背景及意義

陣列干涉合成孔徑雷達（SAR）通過一次飛行就可獲得空間多角度相干觀測數(shù)據(jù)，能有效排除時間去相干的影響，實現(xiàn)對測區(qū)的三維成像。然而當前陣列干涉三維SAR系統(tǒng)所需的通道數(shù)較多（通常需要十余個），系統(tǒng)復雜、研制難度大，系統(tǒng)的低成本、小型化及其應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行創(chuàng)新。

近年來，在國家自然科學基金重大項目的支持下，中國科學院空天信息創(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（北京）科技有限公司成功設計研制了國內首套無人機載小型化陣列干涉三維SAR系統(tǒng)，稱為微波視覺三維SAR（MV3DSAR），并成功開展了飛行實驗，僅用四個陣列通道就獲得了復雜場景的三維成像結果，顯示了良好的三維結構重建和目標解疊掩能力，促進了SAR三維成像技術的新發(fā)展。

系統(tǒng)技術參數(shù)及關鍵技術

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，其采用調頻連續(xù)波體制，信號帶寬為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)研制過程中突破的主要關鍵技術包括以下幾個方面：

(1)多通道一致性技術

MV3DSAR具有多個接收通道，為保證多通道信號之間延時、增益與相位的一致性，MV3DSAR采用了基于低溫共燒陶瓷技術的多通道一致性設計、一致性定標回路設計、多通道間電磁屏蔽防串擾設計等有效方案，使得系統(tǒng)通道間相位一致性達到±5度以內，為三維成像提供有力保障。

(2) 高精度運動補償技術

MV3DSAR作業(yè)平臺飛行高度相對較低，運動誤差及姿態(tài)變化對成像的影響相對較大，同時陣列干涉要求高精度保相成像，因此對運動補償提出了更高的要求。MV3DSAR集成了微型慣性測量單元，通過雙捷聯(lián)處理獲取相對位置精度優(yōu)于0.3mm的航跡測量數(shù)據(jù)；同時在成像過程中根據(jù)中心頻率的變化進行處理頻帶和運動誤差計算參考的調整，并提出基于子孔徑處理和相干合成的高精度運補成像算法，有效保證了成像精度和效率。

(3) 基于微波視覺的SAR三維成像技術

由于MV3DSAR只有4個陣列通道，現(xiàn)有三維成像方法在較少觀測次數(shù)下面臨三維求解誤差大、空間模糊等問題。因此，MV3DSAR創(chuàng)新性地將微波視覺信息與SAR三維成像模型有機結合，實現(xiàn)了少量通道下的三維成像。具體的，通過SAR圖像語義分割和點云迭代處理提取空間幾何結構約束，用于約束三維成像的解空間并進行三維解模糊，以提升少量觀測下的三維成像性能。

微波視覺三維SAR

成像結果展示

MV3DSAR系統(tǒng)已經分別在天津、蘇州地區(qū)完成了多次飛行試驗，成功處理得到了測區(qū)內單極化、全極化的三維成像結果，如下所示。

圖 3天津臨港商務大廈各角度三維成像融合結果（單極化，按高度渲染）

此外，針對傳統(tǒng)二維成像難以分辨的疊掩區(qū)域，研究團隊對上述三維成像結果進行了解疊掩分析，結果如下所示。

圖 7建筑物與汽車等解疊掩效果

圖 8屋頂與采光井的解疊掩效果

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