【最新成果】一种新型圆迹阵列三维SAR系统

合成孔径雷达（SAR）是一种全天时、全天候、信息量丰富的主动式微波遥感成像技术，与传统光学成像技术相比，它具有穿透性强以及不依赖光源的优点，在地形及海洋图像生成、国土资源勘查、自然灾害监测、目标检测与侦察、目标识别分类等国民经济领域与军事领域得到广泛应用。2016年8月，我国发射了首颗最高分辨率为1米的C频段多极化合成孔径雷达卫星“高分3号”（图1），高分3号具有多模式成像、高分辨率、宽幅、长寿等特点，将为我国民政部、国家海洋局、中国气象局、水利部等用户部门提供高质量的地球观测数据。

图1 高分3号卫星及1米分辨率卫星图

为获取更丰富的目标细节信息，SAR系统设计追求超高的成像分辨力。传统SAR成像技术将三维成像空间投影到二维（距离-方位）平面空间，目标的高度向信息与距离向信息产生混叠，影响后续基于目标散射信息的分析研究。而三维SAR成像技术可直接获取目标的三维散射信息。目前，三维SAR成像技术主要包括曲线SAR、阵列SAR及层析SAR技术。

圆周SAR作为一种曲线SAR成像体制，其雷达平台通过360°圆周运动形成一个圆形的二维孔径，结合脉冲压缩技术实现目标三维重建。该成像技术可提供多角度测量，获得更高的SAR图像分辨率和更丰富的目标信息。然而，圆周SAR在圆周平面的稀疏采样将导致图像旁瓣增大，三维成像质量不如其余三维成像体制。线阵SAR在阵列方向上充分采样，与圆周SAR相比拥有更好的旁瓣抑制能力。然而，若要实现高分辨率三维成像，传统线阵SAR需要满足大尺寸线阵和高采样率的条件，将引起高成本和运算量大的问题。

针对圆周SAR及线阵SAR存在的问题，电子科技大学张晓玲教授团队提出一种新型圆迹阵列三维SAR系统（图2），该系统结合圆周SAR和阵列SAR的优势，可实现三维高分辨率SAR成像以及有效的旁瓣抑制。

图2 圆迹阵列三维SAR模型

该工作已发表在《雷达学报》2018年第6期“SAR三维成像技术”专刊“一种新型圆迹阵列三维SAR系统的点扩散函数分析与地面实验结果”（明婧，张晓玲，蒲羚，师君）。

该文首先推导了圆迹阵列三维SAR系统的点扩散函数模型，从理论上分析圆迹阵列这一新型构型在三维成像中的优势，并通过点扩散函数仿真实验进行了验证（图3）。在此基础上构建原型圆迹阵列三维SAR实验系统，选择步进频率信号作为发射信号，借助矢量网络分析仪，通过室外实验验证了圆迹阵列三维SAR系统进行三维成像的有效性。与线阵SAR和圆周SAR实验结果相比，证明该系统可获得三维高分辨率SAR图像以及有效的旁瓣抑制能力（图4）。

图3 圆迹阵列三维SAR的点扩散函数图像

图4 圆迹阵列三维SAR成像结果

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