圓跡SAR成像技術(shù)研究進展

洪 文*

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圓跡SAR成像技術(shù)研究進展

洪 文

(中國科學(xué)院電子學(xué)研究所微波成像技術(shù)國家重點實驗室 北京 100190)

圓跡SAR(Circular SAR, CSAR)是近年來提出并發(fā)展起來的一種高分辨3維成像模式，通過傳感器平臺的曲線運動，獲取被觀測目標多方位乃至360°全向觀測信息，以滿足越來越高的精細觀測需求。2011年8月，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所微波成像技術(shù)國家級重點實驗室利用自行研制的P波段全極化SAR系統(tǒng)開展了國內(nèi)首次機載圓跡SAR飛行實驗，成功獲取了全方位高分辨圓跡SAR圖像，實驗結(jié)果初步展示了圓跡SAR成像技術(shù)在高精度測繪、災(zāi)害評估和精細資源管理等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。該文詳細討論了圓跡SAR成像技術(shù)的研究進展，介紹了近年來國內(nèi)外開展的若干次機載飛行實驗以展示圓跡SAR的獨特應(yīng)用優(yōu)勢，總結(jié)分析了圓跡SAR的關(guān)鍵技術(shù)，最后對其發(fā)展趨勢進行了展望。

Synthetic Aperture Radar (SAR)；圓跡SAR；全方位觀測；高分辨率；3維成像

1 引言

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種主動遙感設(shè)備，具有全天時、全天候工作的特點，其利用“合成孔徑”和“脈沖壓縮”技術(shù)分別實現(xiàn)方位向和距離向的高分辨率成像，在軍事、民用及其它領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，目前已成為高分辨對地觀測和全球資源管理的重要手段之一。隨著應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，軍事和民用領(lǐng)域新要求的不斷提出，SAR正朝著高分辨、寬測繪、多極化、3維成像等技術(shù)方向發(fā)展。

本文重點討論近年來為滿足精細觀測需求而提出并發(fā)展起來的一種全方位高分辨3維成像模式——圓跡SAR(Circular SAR, CSAR)及其研究進展。常規(guī)SAR模式依賴傳感器平臺的直線飛行軌跡及側(cè)視成像幾何而獲取觀測場景在2維斜距面上(方位-斜距)的投影圖像，其距離向分辨率、方位向分辨率分別由發(fā)射信號帶寬和方位多普勒帶寬決定。該成像幾何下，一方面存在由于地形起伏引起的迭掩、透視縮短和陰影等SAR影像固有變形現(xiàn)象；另一方面由于合成孔徑積累時間內(nèi)觀測視角受限，僅能獲取觀測對象在某小范圍方向上的后向散射，給SAR圖像解譯和目標識別帶來了特殊的難點和問題。

與常規(guī)直線軌跡SAR模式不同，圓跡SAR模式以雷達隨平臺作360°圓周運動、波束始終指向同一場景區(qū)域為主要數(shù)據(jù)獲取幾何。這種觀測幾何下，圓跡SAR通過對觀測場景的360°全方位觀測，具有以下特點和優(yōu)勢：(1) 能夠獲取目標在各方向的散射特征，提高目標識別和地物分類精度；(2) 拓寬波數(shù)域有效帶寬，理論分辨率達亞波長量級，使低波段高分辨成像成為可能；(3) 所形成的圓周合成孔徑能夠獲取目標的3維位置信息，突破了常規(guī)直線軌跡SAR只能獲取2維斜距圖像的局限，能有效減小甚至消除迭掩、透視縮短和陰影等現(xiàn)象。因此，依據(jù)這些獨特優(yōu)勢，圓跡SAR在高精度測繪、災(zāi)害評估和精細資源管理等領(lǐng)域具有鮮明的應(yīng)用潛力，一經(jīng)提出便受到廣泛的關(guān)注。

