[科普中国]-逆合成孔径雷达

简介

逆合成孔径雷达(Inverse-Synthetic-Aperture-Radar)简称ISAR。逆合成孔径雷达( ISAR) 是合成孔径雷达发展过程中的一个重要分支。逆合成孔径雷达能够对远距离目标进行高分辨率成像，因而它对于远距离目标具有极大潜力。然而，逆合成孔径雷达的实现有着特有的困难，其中之一，是运动补偿的精度很高。要实现ISAR 的成像，必须进行运动补偿。在这些精度要求难于实现或实现要付出较大代价的时候，若有某些方法能降低这些要求，使雷达在较低精度条件下成像，将具有重要的实际意义。

与合成孔径雷达对比首先：“合成孔径雷达[Synthetic-Aperture-Radar]”和“逆合成孔径雷达[Inverse-Synthetic-Aperture-Radar]”，就是相对运动问题，关键在于后期数据处理，与雷达天线本身无关。

第二、“合成[Synthetic]”就是对“雷达波反射情况”进行数据化，然后进行后期计算，原义是“人工合成”。

第三、“孔径”就是“雷达波反射情况”，也就是静态情况下，一次反射回来的雷达电磁波，实际上就把“雷达信号接收天线”比喻称为“洞、窗口、孔径[Aperture]”

第四、“合成孔径”，就是一次接收一个信号，每一次都类似“一个人从圆形洞口看到一个画面”，或者“照相机从一个圆形镜头拍到一个画面”，把这些不同“圆形画面”称为“孔径”然后合成计算成一个大的“画面”，这就是“合成孔径”。

第五，之所以出现一次一个画面，然后多次成像，就因为“运动”，也是“观察者”和“被观察者”之间的“相对运动”。

第六、观察者，运动；被观察者，相对静止。就称“观察者[雷达]”为“合成孔径雷达”。

第七、观察者，相对静止；被观察者，运动。就称“观察者[雷达]”为“逆合成孔径雷达”。

第八、所谓“运动”“静止”是一次成像的单一状态下，雷达与被观察者之间的相对运动。

第九、逆合成孔径雷达，顶多是原地转动，对于某一个被观测者，在特定观测位置，“逆合成孔径雷达”还是“相对静止”。

第十、合成孔径的原理，就是利用“电磁波”反射速度相同，反射时间受到距离的影响，就是被观察物体的体积形状的影响变化，这样可以分辨物体“三维”形状。

第十一、被观察的物体，它们的形状必须大到足以“让人察觉到不同位置反射波的时间有区别”，才可以根据反射波耗费的时间，推算物体的各点距离角度，知道物体的形状大小。但是，电磁波的速度是“光速”，一般情况下，物体反射波可以用来比较的“差值”很小，不足以比较出物体的形状大小。

第十二、如果观察者、被观察者都是相对静止，距离不变，根本就无法准确测量“小”物体的大小尺寸形状，只能测量物体本身的距离。

第十三、如果观察者、被观察者之间，有一方运动、一方静止，那么可以测量到的“反射波时间数据”每次都不一样，而且还有“不同角度的数据”，可以重复多次，这样两、两之间数据不相同，大量数据混合计算，交叉排除“误差”，“合成孔径雷达”就可以得到极为“精确”的物体影像资料。由于波长不同的电磁波，可以穿入物体，甚至连物体本身的化学、物质成分都可以显示。

第十四、逆合成孔径雷达，与上述一样，重复一次，就是“逆合成孔径雷达”本身原地不动，针对相对运动物体进行观测。

第十五、合成孔径雷达，用于卫星、航空、大洋观测地形、地貌、地质。

第十六、逆合成孔径雷达，用于气象、军事观测运动物体，如大气运动、云层、飞机、导弹等等。

补一点：

在实际运用中，合成孔径雷达和逆合成孔径雷达，可以通过其他种类的雷达，进行校验，从而达到自身可以与被观察物体作“相对运动”或“相向运动”，但是必须有速度差，换个说法就是“距离必须有变化”。

原理分析回波信号的距离延时和多普勒分辨率，可得到目标各处的散射强度,就是目标的像。在任意垂直于雷达视线方向的平面上的点，到雷达的距离都是相等的，称为等距离面。在任一平行于转轴和雷达视线方向的平面上的点，其多普勒速度都是相等的，称这些平面为多普勒面，通过对目标进行距离分辨和多普勒分辨，就可得到目标散射强度随位置分布，从而得到目标的像。正是基于这种理解，把利用距离分析和多普勒分析进行成像的方法称为距离—多普勒成像。