新技术：合成孔径雷达（SAR）微波视觉三维成像理论方法

（合成孔径雷达）SAR是高分辨率对地观测的重要手段之一，不受天气和光照因素的影响，具有全天时、全天候优势。与传统的二维成像相比，SAR三维成像能有效解决地形和目标投影至二维图像的混叠问题，大幅提升识别精度和建模能力，已成为该领域的重要发展方向。

然而，目前国内外提出并研究的SAR三维成像技术体制主要依赖孔径扩展获得第三维信息，导致数据采集周期过长或观测通道多、硬件系统复杂。这种技术瓶颈严重制约了SAR三维成像的实际应用和推广。

面向SAR三维成像技术发展的迫切需求，“合成孔径雷达微波视觉三维成像理论与应用基础研究”重大项目于2020年1月启动，由空天院微波成像全国重点实验室牵头，联合复旦大学、中国科学院自动化研究所、北京大学、北京市遥感信息研究所等单位开展。

项目的研究目标是建立 SAR 微波视觉三维成像新理论、新方法、新技术，降低三维成像 SAR 系统的复杂度，为发展我国新一代三维 SAR 系统、提升我国SAR系统应用效能奠定理论方法基础。

基于SAR微波视觉三维成像原创理论方法，研究团队成功研制SAR微波视觉三维成像处理原型系统。

该系统打破了现有SAR三维成像处理依赖大量观测且需要较多人工处理的传统技术框架，通过“微波视觉”智能处理方法，可自动识别建筑等目标的三维几何结构特征并建立初步的结构模型作为约束；通过微波视觉三维语义和成像物理模型双重约束下的深度学习和迭代式精化求解，将三维成像所需的观测数量减少50%以上，同等条件下点云高程精度提升30%以上。

目前，该系统已成功试用于我国机载SAR和星载SAR的地面处理系统，为开展西部多云多雾的复杂山区、城市区域的高精度地形和重要设施测绘提供了有力支撑。特别是，该系统已推广应用至航空冰雷达冰川透视三维成像，首次实现了祁连山脉等区域复式山谷冰川冰厚测量。

此外，该研究团队还研制了一套微波视觉三维SAR设备（MV3DSAR），并开展数据获取和技术验证。

这是一套小型化无人机载全极化阵列干涉SAR设备，具有全极化阵列干涉、高通道幅相一致性、基线可灵活配置等特点。目前国际上尚未见类似的小型全极化阵列干涉SAR系统，具有较强的创新性。

基于上述微波视觉三维SAR设备，研究团队构建和发布了SAR微波视觉三维成像数据集（SARMV3D数据集），为首个国产SAR三维成像数据集，有效缓解了当前SAR三维成像数据集稀缺的现状，得到了国内外的广泛关注。

在《雷达学报》网站上，至今累计有200多个机构、共11000余次下载，有力促进了SAR三维成像及相关领域的发展。

项目负责人、中国科学院院士丁赤飚介绍，项目牵引了SAR成像处理的“微波视觉”智能化发展方向，相关成果可大幅降低三维成像SAR系统的复杂度和数据获取的时间成本，对提升我国现有SAR系统应用效能和发展新一代三维SAR系统具有重要意义。

项目验收专家组指出，项目成果在多个型号工程和国家级项目中得到应用，推广应用前景广阔。

"合成孔径雷达微波视觉三维成像理论与应用基础研究"项目

合成孔径雷达（SAR）是高分辨率对地观测的重要手段之一，具有全天时、全天候的优势。

三维SAR成像可以消除目标和地形在二维图像上产生的严重混叠，显著提升目标识别和三维建模能力，已经成为当前SAR发展的重要趋势。

目前国内外提出并研究的SAR三维成像技术体制，依赖孔径扩展获得第三维分辨能力，数据采集周期长或雷达系统极其复杂，大规模推广应用难。

本项目提出将雷达回波和二维图像中隐含的微波散射机制和图像视觉语义之三维线索作为新的信息来源，发展出全新的“SAR微波视觉三维成像理论方法”，以降低三维成像所需多角度观测数量、提升三维成像精度，实现高效能、低成本的SAR三维成像。

该研究对提升我国现有SAR系统应用效能和发展新一代三维SAR系统具有迫切和重要的意义。

项目的研究目标为面向SAR三维成像技术发展的迫切需求，开展SAR三维电磁散射机制及其特征信息感知的逆问题、SAR图像视觉三维认知方法、基于微波视觉的SAR三维成像等关键科学问题研究，建立SAR微波视觉三维成像新理论、新方法、新技术，极大降低三维成像SAR系统的复杂度，研制试验验证系统，主要技术指标达到国际领先水平，为发展我国新一代三维SAR系统、提升SAR应用效能奠定理论方法基础。

项目设有四个课题，分别是：

（1）三维电磁散射机理及微波视觉信息感知逆问题；

（2）SAR图像视觉三维认知理论与方法；

（3）基于微波视觉的SAR三维成像理论与方法；

（4）SAR微波视觉三维成像试验验证。

研究目标

建立SAR微波视觉三维成像理论框架，在SAR三维散射机制及其逆问题、SAR图像视觉三维认知、基于微波视觉的SAR三维成像基础理论方面取得突破，形成SAR微波视觉三维成像的系统性方法，三维成像效能和处理精度达到国际领先水平。

在相关领域顶级期刊或顶级学术会议上发表引领学科方向的论文，形成一批拥有自主知识产权的发明专利，在SAR图像认知与三维成像领域培养一支理论与实际相结合、具有交叉学科研究能力的骨干研究队伍。

拟达到的技术指标

（1）具备不少于7类散射机制的识别能力，及2-3类简单散射机制组合的区分能力；

（2）具备SAR图像典型三维结构基元的提取能力，对典型目标（如建筑、桥梁、油罐、飞机等）的识别率优于85%；

（3）具备典型场景（如城镇等）及目标（如典型建筑物、桥梁、油罐、飞机等）的SAR三维成像建模能力，空间多角度观测数量≤5次，三维成像建模精度优于80%。