本文在介紹圓跡SAR基本成像原理的基礎(chǔ)上，詳細介紹了近年來國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及其飛行試驗、特別是中國科學(xué)院電子學(xué)研究所，微波成像技術(shù)國家重點實驗室最新開展的國內(nèi)首次機載圓跡SAR實驗，討論了圓跡SAR成像技術(shù)的研究進展，展示了圓跡SAR的獨特優(yōu)勢和應(yīng)用潛力，進而總結(jié)分析了圓跡SAR的關(guān)鍵技術(shù)，最后對其發(fā)展趨勢進行了展望。

2 圓跡SAR成像的基本原理

圓跡SAR的成像幾何如圖1所示。以機載平臺為例，雷達平臺在距地面高度為的平面作半徑為的圓周運動，形成一個圓周合成孔徑。其中，雷達旋轉(zhuǎn)角定義為方位向，。平臺運動過程中，雷達視線方向始終指向場景區(qū)域中心，波束入射角為。

圖1 圓跡SAR成像幾何示意圖

(2)

由式(2)可知，與常規(guī)直線軌跡SAR的距離曲線僅包含目標2維斜距位置信息不同，圓跡SAR的距離曲線包含目標的3維位置信息。將式(2)代入式(1)，然后對快時間作傅里葉變換至頻率域，并進行距離向匹配濾波可得

(4)

式(5)即為圓跡SAR的波數(shù)域信號表達式。圓跡SAR的成像能力不僅與系統(tǒng)參數(shù)有關(guān)，還與目標散射特性有關(guān)，下面分兩種情況對圓跡SAR的成像能力進行討論。

當目標散射各向同性時，例如金屬球、Luneburg透鏡等，或在整個圓形孔徑內(nèi)雷達觀測視角變化較小時(如圖1所示，雷達視角變化為)，例如在高軌衛(wèi)星平臺下，圓跡SAR觀測視角變化僅為幾度，目標散射特性可近似視為不隨方位角變化。

其中，IFFT3表示3維傅里葉逆變換。根據(jù)式(4)可獲得3維波數(shù)域頻譜的支撐域，支撐域近似為一個圓臺曲面(如圖2 (a)所示)。圓跡SAR的點擴展函數(shù)與該支撐域互為傅里葉變換對，具有3維分辨率(如圖2(b)所示)。以下分別對圓跡SAR的平面點擴展函數(shù)及其分辨率、高程點擴展函數(shù)及其分辨率進行研究和分析。

圓跡SAR 360°觀測幾何將-平面上的頻譜展寬為一個圓環(huán)面(即圖2(a)所示支撐域在-平面的投影)，方位向和距離向完全耦合，與此頻譜對應(yīng)的平面點擴展函數(shù)為貝塞爾(Bessel)函數(shù)，分辨率為

圓跡SAR在高程向有效帶寬為發(fā)射信號帶寬在此方向的投影，對應(yīng)的點擴展函數(shù)近似為sinc函數(shù)，分辨率為

當圓跡SAR的觀測視角變化較大時，例如在機載平臺下，波束入射角通常較大，從而雷達的觀測視角變化亦較大，場景中多數(shù)目標的散射特性在整個觀測視角內(nèi)不再保持恒定，而僅在一定角度范圍內(nèi)保持恒定，此時，圓跡SAR的主要優(yōu)勢不再是3維分辨成像，而是其全方位觀測能力。

在人們感興趣的方向上，目標的重建圖像為

該情況下，波數(shù)域頻譜支撐域只占圓臺曲面的一部分(如圖3所示)，分辨率及點擴展函數(shù)與目標的相干散射角有關(guān)，當較小時，波數(shù)域頻譜近似為一個斜平面，針對此頻譜特點，情況(1)中定義的3維分辨率不再適用，需重新定義3個方向的分辨率：定義數(shù)據(jù)采集平面上沿斜距方向的分辨率為距離分辨率，沿航跡方向的分辨率為方位分辨率，垂直于數(shù)據(jù)采集平面方向上的分辨率為垂直分辨率，垂直分辨率表征了圓跡SAR對目標的3維重建能力，3個方向分辨率分別為

(10)

