【最新成果】无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究（视频）

原创洪文, 林赟雷达学报

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论文短视频 |无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究

背景介绍

复杂结构设施的SAR三维成像是SAR成像领域的热点和难点问题。现有SAR三维成像需要高程方向的多通道或多次飞行来获取高程分辨，对雷达系统或数据获取提出了一定的要求，且受实际数据采集时基线数量、跨度等限制，通常需借助目标辅助信息来改善高程模糊和低分辨率问题。

中国科学院空天信息创新研究院洪文研究员联合团队提出了无先验模型SAR全方位三维成像方法。该方法挖掘多方位角数据的三维成像能力，无需目标预先建模和三维成像网格构建，一次飞行即可获得先验信息未知区域全场景全方位三维图像，适用于复杂结构设施精细三维结构获取，在雷达三维成像实用化技术方面取得了重要进展。

团队成功取得国际首幅500米口径球面射电望远镜（Five-hundred-meter Aperture Spherical radio Telescope，FAST）三维分辨图像，实验数据由北京无线电测量研究所韦立登研究员团队研制的Ka波段机载干涉SAR系统获取。

团队工作

洪文研究员团队提出了多角度SAR的概念，在多项国家重点项目的支持下，持续开展以圆迹SAR为代表的多角度SAR成像技术研究，在多角度SAR三维成像机理及方法等方面具有长期的研究积累和技术成果。

研究团队是国内最早开展相关研究的团队之一，2011年与德国宇航局同年分别获取圆迹SAR高分辨率全方位观测图像，展示了多角度观测在提升图像质量、丰富目标细节信息方面的潜力；2013年提出多角度SAR的概念，将SAR多角度观测模式拓展到机动航空平台及航天平台。团队突破了目标各向异性散射自适应估计、宽角相干及多角度非相干孔径积累、高精度三维解叠掩、地距坐标系三维分辨成像等关键技术，可实现非合作区域及复杂结构目标的精细化描述，获取更加丰富、全面的信息，利用多角度信息互补显著提升SAR的应用效能。

该工作拟发表在《雷达学报》2022年第5期“《雷达学报》创刊10周年纪念专刊1”论文“无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究”（林赟, 张琳, 韦立登, 洪文等）。

论文介绍

本文以FAST全方位三维成像实验采用的干涉圆迹SAR (Interferometric Circular SAR, InCSAR)模式为例，首先介绍了无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法的基本原理。综合了干涉测量的高精度测高能力和圆迹SAR的全方位观测、解叠掩和解高程模糊优势，利用圆迹SAR多方位角数据本身的三维信息获取能力解决干涉相位模糊带来的目标高程模糊问题，一次飞行获取全场景全方位三维图像。无需目标预先建模和三维成像网格构建，适用于大场景复杂结构设施的三维精细成像。

实验数据由Ka波段机载毫米波干涉SAR系统获取。该系统采用固态有源天线体制，通过在单个吊舱内集成多部收、发天线，单次飞行获取的多通道数据可组合成单基线干涉、多基线干涉、多极化成像、多极化干涉等多种业务模式。其吊舱具备两轴伺服调节功能，并集成了高精度位置和姿态测量设备（POS），为复杂曲线轨迹数据获取提供了精确的天线姿态和位置信息。

机载实验观测目标FAST位于中国贵州，是世界最大的球面射电望远镜，照片如图1(a)所示。圆周飞行轨迹的中心设计为FAST球面镜中心，飞行半径约为3000米，飞行轨迹如图1(b)所示。FAST主要组成部分包括500米口径球面反射面、馈源支撑塔（6座）、球面反射面支撑格构柱（50根）等。图2为Ka波段条带SAR二维图像，受限于雷达观测几何及二维成像方法，图像存在阴影、叠掩、透视伸缩等现象，部分目标结构不可见。图2从不同视角展示了全场景、全方位三维图像。图中，FAST三维立体结构清晰可见，红圈内为悬挂于球面反射面之上的馈源。馈源支撑塔高度测量值约为168 m(颜色表对应散射中心海拔高度)，与实际情况相符。