【最新成果】合成孔径雷达参数化成像技术进展
研究背景
合成孔径雷达是一种通过主动发射和接收电磁波，对感兴趣区域进行全天时全天候微波成像的电子设备。与“所见即所得”的光学设备不同，SAR回波需进行数据处理后方可成为图像。传统的SAR成像处理过程可视为点目标散射模型约束下数据空间到图像空间的映射，但在真实的场景中，绝大部分目标是具有延展性的目标，这些延展性目标的散射特征在不同的观测角度下变化剧烈，不再与点目标散射模型匹配，使用传统SAR成像处理后，延展目标图像中往往仅呈现为多个强散射点，丢失了重要的结构性信息，严重降低了SAR图像的应用价值。
以图2(a)中美国空军实验室铲车数据为例，展示了线型结构在不同观测角度下的散射图像。从图2(b)和图2(c可以看出，在不同观测角度对铲车的铲斗进行观测时，铲斗的线型结构变化剧烈。正对铲斗进行观测时，铲斗的轮廓完整可见；侧对观测铲斗时，整个铲斗特征几乎完全消失，线结构退化为端点处的两个散射中心，很难与点目标区分。识别这些散射中心并重建遥感图像中消失的几何结构对于提高图像的可理解性具有很大帮助。铲斗结构消失的原因是由于在某些观测角度下，目标表面相对电磁波波长起伏小，雷达回波以相干抵消的方式相互叠加，导致某些目标区域的雷达回波信号消失，使目标的雷达图像仅仅呈现为多个强散射点。
图2 美国空军实验室铲车数据铲斗部分成像结果 (a) 铲车模型 (b) 孔径AB成像结果 (c) 孔径CD成像结果
团队工作
该工作已发表在《雷达学报》网络优先出版的“合成孔径雷达参数化成像技术进展”（曾涛，温育涵，王岩，丁泽刚，卫扬铠，袁跳跳）。
图3 参数化非线性成像方法示意
论文介绍
该文主要介绍了线型延展目标的参数化成像技术，对应真实场景中的孤立强点和连续边缘，深入讨论了基于回波域、图像域的参数化成像技术和试验结果，展望了未来SAR参数化成像技术的发展趋势。回波域参数化成像方法着重解决了恢复平滑线性边缘的问题，通过引入多角度观测，建立了由目标辨识，参数估计和图像重建所组成的参数化框架，从回波域中恢复平滑线性边缘结构。回波域参数化成像方法用到了回波域目标散射相位突变的特征，具体表现为直线边缘结构与点目标回波的方位向包络差异。如图4所示，基于微波暗室实验验证了该方法的鲁棒性和有效性。
图4 微波暗室实验结果 (a) 微波暗室实验 (b) 传统线性成像结果 (c) 参数化非线性成像结果
图像域的参数化成像方法是利用不同类别目标图像的相位对观测角度的敏感性特征，辨识目标类型并反演散射参数，进而根据参数化模型在图像中重建目标。在图像域中，线性边缘的端点在不同观测角度下其图像峰值点会发生跳变，而普通点目标的相位往往是各向同性的，故可用来区别线型边缘结构和点目标。图5所示对足球门的成像实验验证了所提方法的有效性。
图5 足球门成像实验结果 (a) 观测几何图 (b) 原始图像 (c) 重建结果
作者简介
曾涛(1971-)，北京理工大学研究员、博士生导师，主要研究方向为雷达信息、信号处理与系统设计。E-mail: zengtao@bit.edu.cn
温育涵(1995-)，男，北京理工大学硕士研究生，主要研究方向为合成孔径雷达信号处理与成像。E-mail: yuhan.wen@bit.edu.cn
王岩(1989–)，北京理工大学副研究员、博士生导师，主要研究方向为新体制合成孔径雷达成像处理、干涉和极化应用技术等。E-mail: yan_wang@bit.edu.cn
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编辑：高华 蒋文
审核：贾守新
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