科技奖励风采丨合成孔径雷达实现高分辨率与测绘带宽度兼顾
现有的合成孔径雷达卫星（图片来源于网络）
合成孔径雷达是一项引人注目的成像技术，它可以通过雷达反射产生高分辨率的2D和3D图像。由于是依赖无线电波或微波而非可见光，所以它能够穿透云雾甚至是建筑物。它也因此成为地球遥感、安全检查以及国家官方间谍侦查等方面的关键技术。
传统合成孔径雷达(SAR)的分辨率与测绘带宽度之间相互矛盾，无法同时获得改善，如何破解这一难题，成为全世界范围内众多合成孔径雷达科研机构的研究重点。内蒙古工业大学和中国科学院电子学研究所共同研究完成的“高分宽测新体制合成孔径雷达信号处理理论与方法”破解了这一难题。该项目获得了2018年度自治区自然科学一等奖
据内蒙古工业大学教授黄平平介绍，国家高分辨率对地观测系统重大专项（以下简称“高分专项”）是《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006年～2020年）》所确定的16个重大专项之一。合成孔径雷达以卫星、飞机等飞行器为观测平台，通过主动发射和接收电磁波信号来获取反映目标电磁散射特征的高分辨率微波图像，是高分专项的重要观测手段之一。
合成孔径雷达不受光照和气候条件等的影响，具有全天时、全天候观测优势，同时具有一定的穿透能力，能够发现隐藏在植被或地表下的目标，在地形测绘、灾害评估、海洋应用、农林监测和地质勘探等领域具有广泛应用前景。合成孔径雷达图像的几何分辨率越高，通过图像可以获得更多的细节信息。同时，测绘带宽度越大，越能扩大图像的视野以获取全局判读能力，降低探测区域的覆盖时间，对于合成孔径雷达动态监视具有重要的意义。因此，高分宽测是未来合成孔径雷达技术一个极其重要的发展方向。
“全孔径”自适应方位多波束重建算法流程示意图
该项目围绕合成孔径雷达成像中高分辨率和宽测绘带之间的矛盾问题，从三个方面开展关键理论与方法研究。首先，单发单收方面，针对不同成像模式信号模型的差异性影响成像处理精度和效率，构建了多模式统一的合成孔径雷达回波模型，提出了多模式高保相位一体化处理算法，成功应用于多个工程型号中的多模式成像处理；其次，单发多收方面，针对多通道技术均导致通道间不均衡和图像质量恶化问题，提出“全孔径”自适应方位多波束重建方法和多特显点幅相误差校正方法，提出了距离向多波束赋形方法，发展了实时零陷数字波束形成技术，成功应用于实际系统，提升了高分宽测合成孔径雷达图像性能指标；再次，多发多收方面，针对“空-时-频-码”多维信号联合相参处理的核心难题，提出了时频复用多子带处理技术，使分辨率得到了大幅度提升；针对全方位多角度观测应用需求，提出了弧形阵列多发多收成像新体制，系统性建立了其成像理论和信号处理方法，实现高分辨率全方位场景感知。
项目共发表论文28篇，其中SCI收录19篇，EI论文8篇；获得授权国家发明专利8项；获IET国际会议优秀论文奖和第三届高分辨率对地观测年会青年创新基金奖。此外，项目成果在多个国家级科研单位的星载/机载SAR系统中得到验证和应用，取得了良好效果。
（ 科技宣传中心）