楊建宇

(電子科技大學(xué) 成都 611731)

1 引言

上世紀(jì)六十年代前后，人類(lèi)掌握了微波相位的控制和利用技術(shù)，因此，幾乎同時(shí)產(chǎn)生了相控陣?yán)走_(dá)、脈沖多普勒雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)。至今它們依然是雷達(dá)的主流技術(shù)體制，而且處在持續(xù)的完善和演變過(guò)程之中，以期獲得更高的性能和新的功能，去適應(yīng)多元化的任務(wù)，滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

自從1951年Carl Wiley提出合成孔徑的最初概念后，以合成孔徑為代表的雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并沿著多個(gè)方向演化。而且，這種演化仍在持續(xù)，整個(gè)雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的多向演化態(tài)勢(shì)。分析、認(rèn)識(shí)和理解這種態(tài)勢(shì)，探究其形成的內(nèi)部因素、外部動(dòng)因和相互作用關(guān)系，有利于把握雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，認(rèn)清發(fā)展規(guī)律，推演未來(lái)發(fā)展。

試驗(yàn)設(shè)計(jì)采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)置6個(gè)不同處理：未添加化學(xué)修復(fù)劑(CK)、2%骨炭(A)、2%活性炭(B)、2%磷礦粉(C)、2%土壤修復(fù)劑Ⅰ(D)和2%土壤修復(fù)劑Ⅱ(E)。每個(gè)處理4次重復(fù)。土壤培養(yǎng)容器為1 500mL塑料盆，每盆置入1 000g自制混合土樣，按照試驗(yàn)設(shè)計(jì)的比例稱(chēng)取相應(yīng)的化學(xué)修復(fù)劑(各20g)加到土壤中，并混合均勻，恒溫恒濕(20℃-22℃，濕度65%)。在每個(gè)塑料盆中分別種植已篩選出的富集鄉(xiāng)土植物油菜、馬鈴薯、狼尾草、小麥、刺兒菜、巴天酸模，在戶(hù)外栽培100d，測(cè)定土壤中重金屬含量，評(píng)價(jià)試驗(yàn)用的修復(fù)劑對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果。

對(duì)于雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)，可以從不同的觀(guān)察視角進(jìn)行分析，從而得到不同側(cè)面的認(rèn)識(shí)和結(jié)論，以服務(wù)于不同的目的。這方面已經(jīng)有一些很有價(jià)值的文獻(xiàn)[1-4]可供參考和借鑒。如果立足于信息獲取的方式、系統(tǒng)構(gòu)成的形態(tài)、回波處理的方法、成像結(jié)果表征的方式和實(shí)際應(yīng)用中的功效等方面，從地表及附著物信息的采錄、歸位、表征和提取全鏈條的宏觀(guān)視角，去分析和梳理雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，并結(jié)合它與視覺(jué)感知的相似性去理解，還可以得出一些新的認(rèn)識(shí)，并從中有所感悟，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)技術(shù)演化走向的規(guī)律性和必然性，利于承前啟后，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新。

摘 要：新時(shí)期新常態(tài)背景下，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)逐步進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級(jí)階段，在此過(guò)程中遇到的各種問(wèn)題對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展有一定程度的阻礙作用。而供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革是解決這些問(wèn)題的重要策略，在這個(gè)視角下的高等教育改革也顯得迫在眉睫。對(duì)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革視角下高等教育改革中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，并在此基礎(chǔ)上提出供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革視角下高等教育改革的有效策略，可以供相關(guān)人員參考。

本文將從8個(gè)主要的側(cè)面去分析雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，探究發(fā)展過(guò)程中內(nèi)外因素的相互作用，歸納總結(jié)發(fā)展演進(jìn)的規(guī)律，并據(jù)此推演未來(lái)發(fā)展方向。

校企合作“雙主體”辦學(xué)，使得教師進(jìn)企業(yè)沒(méi)有了門(mén)檻，師資“雙師”建設(shè)補(bǔ)充成為長(zhǎng)效機(jī)制。以培養(yǎng)師資在行業(yè)應(yīng)用前沿技術(shù)領(lǐng)域的能力為中心，同時(shí)讓學(xué)生能夠接收到一線(xiàn)企業(yè)工程師的寶貴工作經(jīng)驗(yàn)，建立校企互聘互兼、互培共育機(jī)制，采取專(zhuān)職與兼職并舉的方式讓企業(yè)工程師走進(jìn)課堂，讓教師走進(jìn)一線(xiàn)生產(chǎn)工作崗位。通過(guò)參與項(xiàng)目研發(fā)、課題研究、技術(shù)服務(wù)、指導(dǎo)技能競(jìng)賽，以及訪(fǎng)學(xué)、培訓(xùn)、研修、學(xué)術(shù)研討、引進(jìn)等途徑，建立一支由專(zhuān)業(yè)帶頭人、骨干教師、兼職教師組成的工程實(shí)踐能力強(qiáng)、梯隊(duì)合理的“雙師型”優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊(duì)。

