合成孔径雷达三维成像——从层析、阵列到微波视觉

合成孔径雷达3维成像技术可以消除目标和地形在2维图像上产生的严重混叠,显著提升目标识别和3维建模能力,已经成为当前SAR发展的重要趋势。合成孔径雷达3维成像技术经过了数十年的发展,已提出多种技术体制。该文系统性回顾了SAR 3维成像技术领域的发展过程,深入分析了现有SAR 3维成像技术的特点;指出了SAR回波及图像中蕴含的未被现有技术利用的3维信息,提出“合成孔径雷达微波视觉3维成像”的新概念和新思路,将SAR成像方法与微波散射机制和图像视觉语义有机融合,形成SAR微波视觉3维成像理论与方法,实现高效能、低成本的SAR 3维成像。该文重点阐述了SAR微波视觉3维成像的概念、目标和关键科学问题,并给出了初步的技术途径,为SAR 3维成像提供了新的技术思路。      

微波视觉三维SAR关键技术及实验系统初步进展

合成孔径雷达(SAR)三维成像在复杂地形测绘、复杂环境下目标发现与识别等方面具有重要应用潜力,是当前SAR领域的重要发展方向之一.为推动SAR三维成像技术的发展和应用,中国科学院空天信息创新研究院牵头设计并研制了一套无人机载微波视觉三维SAR实验系统(MV3DSAR),为相关技术研究和验证提供实验平台.目前该系统的单极...     

无先验模型复杂结构设施SAR全方位三维成像方法研究

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三维成像依赖于高程方向的多通道或多次飞行,对雷达系统或数据获取的要求较高。该文提出无先验模型复杂结构设施三维成像方法,仅需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。该方法充分利用圆迹SAR的全方位观测、解叠掩和解高程模糊优势,无需目标预先建模和三维成像网格构建,适用于大面积区域复杂结构设施的精细三维成像,在雷达三维成像实用化技术方面取得了重要进展。通过该方法首次获得FAST射电望远镜的雷达全方位三维图像,验证了理论与方法的正确性与有效性。      

全息合成孔径雷达的概念、体制和方法

合成孔径雷达技术经历了二维SAR、二维半SAR(InSAR)、三维SAR，已发展到如今的多维度SAR，取得了巨大的技术成就。该文在简要总结合成孔径雷达及其成像技术发展历程的基础上，提出了全息合成孔径雷达的概念并首次给出了明确的定义，指出该定义与现有全息雷达、多基线圆迹SAR、多维度SAR等概念的区别与联系。并且基于现有多维度SAR模型框架，给出了全息SAR的成像体制和信号模型，提出了初步的成像思路，为全息SAR技术的发展提供了初步的理论和技术框架基础。      

快速搜索算法与极化合成孔径雷达三维成像

从全极化(hh,hv,vh,vv)合成孔径雷达(SAR)图像数据中,可提取方位向的地势倾斜度信息,形成极化SAR三维成像。该文重点研究极化 SAR三维成像快速算法;提出由 Stokes矢量推导的的极化椭圆方向用解模糊算法;讨论目标极化散射特性对提取地势高度信息的影响以及处理方法;并利用真实的极化 SAR图像数据得到了极化三维成像结果。     

干涉SAR三维地形成像数据处理技术综述

干涉合成孔径雷达（InSAR，Interferometric Synthetic Aperture Radar）三维地形成像技术能够提供精确的高分辨率地形高度信息，它在上世纪后期发展非常迅速，目前仍是SAR技术领域的研究热点之一。本文给出了干涉SAR三维地形成像数据处理流程及主要步骤，综述了图像配准、相位展开、基线估计以及高度计算等干涉SAR数据处理步骤实现算法的发展概况，比较了各种算法的优劣，最后分析了干涉SAR三维地形成像数据处理所面临的技术难点，并对未来的研究重点作了展望。     

