距離向分辨率

距離向分辨率對應于快時間域的分辨率，所謂快時間，是指每個雷達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信號波形，采取匹配濾波或信號壓縮的信號處理技術獲取。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 信號和步進頻率信號。

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

步進頻率信號是一脈沖串，實際上是進行目標的頻率域采樣，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測量。另外它只能給出目標上各散射點的相對位置，不能獲得其絕對位置。

當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，但實際上雷達成像中常用的波形就是 chirp 信號和步進頻率信號。

方位分辨率

實孔徑雷達的方位分辨率

實孔徑成像系統中，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準波束寬度。從上式可以看出，對于實孔徑雷達，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。

實孔徑雷達的方位分辨率表達為

式中：是雷達和目標之間的斜距。

SAR/ISAR 的方位分辨率

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

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

圖中雷達到目標的正側視距離為，雷達運動速度為，雷達波束寬度沿方位向為，因此方位向回波信號帶寬可寫為

因此合成孔徑雷達的方位向分辨率為

可見，條帶模式合成孔徑雷達的理論方位分辨率僅與天線長度有關，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，主要利用目標在雷達觀測波束內的旋轉實現方位向分辨。這種旋轉運動（方位角的變化）導致了目標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。假設目標轉動角速度為，某散射點方位向離轉動中心的距離為，則該散射點相對于雷達的徑向速度為，因此該目標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，另一個是旋轉運動的角速度。

后者僅和目標運動有關，不能由成像系統控制，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（如目標在雷達之間不存在旋轉運動時）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致圖像質量的降低，例如出現模糊、拖尾現象等。

從上式可以看出，ISAR 圖像的方位向分辨率和目標在波束內轉過的角度有關。它可以寫為

因此，合成孔徑雷達的方位向分辨率實際上也和雷達觀測目標時在一個合成孔徑內平臺相對于目標轉過的視角有關。

審核編輯：黃飛