2 雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

總之，加強(qiáng)護(hù)生在校法律知識(shí)教育，增強(qiáng)法律與臨床實(shí)際的結(jié)合，使護(hù)生做到學(xué)法、守法、用法，自覺(jué)防范護(hù)理差錯(cuò)及醫(yī)療事故發(fā)生，促進(jìn)護(hù)理法律教學(xué)整體質(zhì)量的提高，讓實(shí)習(xí)生成功走上臨床護(hù)理工作崗位，優(yōu)化護(hù)理質(zhì)量。

(1)成像結(jié)果表征由單色向彩色、由平面向立體、由靜態(tài)向動(dòng)態(tài)演化，將進(jìn)一步向兼具彩色、立體和動(dòng)態(tài)表征能力的方向演進(jìn)。

合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,SAR)圖像通常以單色灰度圖像形式出現(xiàn)，它對(duì)應(yīng)著單一工作頻段、單一極化組合、特定觀(guān)測(cè)視角和單次觀(guān)測(cè)航過(guò)。多波段或多極化SAR[5-8]利用共平臺(tái)安裝的多個(gè)頻段或多個(gè)極化通道，共視觀(guān)測(cè)同一地域，感知地物對(duì)不同波段、不同極化的散射特性差異，從而獲得彩色1嚴(yán)格意義上屬于偽彩色，文中為表述方便，簡(jiǎn)稱(chēng)為彩色。圖像，其中的顏色用于表征地物除散射強(qiáng)度以外的其它信息。與人眼用色彩感來(lái)表征物體對(duì)不同波長(zhǎng)光波的散射強(qiáng)度類(lèi)似，相比于單色圖像，彩色圖像能夠更有效地呈現(xiàn)地物特征的差異，凸顯出單色圖像無(wú)法表達(dá)的信息，利于地物分類(lèi)與識(shí)別。例如，2016年發(fā)射升空的我國(guó)GF-3遙感衛(wèi)星，搭載了中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所牽頭研制的我國(guó)首部星載全極化SAR[9,10]，所獲得的彩色圖像用不同顏色表征地物的不同極化屬性[11,12]，使不同類(lèi)型的地表能夠更容易辨識(shí)和區(qū)分，如圖1所示。

單波段和單極化SAR利用多視角或多時(shí)相的方式觀(guān)測(cè)同一區(qū)域，能夠感知地物散射的方向性和時(shí)變性，也可以獲得彩色圖像。例如，利用歐空局ERS-1/2遙感衛(wèi)星獲取的蘇州地區(qū)SAR數(shù)據(jù)，中國(guó)科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所通過(guò)差分干涉處理得到的彩色圖像，可直觀(guān)地反映兩年間該地區(qū)不同地域的沉降情況差異[13]，如圖2所示；中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所利用不同觀(guān)測(cè)方向的SAR圖像進(jìn)行融合，得到的彩色圖像，可以直觀(guān)地反映地物散射的方向性特征，如圖3所示[14]。

立體圖像可提供平面圖像缺失的目標(biāo)高程信息，更加準(zhǔn)確地反映地表及附著物的形貌，利于提升地物的辨識(shí)度。獲取地表立體圖像的基本途徑是采用切航跡多通道SAR技術(shù)，以構(gòu)成切航跡干涉效應(yīng)或形成切航跡孔徑。例如，干涉合成孔徑雷達(dá)(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)[15]在切航跡方向安裝有兩個(gè)以上有一定間距的接收通道，可以感知通道間的回波相位差，并利用通道間相位差與地表高程的定量關(guān)系，反演出地表高程信息，如圖4所示[16]。

圖1 GF-3星載全極化SAR圖像[11]Fig.1 GF-3 spaceborne fully polarized SAR image[11]

但是，InSAR只能夠獲得各距離-方位分辨單元的高程信息，對(duì)同一分辨單元中不同高程的多個(gè)散射體并沒(méi)有分辨能力。因此，InSAR所獲取的立體圖像并不是真三維的，所以，有時(shí)也通俗地稱(chēng)為“二維半”。而且，在InSAR中，地表的高程突變會(huì)造成相位解纏出現(xiàn)錯(cuò)誤，從而造成地表高程測(cè)量值出現(xiàn)差錯(cuò)。此外，InSAR采用下斜視觀(guān)測(cè)方式，容易受到遮擋和陰影的影響，對(duì)地表起伏的適應(yīng)性存在明顯的局限性。所以，InSAR并不適用于高起伏和陡變地表的立體成像。

