合成孔径激光雷达
1 真实孔径雷达
真实孔径天线阵列列大的示意图如图1.1所示。有6个阵元的天线阵对应目标，对应目标T的距离分别为R1~R6，然后对不同阵元来的信号经过不同的传输延迟（分别为L1~L6）进行相加，为了能对T处的目标进行聚焦，必须保证不同阵元的信号是同相相加。它的方位分辨率要受到天线尺寸的限制。要想用真实孔径雷达获得较高的角度分辨率，需要较长的天线。但是所采用天线的长短往往又受制于雷达系统被载平台大小的限制。
2 合成孔径雷达
合成孔径的概念与真实孔径天线阵相似，也是通过将各个阵列元的信号进过相位补偿后同相相加来实现对目标的聚焦。区别在于这些阵元并不是物理上存在的，而是通过天线与目标间的移动获得的。等记录到足够数目的阵元信号后，再对它们进行相位补偿，使对某处目标的信号是同相相加，这时即可实现对该点的聚焦。而等效天线阵列的最大长度，即被定义为合成孔径长度（对每一点目标而言）。
利用雷达与目标的相对运动把尺寸较小的真实天线孔径用数据处理的方法合成一个较大的等效天线孔径的雷达。也称为综合孔径雷达。是一种高分辨率成像雷达。利用它可以在能见度极差的气象条件下得到类似光学照相的高分辨率雷达图像。这里所谓的高分辨率包含两个方面的含义：即高的角度分辨率（即方位方向分辨率）和足够高的距离向分辨率。
2.1 角分辨率
角度分辨率表征了雷达目标从角度上分开的能力，雷达发射波束越窄，其角度分辨率越高而天线口径越大，波束越窄，角度分辨率越高。但是，限制于天线的制造，加工和安装水平，真实天线的孔径存在着无法逾越的上限。
如果真实天线尺寸为D，则其波束宽度
对每一个点目标而言，这就是形成的等效天线阵列的最大长度。
上式就可以看到距离分辨率只与天线口径有关。与距离和波长没有关系。当单个发射天线的口径越小，方位分辨率就越好。
2.2距离分辨率
距离分辨率是指同一方向上两个大小相等点目标之间的最小区分距离。决定距离分辨率的是雷达信号的有效带宽B，有效带宽越窄，距离分辨率也高。
B为信号的带宽也可以表示为
。
根据上式，如果对一个宽带信号各频谱分量附加一随频率做非线性变化的相位值，则此宽带信号将具有很长的持续时间，以满足具有较大的持续时间，以便获得较大的平均功率，从而获得较大的雷达作用距离。这种附加非线性相位的过程称之为信号的展宽过程。将展宽后的信号通过匹配滤波器，校正非线性相位值使之同相，在匹配滤波器输出端将得到窄脉冲信号。这个过程称之为脉冲压缩。
2.3 波束锐化
如上图，雷达以速度v 向前进，在航迹的正侧方向波束扫过点目标P。当P点横过波束时，由于和雷达的相对距离在变化，接收到的P点的回波的相位将随之而变，可以证明其变化规律为二次曲线，即为线性调频信号。将此信号通过匹配滤波器，校正这非线性变化的相位值，然后叠加，将在匹配滤波器的输出端得到“压缩”后的信号。显然，这一运算过程就是综合孔径原理要求的信号处理过程。也就是说，波束锐化就是对回波多普勒信号的额脉冲压缩过程。综合孔径概念下的波的弥散和会聚过程，可以等效为线性调频信号的展宽和压缩过程，所不同的是前者为空间过程，而后者则为时间过程。在综合孔径雷达中，二者通过载机匀速直线的前进运动相联系并互相转化。
综合孔径原理和脉冲压缩的共同性还表明：角分辨率的改善和点目标P 横过天线波束时产生的最大多普勒频带宽度有关，正如距离分辨率反比于信号频带宽度一样，多普勒带宽越宽，角分辨率改善越大。
3 合成孔径雷达的原理性缺陷
（1） 实现综合孔径原理，要求复杂的信号处理过程和设备，要求对飞行器运动的非匀直性加以补偿。故其设备和操作远较真实孔径雷达复杂。
（2） 和一般相干光成像类似，雷达图像有相干散斑效应，影响图像质量。常用多视平滑技术减轻其有害影响。
4 合成孔径雷达相干散斑
合成孔径雷达所发出的电磁波由于接触到目标物体散射回来的时候发生叠加，有些地方的振幅会增大，而有些地方的振幅会被削弱，这种现象反映到图像中会出现相干斑点噪声，即斑点噪声。对SAR图像质量影响最大的就是这种相干斑点噪声与图像处理中所遇到的噪声有本质的不同，这是因为它们形成的物理过程有本质的差别。如下图所示的延展性目标，它的分辨率单元像素内有大量的散射子。在理想情况下，这些散射子的回波为球面波。在球面上，其幅度处处相等。由于这些散射子处在同一分辨率单元像素内，合成孔径雷达无法将他们区分开来。合成孔径雷达接受到的信号是这些散射子回波的矢量和。每个每个散射子回波的相位与它们距传感器的距离和散射物质的特性有关，因此，导致接受信号的强度并不完全由地物目标的散射系数决定，而是围绕着散射系数的值有很大的随机起伏，称之为衰弱。这一现象是包含SAR系统在内所有基于相干原理的成像系统所固有的原理性缺陷，它需要更复杂的统计分布模型来描述。
SAR 中噪声包括通常的系统噪声和相干噪声，通常的噪声主要包括系统的非线性影响，对数据进行处理过程中产生的噪声可以用高斯噪声描述，是相加的噪声，和相干噪声由本质不同。相干噪声是在像素内部相乘的噪声。
加性噪声，一般指热噪声，它们与信号的关系是相加的，不管有没有信号，噪声都存在。一般通信中把加性随机性看成是系统的背景噪声。
乘性噪声，一般由信道不理想引起，它们与信号的关系是相乘，信号不在他也就不在。乘性随机性看成系统的时变性（如衰落或者多普勒）或者非线性所造成的。
激光器发出的光波经过反射面后在探测器表面混频后的到的中频信号为
从上式可以看出中频信号的统计性质是由相位振幅决定的。如果激光雷达的有效作用距离为5km，光速发散较为0.26mrad，那个目标处激光光斑的直径约为1.3m。目标表面相对于光波长来说是粗糙的，因此可以认为光斑照射的目标表面包含N个随机分布的散射单元。从散射单元反射的子波之间既可能产生相长干涉，又可能发生相消干涉，这种强度的剧烈变化便构成散斑。
它表示第i个散射单元在像面上的振幅。式中
，为第i个散射单元的振幅与相位角。
散斑效应是相干照射的必然结果，克服的办法就是在信号处理器中采用非相干叠加的方法平滑掉斑点。这种非相干叠加的方法为多视平滑处理。简称多视处理。
