疊掩產(chǎn)生的根本原因，它與光學攝影中因高度產(chǎn)生圖像位移的方向正好相反，如圖所示，光學攝影中的位移方向是背向像底點，而雷達圖像中的位移則朝向像底點。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量

光學攝影中的立體像對是由兩個攝影站點攝取同一地區(qū)的影像組成，兩攝站點之間的距離成為攝影基線，在立體像對中由于高度產(chǎn)生的位移形成視差，故而可以進行立體觀察和立體量測。側(cè)視雷達圖像也可以由雷達天線在不同位置收集同一地區(qū)的回波信號而構(gòu)成立體影像，但這時是由目標產(chǎn)生的疊掩引起圖像位移，視差是由信號疊掩形成。側(cè)視雷達圖像的立體像對可由多種方式產(chǎn)生。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量如圖所示，在目標的兩測或同側(cè)的不同高度、同側(cè)的不同距離都可以產(chǎn)生立體像對的方式如同早晨和傍晚的光學攝影，但由于雷達成像時，目標如在山丘的前坡，在圖像中比較亮，其長度可能出現(xiàn)收縮或出現(xiàn)疊掩，背坡則比較暗，其長度或縮短，或接近符合比例的長度，甚至根本看不出來，完全消失在陰影之中，這樣在目標兩側(cè)構(gòu)成立體影像時，對目標的觀察十分困難。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量所以目前一般大都采用同側(cè)成像方式，其等效的相機攝影關(guān)系如圖所示，圖中相機在u、v兩點對目標P攝影，B為基線，和為相應的圖像位移在地面上的表示，于是有第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量雷達立體圖像的產(chǎn)生則由圖所示，由于其相應的雷達俯角為，其圖像位移在地面上的表示分別為和，可見第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.4立體測量由于量測出和后，根據(jù)和可以計算和，進而可以求出和，于是有因為在圖像上可以測出視差，然后根據(jù)比例尺，即可計算出，然后再計算值。這里的問題時量測疊掩時須有參考點D，若圖中看不到D點時，則可在方位向的任一側(cè)選一點作為參考點。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像用解析法獲取地面立體模型必須具備雷達立體圖像。（1）雷達立體成像方式雷達立體圖像成像方式有同側(cè)和異側(cè)兩種，如圖下頁所示。同側(cè)又可分為同一高度和不同高度，而真實孔徑側(cè)視雷達在同一高度還可分為一次飛行完成和二次飛行完成；異側(cè)主要分為對側(cè)和正交配對。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像對側(cè)立體成像所取得的立體像對，視差明顯，有利于高出地面物體的量測。但是，高出地面物體在像對的兩張像片上相應影像的色調(diào)和幾何變形相互不一致，立體觀察困難，當高差或坡度過大時，甚至達不到立體凝合，不能構(gòu)成立體觀察模型。因此，對側(cè)立體成像，只適用于平坦地或起伏較緩、高差不大的丘陵地，不適合于坡度較大的丘陵地和山地。

同側(cè)同高度或不同高度的立體像對，視差雖不及對側(cè)配對明顯，但兩張像片上相應影像的色調(diào)和圖形變形差異較小，能獲得較好的立體觀測效果。丘陵地和山地一般都采用同側(cè)立體成像。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像正交立體像對是不同航線側(cè)視方向垂直所取得的重疊圖像。是同側(cè)成像與異側(cè)成像之間的一種像對成像方式。在正交立體像對中，高出基準面或低于基準面的物體，在一張像片上的移位線與另一張像片上的移位線不一致，立體觀察困難。因此，正交立體成像僅適用于獨立目標的立體測量，不適用于大面積的立體測量。真實孔徑側(cè)視雷達在同一航線上能構(gòu)成立體像對，但實際實施很困難，一般不使用。一副天線的合成孔徑雷達單次飛行路線不可能構(gòu)成立體像對。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像（2）雷達像對立體觀測。雷達像片的立體觀察方法與航空攝影像片基本相同。不同的是，在排列安置立體像對時，雷達像片的左右片順序應與取得時的相關(guān)位置相反，即左片安置在右邊，右片安置在左邊。這是因為在雷達像片上，高出地面的物體的頂點向著底點方向移位，低于地面的物體背著底點方向移位，與攝影像片上投影誤差的方向相反。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像同高度的物體，在相同比例尺的像片上，視差大的立體效果明顯，立體量測精度高；視差小的立體效果不明顯，立體量測精度低。下圖顯示同側(cè)和異側(cè)雷達立體圖像的視差與其相應物體高度的關(guān)系。第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像從上圖可以看出，當和較小時，則：以地面距離顯示圖像像對視差的近似公式為以斜距顯示圖像像對視差的近似公式為第六章無人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位1．合成孔徑雷達立體成像從視差公式不難看出，對于同樣高度的目標，對側(cè)像對視差比同側(cè)像對視差大；同側(cè)像對視差的大小隨側(cè)視角之差（交會角）增大而增大。雖然立體量測的精度隨交會角增加而提高，但重疊影像變形的差異增大，影響立體觀察的效果。因此，在雷達立體圖像的構(gòu)成中，為獲得最佳的立體觀測效果，應根據(jù)設備和地形的特點，綜合考慮增大交會角可以提高視差量測的精度，而使立體觀察效果變差的影響，選擇適當?shù)慕粫恰５诹聼o人機載合成孔徑雷達成像原理6.5合成孔徑雷達成像模型與圖像測量6.5.5基于F.Leberl構(gòu)像模型的目標點的解析立體定位2．基本模型根據(jù)無人機載合成孔徑雷達的特點，筆者提出了采用F.Leberl構(gòu)像模型作為立體定位的基本模型，該模型因其解求參數(shù)較