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内容简介本书由法国国家空间研究中心的两位专家合著而成，全面探讨了合成孔径雷达（SAR）成像技术。全书共五章，第1章涵盖了涉及电磁学、信号处理和图像处理等学科的雷达成像理论基础；第2章从几何学角度对SAR的核心技术雷达信号处理进行了通俗的论述；第3章考虑到图像辐射特性和雷达系统特点，从SAR系统设计到图像质量，详尽论述了雷达图像的几何特性和辐射特性之间的关系；第4章讨论SAR干涉基本原理和利用干涉图像提取地形信息及目标移动信息的应用方法；第5章全面描述目标散射特性的SAR极化学基本原理。全书最实用的特点是从几何学角度研究雷达成像，使成像结果具有更广阔的应用性。

目    录
第1章  SAR成像的必备理论工具
1.1  电磁波的传播与极化
1.1.1  麦克斯韦方程组
1.1.2  电磁波极化
1.1.3  部分极化波
1.1.4  附加内容： SU（2）O+（3）的同态代数方法
1.2  微波天线的电磁辐射
1.2.1  简介
1.2.2  电磁辐射方程
1.2.3  电磁辐射方程的求解
1.2.4  天线方向图、  方向性系数和增益
1.2.5  平面天线的辐射
1.2.6  天线阵列
1.2.7  合成孔径雷达天线技术
1.3  波和自然表面的相互作用——雷达测量的物理基础
1.3.1  简介
1.3.2  表面散射
1.3.3  体散射
1.3.4  电磁波的穿透特性
1.3.5  倾斜对散射测量的影响
1.4  信号处理的内容： 傅里叶变换和采样定理
1.4.1  简介
1.4.2  实周期函数的傅里叶级数
1.4.3  傅里叶变换
1.4.4  傅里叶变换（FT）的性质
1.4.5  标准函数的傅里叶变换
1.4.6  实信号采样
1.4.7  采样定理（香农定理）
1.4.8  快速傅里叶变换（FFT）算法
1.4.9  二维傅里叶变换
参考文献第2章  SAR信号处理： SAR核心技术
2.1  简介
2.2  合成孔径雷达基本原理
2.2.1  一种新颖的对地观测手段
2.2.2  距离向分辨
2.2.3  三个基本的雷达频率
2.2.4  合成孔径的直观几何学理解
2.2.5  合成孔径解析几何模型
2.3  频域表示法
2.3.1  在频域表示的相位分布
2.3.2  非零多普勒中心
2.3.3  多普勒中心估计
2.3.4  平均多普勒（多普勒中心）估计
2.3.5  归一化多普勒中心估计（整数部分）
2.3.6  距离徙动
2.3.7  距离向处理
2.3.8  饱和效应
2.3.9  干扰影响
2.3.10雷达走停近似
2.4  SAR聚焦算法
2.4.1  通用的预处理步骤——距离压缩
2.4.2  时域处理
2.4.3  距离多普勒（“经典”）算法
2.4.4  一种可选的技术——Ωk处理器
2.4.5  细微形变——chirp scaling
2.4.6  PRISME算法——一种多级处理技术
2.4.7  非聚焦处理——一种特殊情况
2.4.8  非聚焦处理技术的一个实用例子
2.4.9  另一种特殊情况——去斜处理
2.4.10没有近似的处理技术
2.5  系统约束条件
2.5.1  雷达系统设计
2.5.2  时序约束
2.5.3  不同类型的雷达数据
2.5.4  欺骗自然规律的诀窍
2.6  几何特性
2.6.1  关于距离对图像影响的实例
2.6.2  几何位置方程
2.6.3  垂直雷达摄影测量
2.6.4  雷达摄影测量和干涉技术
2.6.5  倾斜雷达摄影测量
2.6.6  雷达测角
2.7  超分辨率技术简介
2.8  双基雷达数据处理和几何特征
2.8.1  直达波
2.8.2  三角分辨率
参考文献第3章  从SAR设计到图像质量
3.1  简介
3.2  点目标的雷达方程和雷达散射截面积（RCS）
3.2.1  损耗因素
3.3  分布目标的雷达特征——后向散射系数σ0
3.4  SAR合成处理之前雷达目标链路的信噪比（SNR）
