[发明专利]多维度微波成像系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波成像技术领域，特别是一种多维度微波成像系统及方法。

背景技术

微波成像技术是以微波谱段的电磁波作为探测手段，利用微波成像传感器获取观测对象散射特征和相关信息的信息获取技术。与传统的光学成像相比，微波成像不受日照和天气条件的限制，能够全天时、全天候对目标或场景进行观测，已发展成为资源勘察、环境监测和灾害评估等的重要手段，是二十一世纪最具发展潜力的战略高技术领域之一，是国家综合竞争力的具体体现。世界各发达国家竞相研制了不同类型的微波成像系统，如干涉合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar，简称InSAR)和极化干涉合成孔径雷达(Polarimetric Interferometric Synthetic ApertureRadar，简称PolInSAR)等先进的微波成像系统。

微波成像的发展大致经历了以下几个重要发展期：第一阶段主要是在空间维度从一维到二维成像，发展到三维高程测量。1951年美国的CarlWiley首先提出频率分析方法改善雷达角分辨率，从而使得对观测区域的大面积二维成像成为可能。1969年，Rogers等人提出将雷达干涉技术应用于金星表面观测。1974年，美国航空航天局(NASA)利用机载SAR系统首次对地球地形进行了雷达干涉测量，从而使得二维微波成像技术开始向三维高程测量发展。从1996年到2001年，美国启动“航天飞机雷达地形测量任务”(SRTM)计划，利用“奋进号”航天飞机完成了约占全球80％陆地面积的测绘，经处理可制成数字高程模型和三维地形图。

第二阶段重点是单一维度的延伸。主要包括分辨率、波段、极化、角度等。分辨率由几十米达到米级直至达到目前的分米级，如德国的PAMIRSAR、法国ONERA的RAMSES系统以及美国的MinSAR等先进机载SAR系统的分辨率已达到0.1m；波段由微波波段向低波段和太赫兹(THz)扩展；极化由单极化向多极化到全极化的发展，如日本的星载全极化SAR系统ALOS/PALSAR、德国全极化SAR系统TerraSAR-X和加拿大的RADARSAT-2等，极化SAR技术已成为全球环境监测和地表测绘的重要手段之一；角度维通过多通道或多相位中心实现双/多基和多通道微波成像等。

可以看到，一方面，微波成像自身持续、迅猛的发展不断推动着微波成像理论的探索和关键技术的研究。随着微波成像技术的发展及其应用需求的推动，数据获取方式日臻多样化，逐步由单波段、单极化、单角度等发展到多分辨率、多频率、多极化、多角度和多时相等获取方式，迫切需要联合分辨率、频率、极化、角度、时相等多个维度对观测对象(场景和目标)的几何特征和物理特性进行综合描述。已有单一维度微波成像的适用性受到限制。另一方面，重大应用需求对未来微波成像理论和方法提出了更高的要求。高精度地形测绘、海洋复杂环境观测以及森林资源与生态质量动态监测等重大应用需求依靠传统的单一维度微波成像的方式已不能满足需要。

为进一步探索新的微波成像体制，发展新的微波系统，解决微波成像定量化遥感应用面临的严峻挑战，德国DLR(德国宇航中心)目前正在研制新一代微波成像雷达F-SAR，旨在进一步推动微波成像技术的发展，该雷达系统工作在P、L、S、C和X波段，可实现同时全极化数据获取和单航过X和S波段极化干涉。尽管该雷达系统设计思想十分先进，但是不能结合不同应用，完成微波成像信号形式、分辨率、频率、极化方式和角度等雷达参数的灵活选择，尚未实现考虑被观测对象特征和面向多种应用的微波成像信号处理与信息提取。

国内各研究所和高校在微波成像雷达及其方法方面开展大量的工作，但目前尚未研制出针对多种应用类型的微波成像系统。随着系统发展水平的提高，进一步从应用出发，考虑被观测对象不同散射机理的微波成像系统及方法显得十分必要。

综上所述，现有的微波成像雷达侧重于数据获取，通过已有的特定波段成像雷达获取海量数据，而后通过成像处理获得相应的微波图像，在此基础上，开展针对特定应用的参数反演等，缺乏了被观测对象信息与雷达参数之间的有机结合，不能实现雷达系统、成像处理和应用的有效联合，损失或不具备获取不同被观测对象信息的能力。