由式(10)可知，相干散射角的大小將影響方位分辨率和垂直分辨率，越小，分辨率越差，圓跡SAR對目標的3維重建能力也越弱。

本節(jié)內(nèi)容對圓跡SAR的基本成像原理進行了介紹，分兩種情況對圓跡SAR的成像能力進行了理論分析：(1) 當目標散射各向同性或雷達相對目標視角變化較小時，圓跡SAR對目標具有高分辨3維成像能力，可實現(xiàn)目標的精確3維定位；(2) 當雷達相對目標觀測視角變化較大時，圓跡SAR的主要優(yōu)勢在于其全方位觀測能力，可獲得多角度乃至全方位的目標散射特性分布及其最大信噪比SAR回波信號，為精細目標識別和地物分類等應(yīng)用提供支撐。

圖2 目標散射特性在圓跡SAR觀測視角范圍內(nèi)保持恒定時的3維波數(shù)域支撐域及點擴展函數(shù)

圖3 當目標散射特性僅在圓跡SAR的一定觀測視角范圍內(nèi)保持恒定時，3維波數(shù)域的支撐域

3 圓跡SAR研究概況

圓跡SAR的概念早在上世紀90年代中期就被提出，以解決常規(guī)直線軌跡SAR的小角度觀測幾何對目標識別存在的漏警問題。因為目標的高信噪比SAR特征只能在有限的角度范圍內(nèi)被觀測到，360°全方位觀測的圓跡SAR成像模式能很好地解決這一問題。發(fā)展至今，圓跡SAR成像技術(shù)的研究經(jīng)歷了實驗室研究和機載實驗研究兩個階段。

3.1 實驗室研究

上世紀90年代至本世紀初，圓跡SAR成像技術(shù)研究主要為成像機理研究，驗證手段為點目標仿真及可控暗室實驗。最具代表性的是美國紐約州立大學(xué)的M. Soumekh和華盛頓大學(xué)的T. K. Chan的研究工作，他們對圓跡SAR的成像機理進行了深入研究，以目標散射各向同性為假設(shè)前提，推導(dǎo)了場景中心目標的點擴展函數(shù)和分辨率，得出圓跡SAR的亞波長級高分辨能力及3維成像能力，分別提出了波前重建、共焦投影等圓軌SAR層析3維成像算法，并開展了可控實驗環(huán)境下的原理性驗證，分別獲取了T-72坦克和飛機模型的3維圖像。這一階段其研究成果主要局限于標準圓軌跡SAR模式下的簡單目標成像。

國內(nèi)開展圓跡SAR成像技術(shù)方面相關(guān)研究的單位有：中國科學(xué)院電子學(xué)研究所、清華大學(xué)、中國民航學(xué)院、北京航空航天大學(xué)、中國科學(xué)院空間中心等。清華大學(xué)和中國民航學(xué)院的研究人員從現(xiàn)代信號處理的角度出發(fā)，利用非相干技術(shù)針對曲線SAR提出了3維目標特征提取方法和自聚焦算法；北京航空航天大學(xué)通過數(shù)值仿真對不同形狀的曲線合成孔徑的點擴展函數(shù)及3維分辨能力進行了分析；中國科學(xué)院空間中心針對曲線SAR的特例——圓跡SAR的點擴展函數(shù)及3維分辨能力進行了推導(dǎo)和分析，并討論了其旁瓣抑制問題。中國科學(xué)院電子學(xué)研究所是國內(nèi)較早系統(tǒng)地開展圓跡SAR成像技術(shù)研究的科研單位。從2005年至今，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所在圓跡SAR信號處理和地面實驗驗證方面開展了大量基礎(chǔ)性研究工作：如，推導(dǎo)了不同散射相干角條件下的點擴展函數(shù)和分辨率；針對不同平臺，包括高軌衛(wèi)星、機載和地基平臺，開展了體制研究，進行了系統(tǒng)設(shè)計和成像能力論證；提出了多種相干聚焦成像算法及運動補償方法，可實現(xiàn)復(fù)雜場景的大面積、精確、快速成像；此外，構(gòu)建了地基試驗系統(tǒng)并開展了大量地面實驗驗證。

