学院：信息电子技术学院
网邻 班级：工学08-IV类三班
姓名：滕宇航 学号：16109640302
姓名：邹新楠 学号：16109640328
姓名：李瑞鑫 学号：16109640329
微波照相――合成孔径成像技术
摘要：
简明介绍了光学合成孔径的两种成像方式和光学波段合成孔径的发展概况。合成孔径聚焦成像方法，具有分辨率高、能在近场区工作的优点，是超声成像领域发展起来的新技术。文中介绍了合成孔径超声成像的原理，根据换能器阵列的声场辐射理论建立了数学模型，利用 matlab 对模型进行了数值仿真，最后进行了合成孔径超声成像实验。 实验结果表明，合成孔径成像方法能够有效提高成像系统的分辨率高。至今，微波技术已成为一门无论在理论和技术上都相当成熟的学科，又是不断向纵深发展的学科。全文主要以星载微波 电动刻字笔辐射成像系统的研制为背景,对合成孔径微辐射成像技术进行了研究和探索,解决了将合成孔径技术移植到地球遥感领域存在的一些具体的理论和技术问题.
关键词：
合成孔径微波成像 微波 应用 发展
微波成为一门技术科学，开始于20世纪30年代。微波技术的形成以波导管的实际应用为其标志。若干形式的微波电子管(速调管、磁控管、行波管等)的发明，是另一标志。
微波是指频率为300MHz~300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1毫米~1米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。 微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金
属类东西，则会反射微波。从电子学和物理学观点来看，微波这段电磁频谱具有不同于其他波段的如下重要特点：遥控飞机制作
一、穿透性
微波比其它用于辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等波长更长，因此具有更好的穿透性。
二、选择性加热
物质吸收微波的能力，主要由其介质损耗因数来决定。介质损耗因数大的物质对微波的吸收能力就强，相反，介质损耗因数小的物质吸收微波的能力也弱。由于各物质的损耗因数存在差异，微波加热就表现出选择性加热的特点。物质不同，产生的热效果也不同。水分子属极性分子，介电常数较大，其介质损耗因数也很大，对微波具有强吸收能力。而蛋白质、碳水化合物等的介电常数相对较小，其对微波的吸收能力比水小得多。
三、热惯性小
微波对介质材料是瞬时加热升温，升温速度快。另一方面，微波的输出功率随时可调，介质温升可无惰性的随之改变，不存在“余热”现象，极有利于自动控制和连续化生产的需要。
四、似光性和似声性
微波波长很短，比地球上的一般物体（如飞机，舰船，汽车建筑物等）尺寸相对要小得多，或在同一量级上。使得微波的特点与几何光学相似，即所谓的似光性。因此使用微波工作，能使电路元件尺寸减小；使系统更加紧凑；可以制成体积小，波束窄方向性很强，增益很高的天线系统，接受来自地面或空间各种物体反射回来的微弱信号，从而确定物体方位和距离，分析目标特征。
变量泵 而对于微波的产生则源于听语音。微波能通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的器件来获得。可以产生微波的器件有许多种，但主要分为两大类：半导体器件和电真空器件。电真空器件是利用电子在真空中运动来完成能量变换的器件，或称之为电子管。在电真空器件中能产生大功率微波能量的有磁控管、多腔速调管、微波三、四极管、行波管等。在微波加热领域特别是工业应用中使用的主要是磁控管及速调管。
微波波长约在1m~0.1mm（相应频率约为300MHz到300GHz）之间的电磁波。这段电磁频谱包括分米波、 厘米波、毫米波和亚毫米波等波段。在雷达和常规微波技术中，常用拉丁字母代号表示更细的波段划分。关于微波的波长或频率范围，是一种传统上的约定。从现代微波技术的发展来看,一般认为短于1毫米的电磁波（即亚毫米波）属于微波范围，而且是现代微波研究的一个重要领域。①从电子学和物理学的观点看，微波这段电磁谱具有一些不同于其他波段的特点。微波在电子学方面的特点表现在它的波长比地球上很多物体和实验室中常用器件的尺寸相对要小很多，或在同一量级。②在物理学方面，分子、原子与核系统所表现的许多共振现象都发生在微波的范围，因而微波为探索物质的基本特性提供了有效的研究手段。
微波的发展表现在应用范围的扩大。微波的最重要应用是雷达和通信。雷达不仅用于国防，同时也用于导航、气象测量、大地测量、工业检测和交通管理等方面。通信应用主要是现代的卫星通信和常规的中继通信。射电望远镜、微波加速器等对于物理学、天文学等的研究具有重要意义。毫米波微波技术对控制热核反应的等离子体测量提供了有效的方法。微波遥感已成为研究天体、气象和大地测量、资源勘探等的重要手段。微波在工业生产、农业科学等方面的研究，以及微波在生物学、医学等方面的研究和发展已越来越受到
