中國科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院（空天院）發(fā)布了一項(xiàng)原創(chuàng)性研究成果——合成孔徑雷達(dá)（SAR）微波視覺三維成像理論方法。該技術(shù)通過引入雷達(dá)回波與圖像中的微波視覺三維語義，開創(chuàng)了一種全新的SAR三維成像技術(shù)路徑。相比傳統(tǒng)方法，它大幅減少了三維成像所需的數(shù)據(jù)采集量，同時(shí)提升了成像精度，實(shí)現(xiàn)了高效能、低成本的SAR三維成像，為遙感測(cè)繪、災(zāi)害監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域提供了更有力的技術(shù)支撐。

SAR是高分辨率對(duì)地觀測(cè)的重要手段之一，不受天氣和光照因素的影響，具有全天時(shí)、全天候優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的二維成像相比，SAR三維成像能有效解決地形和目標(biāo)投影至二維圖像的混疊問題，大幅提升識(shí)別精度和建模能力，已成為該領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。然而，目前國內(nèi)外提出并研究的SAR三維成像技術(shù)體制主要依賴孔徑擴(kuò)展獲得第三維信息，導(dǎo)致數(shù)據(jù)采集周期過長(zhǎng)或觀測(cè)通道多、硬件系統(tǒng)復(fù)雜。這種技術(shù)瓶頸嚴(yán)重制約了SAR三維成像的實(shí)際應(yīng)用和推廣。

面向SAR三維成像技術(shù)發(fā)展的迫切需求，“合成孔徑雷達(dá)微波視覺三維成像理論與應(yīng)用基礎(chǔ)研究”重大項(xiàng)目于2020年1月啟動(dòng)，由空天院微波成像全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室牽頭，聯(lián)合復(fù)旦大學(xué)、中國科學(xué)院自動(dòng)化研究所、北京大學(xué)、北京市遙感信息研究所等單位開展。項(xiàng)目的研究目標(biāo)是建立 SAR 微波視覺三維成像新理論、新方法、新技術(shù)，降低三維成像 SAR 系統(tǒng)的復(fù)雜度，為發(fā)展我國新一代三維 SAR 系統(tǒng)、提升我國SAR系統(tǒng)應(yīng)用效能奠定理論方法基礎(chǔ)。

基于SAR微波視覺三維成像原創(chuàng)理論方法，研究團(tuán)隊(duì)成功研制SAR微波視覺三維成像處理原型系統(tǒng)。該系統(tǒng)打破了現(xiàn)有SAR三維成像處理依賴大量觀測(cè)且需要較多人工處理的傳統(tǒng)技術(shù)框架，通過“微波視覺”智能處理方法，可自動(dòng)識(shí)別建筑等目標(biāo)的三維幾何結(jié)構(gòu)特征并建立初步的結(jié)構(gòu)模型作為約束；通過微波視覺三維語義和成像物理模型雙重約束下的深度學(xué)習(xí)和迭代式精化求解，將三維成像所需的觀測(cè)數(shù)量減少50%以上，同等條件下點(diǎn)云高程精度提升30%以上。目前，該系統(tǒng)已成功試用于我國機(jī)載SAR和星載SAR的地面處理系統(tǒng)，為開展西部多云多霧的復(fù)雜山區(qū)、城市區(qū)域的高精度地形和重要設(shè)施測(cè)繪提供了有力支撐。特別是，該系統(tǒng)已推廣應(yīng)用至航空冰雷達(dá)冰川透視三維成像，首次實(shí)現(xiàn)了祁連山脈等區(qū)域復(fù)式山谷冰川冰厚測(cè)量。

此外，該研究團(tuán)隊(duì)還研制了一套微波視覺三維SAR設(shè)備（MV3DSAR），并開展數(shù)據(jù)獲取和技術(shù)驗(yàn)證。這是一套小型化無人機(jī)載全極化陣列干涉SAR設(shè)備，具有全極化陣列干涉、高通道幅相一致性、基線可靈活配置等特點(diǎn)。目前國際上尚未見類似的小型全極化陣列干涉SAR系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。

圖1 微波視覺三維SAR設(shè)備（MV3DSAR）

基于上述微波視覺三維SAR設(shè)備，研究團(tuán)隊(duì)構(gòu)建和發(fā)布了SAR微波視覺三維成像數(shù)據(jù)集（SARMV3D數(shù)據(jù)集），為首個(gè)國產(chǎn)SAR三維成像數(shù)據(jù)集，有效緩解了當(dāng)前SAR三維成像數(shù)據(jù)集稀缺的現(xiàn)狀，得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注。在《雷達(dá)學(xué)報(bào)》網(wǎng)站上，至今累計(jì)有200多個(gè)機(jī)構(gòu)、共11000余次下載，有力促進(jìn)了SAR三維成像及相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

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????????????????(a)單極化SAR三維成像數(shù)據(jù)? ? ? ????????(b)全極化SAR三維成像數(shù)據(jù)??

圖2 SAR微波視覺三維成像數(shù)據(jù)

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中國科學(xué)院院士丁赤飚介紹，項(xiàng)目牽引了SAR成像處理的“微波視覺”智能化發(fā)展方向，相關(guān)成果可大幅降低三維成像SAR系統(tǒng)的復(fù)雜度和數(shù)據(jù)獲取的時(shí)間成本，對(duì)提升我國現(xiàn)有SAR系統(tǒng)應(yīng)用效能和發(fā)展新一代三維SAR系統(tǒng)具有重要意義。