3.2 機載實驗研究

2004年開始，法國宇航局(ONERA)、瑞典國防研究院(FOI)、德國宇航局(DLR)以及中國科學(xué)院電子學(xué)研究所等研究機構(gòu)相繼利用機載試驗平臺開展了圓跡SAR飛行試驗，挖掘圓跡SAR在對地觀測中的應(yīng)用優(yōu)勢，下面將對最具代表性的圓跡SAR機載實驗進行詳細介紹。

(1) VHF波段圓跡SAR對植被覆蓋下隱蔽目標的識別

2004年，法國宇航局與瑞典國防研究院合作開展了國際首次機載圓跡SAR數(shù)據(jù)獲取試驗，瑞典國防研究院利用SAR系統(tǒng)CARABAS-II獲取了圓跡SAR數(shù)據(jù)，發(fā)射信號頻率為20-90 MHz，作用距離約為11 km，入射角約為58°。該實驗利用低波段信號的穿透能力及圓跡SAR的多角度觀測能力對植被覆蓋下的隱蔽車輛進行識別。試驗表明，相比于傳統(tǒng)直線軌跡SAR，圓跡SAR能夠大大提高隱蔽目標的檢測率，在虛警率為30/km的情況下，檢測率由0.4提升至0.8。

(2) X波段圓跡SAR的DEM獲取

2007年，法國宇航局利用新研制的SETHI機載SAR系統(tǒng)在法國N?mes城區(qū)開展了X波段圓跡SAR飛行試驗，該實驗利用圓跡SAR的多角度觀測幾何獲取了場景區(qū)的數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)，精度達2 m。圖5為DEM提取結(jié)果，位于圖像中央的羅馬競技場有一側(cè)高度較低，這一特點與所示光學(xué)圖像相符，此外，羅馬競技場內(nèi)的階梯、房屋建筑間的小道、甚至競技場附近的幾棵樹都很好地展現(xiàn)在了圖像中，實驗結(jié)果初步顯示了圓跡SAR在城市測繪中的應(yīng)用潛力。

(3) L波段圓跡SAR全方位成像

2009年，德國宇航局利用E-SAR系統(tǒng)，開展了L波段全極化機載圓跡SAR數(shù)據(jù)采集實驗，發(fā)射信號帶寬為94 MHz，作用距離約為6 km，入射角約為51°。2011年7月，DLR在IGARSS會議上公開了L波段全極化360°圓跡SAR正射圖像，這也是圓跡SAR對地觀測高分辨全方位成像效果的首次展示，相比于常規(guī)SAR圖像，圓跡SAR圖像顯示了極為精細和豐富的地物信息，展現(xiàn)了該成像模式在對地觀測中的重要應(yīng)用潛力。圖6將圓跡SAR全方位圖像與常規(guī)SAR圖像進行了比較，有力證明了圓跡SAR的獨特優(yōu)勢：(a) 圓跡SAR通過360°觀測，拓展波數(shù)域頻譜，實現(xiàn)高分辨率成像，SAR圖像固有的相干斑得到有效抑制，如圖7的第1行圖像所示，跑道上的照明燈在圓跡SAR圖像中清晰可見，而在常規(guī)SAR圖像中淹沒于相干斑；(b) 圓跡SAR全方位觀測能夠獲取目標的最高信噪比SAR特征，從而更好地描繪目標輪廓，如圖7的第2行圖像所示，建筑物與地面構(gòu)成的2面角僅在垂直方向具有最強的散射強度，在圓跡SAR圖像中，建筑物的矩形輪廓分明，而在常規(guī)SAR圖像中，僅呈現(xiàn)為一條線段或L形，給圖像解譯帶來了困難；(c) 圓跡SAR形成的2維孔徑對目標有3維重建能力，如圖7的第3行圖像所示，與極化技術(shù)相結(jié)合，植被區(qū)的冠層和樹干得到了很好的分離。

圖5 2007年，法國宇航局利用SETHI機載SAR系統(tǒng)采集的X波段機載圓跡SAR數(shù)據(jù)獲取了法國N?mes城區(qū)的全方位觀測DEM