基于SVD-SRNet的SAR三维成像方法

合成孔径雷达（SAR）三维成像是传统二维SAR成像在雷达精细信息获取与感知领域的重要发展,可分辨重叠于二维SAR图像同一像素中的多个目标。稀疏信号处理是进行SAR三维成像的有效方法,但由于稀疏信号处理的非线性特征,常需迭代运算,效率较低。研究人员已提出利用深度学习技术实现快速解算非线性信号处理问题的思路,在三维成像领域已有初步应用。然而,由于SAR三维实测数据稀缺,三维成像网络的训练只能依赖于仿真数据进行,并且仿真数据与实测数据存在差异大的问题,导致基于深度学习方法的SAR三维成像精度受限。为此,本文提出了一种基于奇异值分解的信号空间归一化超分辨网络（SVD Signal-Space Normalization Super-Resolution Net,SVD-SRNet）,能够解决由于仿真数据与实测数据存在差异大导致的三维成像网络化方法鲁棒性低的问题,与传统方法相比所提方法具有更优异的成像精度。计算机仿真试验和无人机SAR实测数据试验证明了本文所提方法的有效性。      

层析SAR地表参数信息提取研究进展

传统的合成孔径雷达(SAR)成像是将现实中的三维场景投影到方位-斜距向二维平面的一系列处理过程,损失了三维空间的高度维信息。随着SAR系统及处理技术的发展,层析SAR系统通过沿高度向的多个数据获取构造高度维合成孔径,利用阵列信号处理方法实现目标高分辨率三维成像,对观测场景进行三维重建,获取地面目标的垂直结构信息,对植被监测、雪冰探测、城市建模等应用具有重要应用价值。该文基于层析SAR观测机理,分析了配准、去平地效应、相位补偿、高度维聚焦等三维成像关键环节以及算法研究现状,着重阐述了层析SAR在植被、雪冰、城市信息提取方面的应用,介绍了过去20年中相关的实验结果,讨论了不同平台下植被高度与冠层结构、冰川厚度与内部结构、积雪厚度与分层、城市区三维重建与形变监测等方面的应用潜力与存在的问题,并对其发展趋势进行了展望。      

机载多维度SAR航空观测系统实验初步进展

随着合成孔径雷达(SAR)技术的发展,从极化、频率、角度和时相等多个维度空间联合观测成为SAR发展的重要趋势,但维度联合观测的系统与实验少有报道。该文概要介绍了机载多维度SAR(MSJosSAR)航空观测系统的能力,归纳总结了该系统的技术特点。提出多维度SAR一致性成像方法,实现多波段成像后的配准精度优于1个像元。分析了多波段极化角度特征谱、多方位角层析3维结构重建、多时相相干变化检测等3种SAR多维观测量的初步实验结果,验证了系统的多维观测能力。     

机载多维度SAR误差分析与成像自配准处理方法

随着机载SAR技术发展,在同一架飞机上可以同时安装多个波段的全极化SAR载荷,形成机载多维度SAR系统。中科院空天院牵头研制了一部机载多维度SAR系统,并采用统一的频率源作为基准,以保证不同波段SAR之间在时间、相位方面的一致性,开展了数据获取实验。本文分析了该机载多维度SAR在采样延迟、方位时间和运动补偿等方面的误差,并提出了一致性校正和成像处理的方法,实现了无需后续图像匹配的成像自配准。机载多维度SAR实验数据处理结果表明,多波段成像自配准精度达到1个像素以内,为后续多维度SAR数据联合分析提供了良好的基础。     

合成孔径雷达三维成像中的视觉语义浅析

"合成孔径雷达微波视觉三维成像",从概念上说,旨在将"视觉语义"引入到合成孔径雷达的成像模型中,以期提高三维成像的质量.对层析合成孔径雷达(TomoSAR)来说,"视觉语义"的引入可望有效减少To-moSAR所需的观测次数.然而,什么是"视觉语义"?从视觉感知的途径看,"单眼"和"双眼"均可以从场景感知三维结构信息;从...     

基于自学习稀疏先验的三维SAR成像方法

合成孔径雷达三维成像技术(3D SAR)能通过孔径维度扩展实现三维成像能力,但数据维度大、系统实现难、成像分辨率低。压缩感知稀疏重构技术在简化3D SAR系统、提升成像质量等方面展现出巨大潜力,但面临计算复杂度高、参数设置困难、弱稀疏场景适应差等新问题,制约了其实际应用。针对上述问题,该文结合卷积神经网络的特征学习及迭代算法的深度展开理论,提出了基于自学习稀疏先验的3D SAR成像方法。首先,探讨了常规3D SAR稀疏成像中矩阵向量线性表征模型的局限性,引入成像算子提升成像算法处理效率。其次,讨论了迭代算法映射网络的深度展开模型和实现方式,包括网络拓扑结构设计、算法参数的优化约束及网络的训练方法。最后,通过仿真数据和地面实验,证明了所提方法在提升成像精度的同时,其运行时间较传统稀疏成像算法降低一个数量级。      

