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SAR图像处理

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一：SAR图像概述：

SAR是一种可成像的雷达，它所用的雷达波段大约是300MHz到30GH

z。比如一般用的波段是1~10GHz的合成孔径雷达，大气对这种波段

的影响不大。也就是说如果天上有一个合成孔径雷达卫星，白天黑夜、

大气的云雾雨雪等天气变化对雷达看到的结果影响甚微，可忽略不计。

所以合成孔径雷达是一种全天时、全天候的雷达，它所成的图像就是

SAR图像了。SAR图像的场景和照相机拍出来的场景类似，只不过波

段不同看到的事物也不一样。SAR都是斜视的，而光学的可以垂直照

射。

二SAR图像成像原理

雷达是通过发射微波，接收地面目标反射的回波来获得信息的一种主

动微波遥感，而且主要采用侧视雷达。侧视雷达的工作原理是把天线

安装在飞行器的侧面，在垂直于航线的一侧或两侧发射雷达波束，这

个波束在航向上很窄，在距离向上很宽，覆盖了地面上一个很窄的条

带，随着飞行器向前移动，不断地发射这样的波束，并接收相应的地

面窄带上各种地物的回波信号。这样，雷达波束在目标区域上扫过，

获得该地区的连续带状。平行于飞行航线的方向称为方位向，垂直于

航线的方向称为距离向。图像的灰度与后向散射波强相关，反映地表

的粗糙性、介电常数等性质。侧视雷达又可以分为真实孔径侧视雷达

和合成孔径侧视雷达。真实孔径雷达是一种以天线的真实孔径工作的

侧视雷达，这种雷达的方位向分辨率比较低，要提高方位向分辨率，

只有加大天线的孔径，尽量缩短观测距离和采用较短波长的电磁波，

但是在实际应用中，这些办法受到很多因素的限制，因此要想进一步

提高方位向分辨率，往往采用合成孔径技术。合成孔径雷达（SAR）

作为一种高分辨成像雷达，其基本思想是：将同时处于天线主波束的

真实孔径雷达不能区分的多个目标的多普勒频率和相位同时加以记

录和处理，然后再根据多普勒频率和相位的不同来识别相邻的目标。

也就是说，利用飞行器的移动，将真实孔径雷达的小天线依次携带到

相应于线性天线阵列的各个阵元应该放置的位置上，而在每个位置上

发射一个雷达信号并接收其回波加以存储，当发射单元移动一个波束

宽度的距离后，存储的信号与一个实际线性天线阵诸阵元所接收到的

天线信号非常相似。所不同的是，前者是在不同的时刻记录不同位置

的相干信号，然后进行合成；后者是在同一时刻记录不同位置的信号

并加以合成。因此，只要通过信号处理器的处理，就可以使一个物理

长度的短天线起到一个有效长度很长的长天线的作用。因此，从根本

上突破了真实孔径天线的限制，使得侧视雷达的方位向分辨率得到了

较大的提高。

三：光学图像与SAR图像的异同：

对于初学者来说，区分光学图像与SAR图像是很重要的。通过查阅资

料以及《新技术讲座》这门课的学习，以下是我的一些见解：

按传感器采用的成像波段分类，光学图像通常是指可见光和部分红外

波段传感器获取的影像数据。而SAR传感器基本属于微波频段，波长

通常在厘米级。

可见光图像通常会包含多个波段的灰度信息，以便于识别目标和分类

提取。而SAR图像则只记录了一个波段的回波信息，以二进制复数形

式记录下来；但基于每个像素的复数数据可变换提取相应的振幅和相

位信息。振幅信息通常对应于地面目标对雷达波的后向散射强度，与

目标介质、含水量以及粗糙程度密切相关；该信息与可见光成像获得

的灰度信息有较大的相关性。而相位信息则对应于传感器平台与地面

目标的往返传播距离，这与GPS相位测距的原理相同。

由于SAR影像分辨率相对较低、信噪比较低，所以SAR影像中所包含

的振幅信息远达不到同光学影像的成像水平；但其特有的相位信息是

其他传感器所无法获取的，基于相位的干涉建模也是SAR的主要应用

方向。

在成像模式方面，光学影像通常采用中心投影面域成像或推帚式扫描

获取数据；而SAR处于信号处理的需要（合成孔径过程，这里就不展

开讨论了）不能采用垂直向下的照射方式而只能通过测视主动成像方

式发射和接受面域雷达波，并通过信号处理（聚焦、压缩、滤波等）

手段后期合成对应于地面目标的复数像元。

单一SAR影像的相位信息基本没有统计特征，只有振幅信息可用于目

标识别和分类等应用。正如前面所说，振幅信息深受噪声的影响，加