(4) P波段圓跡SAR全方位成像

2011年8月，中國科學(xué)院電子學(xué)研究所，微波成像技術(shù)國家級重點實驗室利用自主研制的P波段全極化SAR系統(tǒng)，在四川省綿陽市彰明鎮(zhèn)開展了國內(nèi)首次圓跡SAR飛行試驗，成功獲取了360°全方位高分辨圓跡SAR正射圖像，實驗參數(shù)如表1所示。圖8為兩組不同場景的成像處理結(jié)果，圖9通過將圓跡SAR圖像與常規(guī)SAR圖像進行細節(jié)對比，展示了圓跡SAR的應(yīng)用優(yōu)勢：(a) 圓跡SAR的全方位觀測能力能夠獲取常規(guī)SAR難以獲取的信息，如圖9 (a)所示，橫架的輸電線僅能在垂直于其走向的方向上被觀測到，常規(guī)SAR難以撲捉其圖像，而圓跡模式卻能夠獲取其圖像；(b) 圓跡SAR的全方位觀測能夠獲取目標的輪廓信息，如圖9 (b)～9 (e)所示，人造目標與地面形成的2面角在垂直方向散射較強，而在其他方向散射較弱，因此蓄水池、高鐵橋墩、梯田田埂等目標在常規(guī)SAR圖像中僅顯示為一個或若干個強點，難以直接從圖像進行判讀，而在圓跡SAR圖像中，目標的輪廓能被清晰勾勒，利于圖像解譯；(c) 圓跡SAR能夠提高分辨率，抑制相干斑噪聲，并有效減小陰影現(xiàn)象，如圖9 (e)所示，單站SAR成像中，鏡面反射具有較強的反射回波，因此常規(guī)SAR圖像通常由若干強點主導(dǎo)，另外，分辨率受限于多普勒帶寬，圖像中有明顯的相干斑，圖像解讀人員需要專業(yè)SAR背景，而圓跡SAR將360°回波進行綜合，獲得的圖像效果接近于光學(xué)的漫反射成像效果，且相干斑得到有效抑制，更有利于人眼這一光學(xué)系統(tǒng)的識別和解讀。

表1 中國科學(xué)院電子學(xué)研究所圓跡SAR飛行實驗主要參數(shù)

參數(shù)數(shù)值 PRF3000 Hz 工作波長0.5 m 帶寬200 MHz 飛行半徑?3000 m 平臺高度?3000 m 極化方式HH HV VH VV

4 圓跡SAR的關(guān)鍵技術(shù)

圓跡SAR展現(xiàn)的獨特優(yōu)勢是以更高的系統(tǒng)技術(shù)要求和更復(fù)雜的信號處理為代價的。作為一種新興模式，圓跡SAR仍處于試驗探索階段，雖然國內(nèi)外已通過多次機載試驗驗證了其可行性和成像效果，但仍有不少關(guān)鍵技術(shù)有待解決和完善以滿足實際應(yīng)用需求。雷達系統(tǒng)方面的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：高精度導(dǎo)航技術(shù)、高精度波控技術(shù)等；信號處理方面的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：成像處理技術(shù)、運動補償技術(shù)、旁瓣抑制技術(shù)等。下面詳細討論信號處理方面的主要關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀。

(1) 成像處理技術(shù)

面向?qū)Φ赜^測應(yīng)用(機載高軌星載平臺)的圓跡SAR聚焦成像處理需要考慮軌跡非規(guī)則性、成像精度及計算效率。非規(guī)則軌跡給成像算法的實現(xiàn)帶來了困難，首先經(jīng)典的直線軌跡SAR快速成像算法，及M. Soumekh提出的標準圓軌跡條件下的波前重建算法都不再適用。而可用于任意成像幾何的常規(guī)后向投影(Back-projection, BP)算法又存在計算量巨大的問題，計算復(fù)雜度為。為了解決這一問題，德國宇航局的研究人員基于常規(guī)FFBP(Fast Factorized Back-Projection)算法的原理，提出了適用于非規(guī)則圓軌跡SAR成像的高精度FFBP，計算復(fù)雜度為/2+()，結(jié)合GPU，運算速度可大幅提高。中國科學(xué)院電子學(xué)研究所的研究人員則基于常規(guī)PFA算法的基本原理，提出了適用于非規(guī)則圓軌跡SAR成像的精確極坐標格式算法，其優(yōu)勢是計算效率高，計算復(fù)雜度為。