3.5  SAR合成处理过程中信噪比的变化
3.5.1  点目标
3.5.2  分布目标
3.6  雷达设备噪声等效后向散射系数σ0（NEσ0inst）
3.6.1  提高分辨率的能量代价
3.7  图像模糊度对NEσ0inst的影响——总图像噪声（NEσ0tot）
3.7.1  距离模糊
3.7.2  方位模糊
3.7.3  距离和方位模糊的结合考虑
3.7.4  总NEσ0（NEσ0tot）
3.8  平台产生的数据量
3.9  传输数据率
3.9.1  信源编码
3.10  定标和相应的图像质量要求
3.10.1  内定标
3.10.2  外定标
3.10.3  定标需求和期望的科学成果
3.11  斑点噪声和图像统计特性
3.11.1  物理来源
3.11.2  完全形成的斑点的统计特性
3.11.3  斑点噪声： 乘性特征与建模
3.11.4  纹理效应
3.11.5  多视图像中的斑点噪声
3.11.6  相干斑抑制滤波器
3.12  脉冲响应（IR）
3.12.1  距离脉冲响应（RIR）
3.12.2  方位脉冲响应（AIR）
3.12.3  复图像频谱，  ISLR，  PSLR，  加权的作用
3.13  图像质量的辐射要素
3.13.1  估计和分析NEσ0tot
3.13.2  模糊度估计
3.13.3  辐射分辨率
3.14  图像质量的几何要素
3.14.1  空间分辨率和像素尺寸
3.14.2  几何失真
3.14.3  图像定位
3.15  雷达图像解译
3.15.1  数据描述
3.15.2  多普勒频谱评估
3.15.3  平台位置
3.15.4  饱和效应
3.15.5  方向性效应
3.15.6  能否仅从图像完全描述雷达设备的特征
参考文献第4章  SAR干涉测量技术
4.1  SAR干涉测量原理和局限性
4.1.1  SAR的特殊应用
4.1.2  干涉测量技术发展简史
4.1.3  干涉技术及SAR图像的物理特性
4.1.4  SAR图像的相位差
4.1.5  干涉测量中相位信息的鲁棒性
4.1.6  几何和表面变化引起的局限性
4.1.7  排除系统因素
4.2  干涉处理步骤
4.2.1  SAR图像配准
4.2.2  计算图像间的相位差
4.2.3  最后一步处理
4.3  干涉测量在地形方面的应用
4.3.1  公式和允许误差
4.3.2  消除测量模糊
4.4  干涉在地表形变测量中的应用
4.4.1  公式和允许误差
4.4.2  应用实例
4.5  地形坡度对干涉测量的影响
4.5.1  斜面效应的频域解译
4.6  结果分析
4.6.1  不同分布的典型信号
4.6.2  改进方法
4.6.3  实际应用中的干涉测量解译
4.7  可用性和任务展望
4.7.1  SAR存档数据的可利用性
4.7.2  处理资源的可用性
4.7.3  数据选取原则
4.7.4  未来专用空间任务的可能性
4.8  干涉与其他方法的比较
4.8.1  与光学立体成像技术进行地形测绘的比较
4.8.2  与GPS在位移测量方面的比较
4.9  模糊状态下相干处理的鲁棒性
4.10  永久散射体
参考文献第5章  极化SAR： 最大限度获取目标的特征信息
5.1  简介
5.2  雷达极化： 基本原理
5.2.1  时序分析——对系统设计的影响
5.3  散射矩阵
5.3.1  单基特性——后向散射矩阵
5.3.2  目标向量
5.4  后向散射的标准模式
5.4.1  奇次(单次，  三次)散射
5.4.2  偶次(双次)散射
5.4.3  衍射或偶极子机制
5.5  极化合成
5.5.1  极化特征图
5.6  特征极化和欧拉参数
5.6.1  Huynen叉
5.7  极化测量的相干分解
5.7.1  标准模型分解——Pauli矩阵组
5.7.2  代数分解——Cameron方法
5.8  去极化的情况
5.8.1  Stokes模型和Mueller矩阵
5.9  协方差矩阵和相干矩阵
5.9.1  协方差矩阵
5.9.2  相干矩阵
5.10  极化测量的非相干分解
