距離向分辨率

距離向分辨率對應(yīng)于快時間域的分辨率，所謂快時間，是指每個雷達(dá)回波采集的時間歷程。時域的高分辨可通過使用大帶寬的雷達(dá)信號波形，采取匹配濾波或信號壓縮的信號處理技術(shù)獲取。距離向分辨率可表示為

式中：是光速；是帶寬。

常用的獲取距離高分辨率的波形有短脈沖、chirp 信號和步進(jìn)頻率信號。

短脈沖是一種短脈寬的單頻脈沖，受雷達(dá)硬件條件限制，不能進(jìn)行長距離測量。chirp 信號是一種線性調(diào)頻脈沖，可獲得很大的時寬帶寬積，不僅可以獲得高分辨，而且還可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離測量。

步進(jìn)頻率信號是一脈沖串，實際上是進(jìn)行目標(biāo)的頻率域采樣，通過信號處理的方式合成距離像。它受最大無模糊距離窗的限制，且信號采集時間較長，只適合做中短距離目標(biāo)測量。另外它只能給出目標(biāo)上各散射點的相對位置，不能獲得其絕對位置。

當(dāng)然還有其他類型的波形，如變載頻的 chirp 序列、編碼信號波形等，但實際上雷達(dá)成像中常用的波形就是 chirp 信號和步進(jìn)頻率信號。

方位分辨率

實孔徑雷達(dá)的方位分辨率

實孔徑成像系統(tǒng)中，其方位分辨率依賴于天線的波束寬度。為定義方位分辨率，常用的是采用波束寬，即

式中：為波長；為天線長度。為了方便有時也將波束寬度定義為波束寬，其值為

以下均將上式看作標(biāo)準(zhǔn)波束寬度。從上式可以看出，對于實孔徑雷達(dá)，有兩種方法可以改善方位向分辨率，一種方法是減小波長，另一種方法是增大天線長度。

波長不能無限制減小，因為當(dāng)波長小于之后，空氣對微波的吸收增加，造成微波的傳輸損失；另一方面，天線長度受物理上的限制，天線不可能做得太長。

實孔徑雷達(dá)的方位分辨率表達(dá)為

式中：是雷達(dá)和目標(biāo)之間的斜距。

SAR/ISAR 的方位分辨率

合成孔徑的基本原理得益于雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對運動，利用相對運動實現(xiàn)對目標(biāo)在不同方位角度上的測量。

對于 SAR 來講，目標(biāo)靜止而雷達(dá)運動。合成孔徑雷達(dá)的方位向分辨率和實孔徑雷達(dá)的方位分辨率截然不同。這里以正側(cè)視條帶式 SAR 為例說明，如下圖所示。

圖中雷達(dá)到目標(biāo)的正側(cè)視距離為，雷達(dá)運動速度為，雷達(dá)波束寬度沿方位向為，因此方位向回波信號帶寬可寫為

因此合成孔徑雷達(dá)的方位向分辨率為

可見，條帶模式合成孔徑雷達(dá)的理論方位分辨率僅與天線長度有關(guān)，天線越短，合成孔徑就越大，因此方位分辨率就越高。但天線不能無限制小，因為受到接收機的最小可探測信號信噪比的限制。

對于 ISAR 而言，主要利用目標(biāo)在雷達(dá)觀測波束內(nèi)的旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)方位向分辨。這種旋轉(zhuǎn)運動（方位角的變化）導(dǎo)致了目標(biāo)上的散射點有不同的多普勒頻移，這是合成方位分辨率的基本出發(fā)點。

ISAR 圖像的方位向分辨率也可從多普勒帶寬的角度來理解。假設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)動角速度為，某散射點方位向離轉(zhuǎn)動中心的距離為，則該散射點相對于雷達(dá)的徑向速度為，因此該目標(biāo)點引入的多普勒頻率為

若整個觀測時間或相干時間為，則多普勒分辨率為

根據(jù)上述分析，有，因此有，可得方位分辨率為

ISAR 圖像的方位分辨率依賴于兩方面，一個是相干處理時間，另一個是旋轉(zhuǎn)運動的角速度。

后者僅和目標(biāo)運動有關(guān)，不能由成像系統(tǒng)控制，因此 ISAR 處理過程實際上是一個盲信號處理過程，這也是有些情況下（如目標(biāo)在雷達(dá)之間不存在旋轉(zhuǎn)運動時）不能重建 ISAR 圖像的原因。

前者易受控，為獲取高方位分辨率，可增大相干處理時間。但增大相干處理時間會導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低，例如出現(xiàn)模糊、拖尾現(xiàn)象等。

從上式可以看出，ISAR 圖像的方位向分辨率和目標(biāo)在波束內(nèi)轉(zhuǎn)過的角度有關(guān)。它可以寫為

因此，合成孔徑雷達(dá)的方位向分辨率實際上也和雷達(dá)觀測目標(biāo)時在一個合成孔徑內(nèi)平臺相對于目標(biāo)轉(zhuǎn)過的視角有關(guān)。

審核編輯：黃飛