(2) 運動補償技術(shù)

直線軌跡SAR的運動補償主要指將非理想軌跡補償為理想的直線軌跡，避免圖像在2維斜距面上的散焦。圓跡SAR的運動補償有所不同，其本身就具有3維重建能力，因此不需要將非規(guī)則軌跡補償為理想軌跡，只需要補償由軌跡測量誤差或大氣擾動等原因造成的斜距誤差或相位誤差。與常規(guī)成像模式相比，圓跡SAR的合成孔徑時間更長，例如機載條帶SAR的合成孔徑時間僅為幾秒或十幾秒，而圓跡SAR的合成孔徑時間長達幾分鐘，導(dǎo)航系統(tǒng)要在如此長的時間內(nèi)保證/16的測量精度是不易實現(xiàn)的，尤其當工作頻率較高時。為了解決這一問題，法宇航在機載實驗中，預(yù)先在場景中安放多個位置已知的定標器，數(shù)據(jù)處理過程中采用3角測量法反演精確軌跡。德國宇航局則利用安放于場景中散射各向同性的Luneburg透鏡，從其圖像的頻域信號中提取相位誤差，補償于數(shù)據(jù)，實現(xiàn)圖像的精確聚焦。中國科學(xué)院電子學(xué)研究所則提出了基于逆回波生成的相位梯度算法，該算法利用圖像中的特顯點生成逆回波，從逆回波信號中提取相位誤差補償于回波數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)自聚焦的目的，該方法的優(yōu)勢是在于不依賴于定標設(shè)備，而是利用圓跡SAR數(shù)據(jù)本身進行相位誤差估計，且算法中使用的最大似然估計具有良好的魯棒性。

(3) 旁瓣抑制技術(shù)

圓跡SAR的360°觀測幾何將平面頻譜擴展為一個圓環(huán)面，圓環(huán)面的中空部分控制著平面點擴展函數(shù)的旁瓣水平，即中心頻率和帶寬的比值直接決定旁瓣水平，該比值越大，旁瓣越高，反之亦然，在發(fā)射信號為單頻信號時，峰值旁瓣比為-7.9 dB，在最小發(fā)射頻率為零頻的極限情況下，旁瓣可降為-17.57 dB。當雷達系統(tǒng)工作頻率較高，信號帶寬又相對較窄時，較高的旁瓣將影響圖像的清晰度。圓跡SAR頻譜的中空部分可認為是信息缺失，傳統(tǒng)的基于譜分析的頻譜加權(quán)方法不能從根本上降低旁瓣，因為這種方法只是簡單地將信息缺失部分補0。文獻[30]中針對旋轉(zhuǎn)目標成像的旁瓣抑制問題提出了變跡濾波器的方法，該方法也是沿用了頻譜加權(quán)的思想，只有當相對帶寬大于50%時，旁瓣抑制才略有改善，限制了該方法的適用范圍。利用重建目標稀疏特性的優(yōu)化方法，如L1優(yōu)化，在旁瓣抑制方面具有重要潛力，但該方法在SAR領(lǐng)域的應(yīng)用目前還處于發(fā)展階段。因此如何有效地抑制圓跡SAR旁瓣是一個重要問題，也是一個難題，有待進一步解決。

5 圓跡SAR成像技術(shù)展望

如何與特定應(yīng)用結(jié)合，以最大限度發(fā)揮圓跡SAR的優(yōu)勢，是本領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者普遍關(guān)心的問題。我們認為圓跡SAR成像技術(shù)的后續(xù)工作主要包括以下3個方面：