圆周扫描地基SAR频域三维成像算法

圆周扫描地基SAR(GBCSAR)是一种具备三维成像能力的地基SAR系统,其运动轨迹特殊,给三维成像带来难度。后向投影(BP)算法适用于该系统成像,但其计算量巨大,难以实现实时成像。应用于机载圆迹SAR成像的频域算法由于机载圆迹SAR与GBCSAR系统在成像模型和信号模型上都存在差异,因此无法应用于GBCSAR。因此,本文提出了一种针对GBCSAR的频域三维成像算法。本文在GBCSAR系统模型的基础上,推导信号由斜距平面转换到成像平面的解析表达,在频域进行匹配滤波,实现信号的聚焦。之后对本算法的适用条件进行讨论。最终经过仿真实验,本文提出的算法得以验证,并对本文算法与BP算法的成像质量和成像效率进行对比,证明本文提出的频域成像算法可以实现高效成像。      

稀疏微波成像研究进展(科普类)

稀疏微波成像是将稀疏信号处理理论系统性地引入微波成像并有机结合形成的微波成像新理论、新体制和新方法。该文阐述了稀疏微波成像中稀疏表征与变换域映射、稀疏观测约束、以及非模糊重建等关键科学问题;在此基础上介绍了稀疏微波成像的主要研究进展以及原理样机的机载飞行实验,实验结果表明了稀疏微波成像原理和方法的可行性和有效性;另外,该文还讨论了稀疏微波成像在3 维雷达成像、逆合成孔径雷达、探地雷达等领域的应用。      

基于高分三号SAR数据的城市建筑高分辨率高维成像

传统合成孔径雷达(SAR)只能获取方位-距离二维图像,无法准确反映目标的三维散射结构信息.层析合成孔径雷达(TomoSAR)是一种多基线干涉测量模式,它将合成孔径原理扩展至高程向,除了可对目标进行二维成像之外,还可以准确恢复目标的高度向散射信息,真正实现三维成像.差分层析合成孔径雷达(D-TomoSAR)将合成孔径原理...     

基于复图像的稀疏SAR成像方法在高分三号数据上的验证

基于稀疏信号处理的合成孔径雷达(SAR)成像(稀疏SAR成像)是稀疏微波成像的一个重要研究方向,相较于经典SAR,稀疏SAR成像在提升成像性能等方面具有重要优势。然而,受困于较大计算代价,其难以用于大观测场景的稀疏恢复,这极大限制了其应用范围。此外,无论军用还是民用,各国星载SAR系统的技术性能指标均是保密的,因此相较于原始回波,通常的公开数据都是经匹配滤波算法重构的SAR复图像。因而如何基于复图像数据进行稀疏成像,对提升现有SAR图像质量、降低稀疏成像计算代价具有重要意义。高分三号是我国首颗1 m分辨率C波段多极化SAR卫星,它具有成像分辨率高、幅宽大等优势,对提升我国灾害监测、海洋监视等能力具有重要作用。该文将一种基于复图像数据的稀疏SAR成像技术引入到高分三号SAR复图像的性能提升当中。实验结果表明,经稀疏处理后的图像拥有更低的旁瓣、更高的信杂噪比以及更优的目标可分辨率能力。且类似于匹配滤波算法重建图像,稀疏恢复结果也可以很好地保持图像统计分布及相位信息,使得稀疏重构的高分三号SAR图像仍适用于干涉、恒虚警率检测等应用。      

弹载合成孔径雷达制导技术发展综述

弹载合成孔径雷达制导技术是合成孔径雷达(SAR)技术和精确制导技术相结合的一个高新科技,是提高精确打击目标的重要方法.文中介绍了国外SAR制导技术的最新发展,如调频连续波、单脉冲三维成像、多模复合制导雷达技术的应用,指出高速图像处理、高效算法及轻型低功耗等是未来精确制导技术的发展重点;综合分析了在研发SAR制导技术的工作中需要解决多项成像技术内容,最后指出为适应精确制导武器性能的不断提高,弹载SAR制导技术需要注意修正和完善之处,以提高对要害部位的打击.