背景及意義

陣列干涉合成孔徑雷達(dá)（SAR）通過(guò)一次飛行就可獲得空間多角度相干觀測(cè)數(shù)據(jù)，能有效排除時(shí)間去相干的影響，實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)區(qū)的三維成像。然而當(dāng)前陣列干涉三維SAR系統(tǒng)所需的通道數(shù)較多（通常需要十余個(gè)），系統(tǒng)復(fù)雜、研制難度大，系統(tǒng)的低成本、小型化及其應(yīng)用推廣均具有較大難度，亟需在SAR三維成像理論和體制上進(jìn)行創(chuàng)新。

近年來(lái)，在國(guó)家自然科學(xué)基金重大項(xiàng)目的支持下，中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院丁赤飚院士、仇曉蘭研究員牽頭，并聯(lián)合中科宇達(dá)（北京）科技有限公司成功設(shè)計(jì)研制了國(guó)內(nèi)首套無(wú)人機(jī)載小型化陣列干涉三維SAR系統(tǒng)，稱(chēng)為微波視覺(jué)三維SAR（MV3DSAR），并成功開(kāi)展了飛行實(shí)驗(yàn)，僅用四個(gè)陣列通道就獲得了復(fù)雜場(chǎng)景的三維成像結(jié)果，顯示了良好的三維結(jié)構(gòu)重建和目標(biāo)解疊掩能力，促進(jìn)了SAR三維成像技術(shù)的新發(fā)展。

系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)及關(guān)鍵技術(shù)

MV3DSAR系統(tǒng)最核心的是Ku波段陣列干涉SAR，該SAR載荷的主要參數(shù)如下表所示，其采用調(diào)頻連續(xù)波體制，信號(hào)帶寬為1.2GHz，中心頻率為15.2GHz，重量為7.07kg。

MV3DSAR系統(tǒng)致力于小型化、低成本、高精度，在系統(tǒng)研制過(guò)程中突破的主要關(guān)鍵技術(shù)包括以下幾個(gè)方面：

(1)多通道一致性技術(shù)

MV3DSAR具有多個(gè)接收通道，為保證多通道信號(hào)之間延時(shí)、增益與相位的一致性，MV3DSAR采用了基于低溫共燒陶瓷技術(shù)的多通道一致性設(shè)計(jì)、一致性定標(biāo)回路設(shè)計(jì)、多通道間電磁屏蔽防串?dāng)_設(shè)計(jì)等有效方案，使得系統(tǒng)通道間相位一致性達(dá)到±5度以?xún)?nèi)，為三維成像提供有力保障。

(2) 高精度運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

MV3DSAR作業(yè)平臺(tái)飛行高度相對(duì)較低，運(yùn)動(dòng)誤差及姿態(tài)變化對(duì)成像的影響相對(duì)較大，同時(shí)陣列干涉要求高精度保相成像，因此對(duì)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償提出了更高的要求。MV3DSAR集成了微型慣性測(cè)量單元，通過(guò)雙捷聯(lián)處理獲取相對(duì)位置精度優(yōu)于0.3mm的航跡測(cè)量數(shù)據(jù)；同時(shí)在成像過(guò)程中根據(jù)中心頻率的變化進(jìn)行處理頻帶和運(yùn)動(dòng)誤差計(jì)算參考的調(diào)整，并提出基于子孔徑處理和相干合成的高精度運(yùn)補(bǔ)成像算法，有效保證了成像精度和效率。

(3) 基于微波視覺(jué)的SAR三維成像技術(shù)

由于MV3DSAR只有4個(gè)陣列通道，現(xiàn)有三維成像方法在較少觀測(cè)次數(shù)下面臨三維求解誤差大、空間模糊等問(wèn)題。因此，MV3DSAR創(chuàng)新性地將微波視覺(jué)信息與SAR三維成像模型有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了少量通道下的三維成像。具體的，通過(guò)SAR圖像語(yǔ)義分割和點(diǎn)云迭代處理提取空間幾何結(jié)構(gòu)約束，用于約束三維成像的解空間并進(jìn)行三維解模糊，以提升少量觀測(cè)下的三維成像性能。

微波視覺(jué)三維SAR

成像結(jié)果展示

MV3DSAR系統(tǒng)已經(jīng)分別在天津、蘇州地區(qū)完成了多次飛行試驗(yàn)，成功處理得到了測(cè)區(qū)內(nèi)單極化、全極化的三維成像結(jié)果，如下所示。

圖 3天津臨港商務(wù)大廈各角度三維成像融合結(jié)果（單極化，按高度渲染）

此外，針對(duì)傳統(tǒng)二維成像難以分辨的疊掩區(qū)域，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)上述三維成像結(jié)果進(jìn)行了解疊掩分析，結(jié)果如下所示。

圖 7建筑物與汽車(chē)等解疊掩效果

圖 8屋頂與采光井的解疊掩效果

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