(1) 多維度散射特性研究及目標識別

圓跡SAR的多角度觀測幾何能夠獲取比常規(guī)SAR的單一角度觀測幾何更豐富的信息，其回波包含多角度的目標散射特性分布信息。圓跡SAR成像模式渴望成為深入理解多維度散射特性及其在SAR圖像中表征等問題的重要數(shù)據(jù)獲取和研究手段，對SAR成像在高精度目標識別中的應(yīng)用具有重要的意義。

(2) 3維高精度土地覆蓋分類

與極化手段相結(jié)合，圓跡SAR的多角度觀測優(yōu)勢有望進一步提高地物分類水平和精度。圓跡SAR 3維重建能力有望獲取植被的垂直結(jié)構(gòu)，以實現(xiàn)生物參數(shù)的精確反演和生物量的評估，因此基于極化圓跡SAR的3維高精度土地覆蓋分類研究是一個重要的研究課題。

(3) DEM反演與正射成像相結(jié)合的精細測繪

現(xiàn)有常規(guī)SAR測繪的一個主要問題是其側(cè)視成像幾何帶來的陰影和迭掩問題，圓跡SAR的全方位觀測幾何能夠較大程度地減小陰影及迭掩現(xiàn)象；同時其能夠利用單通道、多角度數(shù)據(jù)進行DEM反演，較干涉技術(shù)相比具有較低的系統(tǒng)復(fù)雜度，可以作為一種有效的DEM信息獲取途徑。因此，基于圓跡SAR數(shù)據(jù)的DEM反演與正射成像相結(jié)合的處理技術(shù)在精細測繪領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛力。

6 結(jié)束語

圓跡SAR因其高分辨、全方位觀測及3維重建能力等獨特優(yōu)勢近年來受到了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，已成為當前的國際研究熱點之一。國內(nèi)外開展的多次機載圓跡SAR試驗展示了常規(guī)SAR模式所無法企及的成像效果，初步顯示了其在高精度測繪、災(zāi)害評估和精細資源管理等領(lǐng)域的重要應(yīng)用潛力。目前國內(nèi)外對圓跡SAR的研究還處于試驗探索階段，該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展離實際應(yīng)用尚有一段距離，需要進一步開展相關(guān)研究，發(fā)揮其在對地觀測中的應(yīng)用優(yōu)勢。

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Progress in Circular SAR Imaging Technique

Hong Wen

(National Key Laboratory of Science and Technology on Microwave Imaging, Institute of Electronics,Chinese Academy of Sciences, Beijing100190, China)

Circular SAR (CSAR) is a newly developed all-directional high resolution 3D imaging mode in recent years, to satisfy the demand of finer observation. The National Key Laboratory of Science and Technology on Microwave Imaging, Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences (MITL, IECAS), had the first test flight experiment in Aug. 2011 with a P-band full polarization SAR system, and successfully obtained the all-directional high resolution circular SAR image. The initial results show that CSAR technique has the encouraging potential capability in the fields of high precision mapping, disaster evaluation, resource management and the other related applications. This paper firstly makes a detailed discussion on the progress of circular SAR imaging technique, which emphases on the several airborne experiments performed these years to show CSAR’s attractive features, then studies and illustrates the key techniques, and finally discusses the development trends.

Synthetic Aperture Radar (SAR); Circular SAR (CSAR); All-directional observation; High resolution; 3D imaging

TN957

A

2095-283X(2012)02-0124-12

10.3724/SP.J.1300.2012.20046

2012-06-08收到，2012-06-12改回；2012-06-18網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版

國家自然科學(xué)基金重大項目(60890070)和重大專項項目(GFZX04030701)資助課題

洪文 whong@mail.ie.ac.cn

洪 文(1968-)，女，研究員，博士生導(dǎo)師，研究經(jīng)歷包括北京航空航天大學(xué)電子工程系副教授、德國宇航院雷達與微波技術(shù)所客座研究員、中國科學(xué)院電子學(xué)研究所微波成像技術(shù)國家重點實驗室研究員等。近年研究方向為極化/極化干涉合成孔徑雷達數(shù)據(jù)處理及應(yīng)用、3維微波成像新概念新體制新方法等。