合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）是利用合成孔径原理和脉冲压缩技术对地面目标进行高分辨率成像的高技术雷达，近年来获得了巨大的发展，是变形监测的前沿技术和研究热点。SAR属于微波遥感的范畴，与传统可见光、红外遥感技术相比，具有诸多的优越性，除了可以全天时、全天候、高精度地进行观测外，还可以穿透云层，在一定程度上穿透植被，且不依赖太阳作为照射源。随着雷达遥感技术的不断发展与完善，SAR已成功应用于地质、水文、测绘、军事、环境监测等领域。

典型SAR系统由天线、发射机、接收机、频率源、信号处理机、惯导、数据记录仪、控制与显示模块等组成。天线发射宽带信号、接收目标回波；发射机完成宽带信号的产生、调制和放大；接收机用于对回波的变频、放大和采集；频率源产生全机所需时钟及本振信号；信号处理机实现全机时序同步、参数控制和雷达信号处理；惯导是SAR系统的重要组成部分，实时测量天线姿态并传输给信号处理机，用于运动补偿计算；数据记录仪可记录信号回波和图像数据；控制与显示模块实现全机控制及图像显示。系统构成如图2-1所示。

图2-1　典型SAR系统构成

SAR的主要参数有使用参数、内部参数和图像参数。

使用参数直接面向用户，含分辨率、作用距离、测绘带宽和定位精度等。分辨率有距离分辨率和方位分辨率，距离分辨率与信号带宽成反比，方位分辨率与天线氏度成反比；作用距离是指图像场景中心到平台的斜距；测绘带宽是指SAR雷达的成像宽度；定位精度用于描述图像中目标与真实地理坐标之间的相对关系。

内部参数含工作频段、信号带宽、波门起始、采样深度、脉冲宽度和重复频率等，这些内部参数与使用参数有一定的对应关系。如波门起始描述的是图像的起始距离，采样深度则对应图像的测绘宽度。图像参数含信噪比、积分旁瓣比和峰值旁瓣比等，用于表征SAR图像的清晰度、对比度和模糊度等。

在雷达沿轨道飞行时，成像的地面目标与雷达间存在相对运动，被地面反射回来的雷达脉冲频率产生漂移，即发生多普勒频移（Doppler Frequency Shift）现象。合成孔径雷达（SAR）正是利用这一物理现象来改善雷达成像的方位向分辨率的。其基本思想是用一个小天线沿一直线方向不断移动，在移动中每个位置上发射一个信号，天线接收相应发射位置的回波信号的振幅和相位，并存储下来。当天线移动一段距离后，存储的信号与长度为该距离的天线阵列诸单元所接收的信号非常相似，对记录的信号进行聚焦处理，得到一个“合成”的更大孔径的图像，从而提高了雷达方位向分辨率。

如图2-2所示，假设真实孔径雷达天线的长度为L，从点a移动到点b再到点c，被成像点O点的斜距由大变小再变大，于是雷达接收从地面点O反射回来的脉冲频率会产生变化，频率漂移由大变小。通过精确测定所接收脉冲的雷达相位延迟并跟踪频率漂移，最后合成一个脉冲，使方位向的目标锐化，从而提高方位向分辨率。(www.daowen.com)

图2-2　合成孔径雷达成像几何关系

采用合成孔径技术，若合成后的天线孔径为Ls，其方位向分辨率为：

由于天线最大的合成孔径等于真实孔径雷达的方位向分辨率，Rs可表示为：

式（2.2）说明，合成孔径雷达的方位向分辨率与距离无关，只与实际使用的天线孔径有关，等于L。此外由于双程相移，方位向分辨率还可提高一倍，即为真实天线尺寸的1/2，Rs可表示为下式：

简单地讲，SAR是利用合成孔径技术模拟一个大的天线系统来提高方位向的分辨率，而距离向分辨率是通过距离向脉冲压缩技术拓展的，从而使真实孔径雷达的图像分辨率大大提高，生成幅度和相位都相对精确的雷达影像。