重视（见微波应用、微波能应用、微波医学应用等）。
微波与其他学科互相渗透而形成若干重要的边缘学科，其中如微波天文学、微波气象学、微波波谱学、量子电动力学、微波半导体电子学、微波超导电子学等，已经比较成熟。微波声学的研究和应用已经成为一个活跃的领域。微波光学的发展，特别是70年代以来光纤技术的发展，具有技术变革的意义(见微波和射频波谱学)。
光学合成孔径技术的发展大致可以分为3个阶段：思想的起源、理论研究和系统研制试验。光学合成孔径成像的起源很早，可以追溯到1896年斐索提出在望远镜物镜前放置两个小孔通过干涉测量星体直径的思想。但是由于时代技术条件的限制，其思想并没有得到很好的实践。20世纪70年代，美国Meinel在AO发表文章《Aperture Synthetic Using Independent Telescopes》，拉开了现代光学合成孔径技术理论研究的序幕。在随后的20年里，美国科研人员进行了大量的理论研究并且研制了实验样机。20世纪90年代，世界各国相继研制了大量地基合成孔径望远镜并投入使用，为光学合成孔径的研究积累了大量的技术资料。进入新世纪后，2001年，法国的Rousset等人在Astronomical techniques上发表《Imaging with multi-aperture optical telescope and an application》探讨了合成孔径技
术对地观测的可能性。在随后的几年里美国的多家研究机构相继研制了天基合成孔径系统的试验样机。
目前，光学合成孔径技术已经成为当前国际上的一个前沿研究领域，美国、俄罗斯、法国、德国以及中国都十分重视光学合成孔径技术的研究。
压电陶瓷驱动电源 所谓光学合成孔径，就是通过一系列易于制造的小孔径系统组合拼接成大孔径光学系统以实现大孔径系统的高分辨率要求。根据光学成像理论可知光学系统成像必须满足几何光学的等光程条件和物理光学的同相位条件。由于合成孔径成像系统的面型精度、控制精度和结构设计，要使位相精度在十分之一个波长内，并且光学波段的波长较小，因此，在光学波段的合成孔径发展较为缓慢。直到最近十几年内，随着加工和控制技术的发展，光学波段的合成孔径才有了较快的发展。目前以美国为代表的世界各科技大国都将合成孔径作为各自的实现高分辨成像系统的主要研究对象之一，并已取得许多突破性进展。
光学合成孔径系统的成像方式有两类：直接成像和干涉成像。直接成像和单孔径成像的方式相同。
合成孔径按其技术实现方式可以分为镜面拼接、稀疏孔径和位相阵列系统。从光路的结构形式又分为迈克尔逊型和斐索型。一般稀疏孔径系统采用迈克尔逊型结构，相位阵列系统采用的是斐索型结构。从应用平台考虑可以分为地基系统和天基系统。
分辨率成像系统在空间科学和军事应用方面都有着十分重要的意义。由于存在衍射极限，光学系统的极限角分辨率受制于光波波长和光学系统的孔径。随着对光学系统分辨能力要求不断提高，这就要求对于在一定波段下工作的光学系统，不断加大其系统孔径。但实际应用中由于种种因素的限制(例如制造材料、制造技术、机械结构、发射体积和重量等等)，使得单孔径系统孔径的增加变得极为困难。光学合成孔径成像技术为提高成像系统分辨率提供了新的方法。在第二次世界大战中，微波技术得到飞跃发展。因战争需要，微波研究的焦点集中在雷达方面，由此而带动了微波元件和器件、高功率微波管、微波电路和微波测量等技术的研究和发展。
合成孔径雷达技术（SAR），在军事应用方面是一种二维微波摇感成像雷达，由于具有远距离全天候高分辨力成像、自动目标识别，先进的数字处理能力等优点，使其拥有广泛的用途。20世纪50年代，初美国科学家最新提出来，合成孔径的概念，主要是为了满足
军事侦察雷达对高分辨率的需求。例如，美国的“长曲棍球”，军用雷达卫星，分辨率从最初的1米提高到0.3米；德国的SAR-Lupe军事雷达卫星，是欧洲高分辨率天基成像雷达的首次应用，具有很高的性价比，为不同的应用奠定了基础。在环境方面的应用表现为搭载复杂的光学和高级合成孔径雷达，其目的是为了连续观测和测量地球海洋陆地兵山，以及为研究各种自然和人为因素造成的气候改变提供大气数据，同时也为自然资源的管理提供了大量信息。例如，韩国航空宇宙研究院，和韩国空间局共同开发的，韩国多目标卫星，SAR地球观测卫星，其搭载的X波段多工作模式SAR将为地理信息应用提供图像，帮助监测和预防环境灾难。
参考文献：《高分辨率微波成像》国防工业出版社
《合成孔径聚焦成长方法研究》武汉工业大学学报气体膜分离
《合成孔径雷达图像技术研究及应用》科学出版社
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