5.10.1  分解为极化状态——Huynen方法
5.10.2  分解为标准机制——Freeman方法
5.10.3  代数分解——(H,α)法
5.11  极化分析实例
5.11.1  辐射分析
5.11.2  熵的分析
5.11.3  平均后向散射机制
5.12  极化信息概述
5.13  未来简缩极化系统
5.13.1  另一个思路—— 简缩极化和u/4模式
5.14  极化和干涉的融合——极化干涉SAR 
5.14.1  干涉相干最优
5.14.2  植被高度反演的应用
5.14.3  极化干涉SAR扩展
5.15  结论
参考文献

译  者  序
合成孔径雷达作为一种全天时、 全天候的主动微波遥感工具， 在海洋观测、 环境监测、 灾害监测、 农业估产、 资源勘查、 地质测绘和军事侦察等应用领域具有得天独厚的优势， 吸引了世界各国遥感专家的目光。
本书的两位作者都是法国国家空间研究中心的资深研究人员， 有着深厚的理论基础和丰富的工程经验， 对合成孔径雷达成像技术有着独特而深刻的理解。本书基于对电磁波机理和合成孔径雷达原理的剖析， 从成像几何的角度切入， 对合成孔径雷达系统设计、 成像处理、 干涉测量和极化应用等多个方面展开了细致而深入的分析和讲解， 在诸多合成孔径雷达成像的书籍中独树一帜， 也为我们在实际工作中遇到的问题起到了难以替代的指导作用， 有望成为一本对电子工程专业研究生和微波成像专业人士都具有参考价值的书籍。
本书的译者工作于中国科学院电子学研究所航天微波遥感系统部， 长期从事星/机载合成孔径雷达系统设计、 信号处理及微波遥感应用等方面的研究工作， 曾先后参与了我国多型合成孔径雷达系统的研发。
本书译者结合合成孔径雷达领域的研究经验， 在繁忙的工作之余， 完成了本书的翻译工作。全书共5章， 由邓云凯主译。张志敏、 王宇、 刘悦、 徐伟、 范瑾、 何晓芝等协助参与翻译。本书的翻译工作还得到了中国科学院电子学研究所多位专家和学者的支持。
我们在翻译的过程中尽量准确地反映原书的学术观点， 然而由于合成孔径雷达领域涉及专业面较广， 我们对原著内容的理解难免有不够透彻之处， 敬请各位同行和专家批评指正。


前    言
为什么还要编写一本关于雷达成像的书？尽管该领域专业性比较强， 不为大众所熟知， 而且已经有很多水平的著作， 但我们仍有充分的理由这样做。
首先， 随着近年来新技术和近年来项目的发展， 该领域已经发生了变化。从20世纪90年代开始， 新的星载和机载雷达系统数据的可用性， 导致了快速的技术进步， 与此同时， 计算速度的大幅提高大大降低了雷达科研中运算的复杂度和成本， 从而推动了这些新技术的发展。过去需要整个计算机中心运算多日的处理， 现在可以在任何人的台式计算机上进行操作。这从根本上改变了数据处理的能力和算法的可选择性。其次， 我们想从另一个角度描述雷达成像技术。因为雷达技术已经用于多种不同的技术领域， 从而相应地对其有多种不同的研究方法。拥有电磁信号处理技术背景的专家们可能更喜欢利用纯粹的数学表达进行成像处理； 研究雷达图像应用的专家愿意认为它是从真实孔径雷达中得到的； 而从事其他领域图像处理， 如光学成像和地震层析成像方面的专家， 可能使用其他不同的研究方法。我们写这本书的目标是尽可能用几何学的方法研究雷达成像。这样做有很多不同的原因。我们认为几何学方法是一种比上述任何专业性方法更普遍适用的语言。虽然几何方法看起来比较简单， 但非常精确。因此， 我们认为它是在不回避雷达成像固有的任何困难和复杂性的情况下最简单可行的方法。最后， 雷达产生的几何学图像将得到非常重要的应用。因此， 探索雷达成像技术的最实际方法是直接通过其应用范围最广的途径展开研究。
