農業(yè)部最近發(fā)射了一部合成孔徑雷達探測中國的農業(yè)種植分布。合成孔徑究竟是一種什么技術呢？最近國外一個雷達專家Gregory博士自己在家制作了一部超寬帶合成孔徑雷達，他的原材料是從eBay上買來的。我覺得他的教材很有興趣所以翻譯一下提供給留園的科技愛好者。



1）孔徑和天線 


* 和照相機類似，孔徑越大，收集到的能量也越大

* 對于一個橢圓形拋物面的天線來說，天線的口徑就是它的孔徑

* 也就是說口徑越大，接受的信號也就越強，信噪比也就越大

* 天線的口徑越大它的分辨率也就越高



2）平面位置指示（PPI）



下面這張圖簡單概述了常規(guī)雷達的工作原理：


常規(guī)雷達系統(tǒng)由旋轉的雷達天線和顯示器組成，目標的距離和方位的探測型號強弱和精度取決于雷達的口徑。



3）第二次世界大戰(zhàn)中的平面位置指示雷達的應用


第二次世界大戰(zhàn)中，英國皇家空軍的哈利法克斯轟炸機領航機裝備了這種對地面的平面位置顯示雷達。雷達的應用解決了很多在對地面轟炸中棘手的難題：



* 歐洲上空的多云天氣降低了可見度

* 夜間轟炸的復雜的導航



使用了這種雷達技術，英軍的轟炸機可以在多云天和夜間實現(xiàn)成功導航并轟炸德國的城市和軍事設施。后期研發(fā)的雷達還具備了描繪地標的功能。



4）雷達天線和列陣


* 雷達口徑越大，雷達天線列陣也就越多

* 列陣越多，雷達的信號也就越強

* 列陣越多分辨率也就越強（3db雷達波寬越小雷達分辨率越高）



5）合成孔徑雷達原理（SAR）


合成孔徑雷達是由下面三個部分組成的:



* 機載大功率小孔徑雷達

* 飛行線路和時間資料

* 合成孔徑圖像處理算法重新組合沿途鏡像從而模擬出一臺超寬孔徑的雷達



6）合成孔徑算法概述



合成孔徑算法的核心技術是距離徒動成像算法（RMA）。這個算法包括了模擬的雷達曲面對波峰的影響的調節(jié)。這個技術模擬了一部超大口徑的雷達。具體算法如下：



飛行數(shù)據(jù) ==》 希爾伯特轉換（Hilbert Transform）==》 曲面調節(jié)矩陣 ==》 成像對比過濾 ==》 斯特爾特轉換（Stolt Transforrm） ==》 二維離散傅立葉轉換 ==》最終成像




 （合成圖像）



7）早期機載合成孔徑雷達系統(tǒng)


超寬頻X-波段雷達顯示效果（2.5英寸分辨率）：


對比一下相同分辨率的航空照片：






（夜深了，我先寫到這里，下期將介紹作者在后院DIY的合成孔徑雷達）




上期講到了合成孔徑雷達原理。本期將研究如何在后院DIY一個合成孔徑雷達。

1）線性滑軌合成孔徑雷達

我們DIY的雷達由三個組成部分：
* 毫米波防撞雷達
* 徒距數(shù)據(jù)由線性滑軌進行精確測量
* 個人電腦上運行合成孔徑成像程序從而生成高分辨率的目標圖像

系統(tǒng)模塊圖：
 數(shù)據(jù)處理軟件：
在SourceForge上有一個開放源代碼軟件包叫做RAT（雷達工具包），專門用來處理合成孔徑雷達數(shù)據(jù)成像。
http:///projects/radartools.berlios/

最終合成影像


有興趣閱讀原版麻省理工學院公眾雷達課程的童鞋可以訪問一下MIT站點：
http://ocw./resources/res-ll-003-build-a-small-radar-system-capable-of-sensing-range-doppler-and-synthetic-aperture-radar-imaging-january-iap-2011/lecture-notes/

另外還可以從上述網站下載所有相關硬件和軟件數(shù)據(jù)。

（注：Gregory博士就是第四課的講師）