一直以来， 我们的同行雷达专家对他们的工作时刻充满热情。曾参与雷达处理的任何人都不曾放弃这项技术， 即使职业生涯发生变化。当然， 试图解释这种情况必然是不全面的， 因人而异。但我们相信， 这种情况取决于两个因素。首先， 雷达成像技术涉及很多交叉领域的知识， 因此为了理解这种完全由计算机产生的图像的复杂性， 需要有一个信心的飞跃。几乎任何人都可以理解光学成像， 但是很难理解雷达成像。事实上是信号相位的抽象性质以及使用的精确重建技术造成了这一显著障碍。越过此障碍的人则发现他们已经进入了专业领域的队伍。从专家的角度， 我们并不认为雷达成像比其他观测技术领域更为深奥， 但事实上， 因为这个障碍的存在， 使得它看起来复杂得多。与此同时， 进行雷达成像与研究时， 现象和采用的调查方法有着本质的联系。此外， 雷达成像中的位置和速度的模糊关系与复数形式的Hersenberg量子力学原理有着惊人的相似之处， 这导致雷达成像有着复杂的理论基础。在雷达极化和量子力学之间也有几个相似的类比。正是雷达成像领域的基本概念才引出了我们上面所提到的各种研究方法。
本书分成五章。第1章（SAR成像的必备理论工具）阐述了一些基本原理， 由于雷达成像技术自身的多样性， 使其跨越电磁场、 信号处理和图像处理领域。我们对电磁波的传播和极化、 微波天线的辐射、 雷达测量原理和傅里叶变换的特性， 依次进行了阐述。第2章（SAR信号处理：SAR技术核心）采用的是不熟悉遥感理论或在信号处理和雷达物理学方面先验知识不多的读者易于理解的阐述方式， 从几何学的角度描述雷达信号处理， 读者只需具有基本科学背景即可。第3章（从SAR设计到图像质量）主要涉及辐射测量方面的研究。通过辐射测量和确定雷达/目标通信距离的评估， 详细描述了雷达成像的几何（分辨率）特性和辐射测量（雷达回波振幅）特性。第4章（SAR干涉测量技术）阐述了SAR干涉测量的原理和主要应用。干涉技术主要提供两方面的信息：地形信息和地面目标运动信息， 它们通常同时存在于一幅图像中。最后， 第5章（极化SAR：最大限度获取目标的特征信息）旨在阐述极化的基础理论， 从而使通过改变极化方式实现雷达测量的拓展成为可能。

致    谢
本书基于法国国家空间研究中心（CNES）图卢兹中心在1986年至2007年间开展的雷达成像活动。Michel Courtois鼓励我们编写这本易于读者理解的SAR成像书籍， Pierre Moskwa在这本书完成的最后阶段提供了帮助和支持。在此， 我们对这两位CNES前任主管表示衷心感谢。
机载和星载SAR图像是本书的核心内容。我们要感谢意大利宇航局(ASI)、 加拿大宇航局（CSA）、 德国航空航天中心（DLR）、 欧洲宇航局（ESA）、 日本宇航局（JAXA）、 美国喷气推进实验室（JPL）、 美国国家航空航天局（NASA）、 法国国家宇航办公室(ONERA)的NPO Mashinostroyeniye公司允许我们使用其部分处理结果。同时我们也要感谢以各种途径对本书给予支持的同事和朋友们。无疑我们无法列出所有要感谢的人， 如果没有Thierry Amiot， Pierre Borderies， Jerome Bruniquel， PaulFranqois Combes教授， Bruno Cugny， Pascale DuboisFernandez， PierreLouis Frison， Thuy Le Toan， Jon Sen Lee， HenriJose Mametsa， Philippe Marchal， Anjali Mathur， Eric Pottier教授， Nadine Pourthie和她的学生， 以及Ceine Tison， Ridha Touzi和Heilene Vadon的帮助， 这本书很难准确完成。
这本书的编写工作得以顺利进展， 还要衷心感谢Daniel Rosenfeld， 他在关键时刻表示了对我们工作的浓厚兴趣， 并建议我们联系洛桑联邦高等工业大学EPFL出版社出版此书。同时感谢来自EPFL出版社的Frederick Fenter的耐心和支持。
感谢图卢兹Coup de Puce公司的译者， 特别是Ian Margo和Gayle Trager Berthias， 耗费了大量时间将我们“辞藻华丽”的法语翻译成地道的英语。最后， 我们还要郑重感谢匿名审稿人为提高此书的质量做出了巨大贡献。

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