極化干涉SAR(Polarized Interferometic SAR,Pol-InSAR)是一種相近原理的立體成像技術(shù)，它可以利用樹(shù)冠和地表的極化特性差異，在所獲得的立體圖像中，反映出平坦和起伏地表上植被的錯(cuò)落生長(zhǎng)形態(tài)，如圖5所示[17]。

圖2 用色彩表征視向形變量的SAR圖像[13]Fig.2 SAR image with color representation of line-of-sight deformation[13]

圖3 用顏色表征地物散射方向性的SAR圖像[14]Fig.3 SAR image with color representation of ground scattering directivity[14]

圖4 干涉SAR成像原理及維蘇威火山成像結(jié)果[16]Fig.4 InSAR imaging principle and imaging result of Vesuvius volcano[16]

圖5 極化干涉SAR原理與地物三維成像結(jié)果[17]Fig.5 Principle of Pol-InSAR and three-dimensional imaging result

在毫米波和太赫茲等高頻段，或雷達(dá)平臺(tái)相對(duì)于目標(biāo)高轉(zhuǎn)角率運(yùn)動(dòng)時(shí)，只需要較短的合成孔徑時(shí)間，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)地成像，因此，可形成高幀率(例如5幀/秒)的SAR圖像序列，連續(xù)播放時(shí)可以形成類(lèi)似視頻的動(dòng)態(tài)效果，能夠表現(xiàn)地表及附著物的短時(shí)變化動(dòng)態(tài)，所以也稱(chēng)為視頻SAR[18]。它是當(dāng)今合成孔徑雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域最引人注目的發(fā)展方向之一，也是合成孔徑這只微波眼完全可預(yù)見(jiàn)的必然演化走向。國(guó)內(nèi)外有不少單位在從事相關(guān)研究工作[18-20]。例如，美國(guó)圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(Sandia National Laboratories)獲得的視頻SAR成像結(jié)果[19]，如圖6所示?？梢杂^(guān)察到，在若干間隔幀的圖像之間，路面上汽車(chē)陰影出現(xiàn)明顯的位置(圖6中箭頭所指)移動(dòng)。視頻SAR的這種特性使它可用于對(duì)地面目標(biāo)運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

其實(shí)，如果淡化波動(dòng)性的影響，且從定性和通俗的角度來(lái)講，合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)，好比給我們頭頂上配個(gè)微波礦燈(發(fā)射微波的天線(xiàn))，在一片黑暗中，去照向我們要看的地域，還合成一只微波眼睛來(lái)。用這只另類(lèi)的眼睛來(lái)觀(guān)察世界，看到的是一個(gè)由無(wú)數(shù)尺寸和朝向不同的小鏡面組成的起起伏伏的破碎大鏡面，如圖7(a)、圖7(b)所示。這些不那么平整的小鏡面，間或反射出我們頭頂那盞礦燈的影像(亮點(diǎn))。這些亮點(diǎn)能否勾勒出地物的形貌，就要看這只微波眼所處的頻段了，還要看這些小鏡面的朝向比例和組合關(guān)系了。在較低的頻段，世界和萬(wàn)物并不是那么破碎，有更多較大尺度的小鏡面，如圖7(a)所示，我們只能星星點(diǎn)點(diǎn)地看到頭頂上那盞礦燈的影像，很難勾勒出地物的輪廓形貌，即便我們的微波眼有足夠大的孔徑和足夠高的清晰度，也很難辨識(shí)出地物來(lái)，如圖7(c)所示。

圖6 圣地亞國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的視頻SAR成像結(jié)果[19]Fig.6 Video SAR imaging results of Sandia national laboratories[19]

圖7 不同頻段地物SAR圖像差異的直觀(guān)理解Fig.7 Intuitive understanding of the differences between the SAR images of the ground objects in different frequency bands

雙基前視SAR具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是合成孔徑雷達(dá)領(lǐng)域最重要的前沿課題之一，有不少研究單位已開(kāi)展相應(yīng)的研究工作[55-58]。例如，電子科技大學(xué)在理論、方法和技術(shù)研究[53,54,59,60]的基礎(chǔ)上，于2012年獲得了國(guó)際上首幅機(jī)載雙基前視SAR圖像[61]，如圖24所示，隨后還進(jìn)行了多次雙機(jī)飛行試驗(yàn)，改進(jìn)了成像質(zhì)量[62]。

實(shí)際上，如果知道合成孔徑雷達(dá)技術(shù)是在制造微波眼，那么由單色、平面和靜態(tài)到彩色、立體和動(dòng)態(tài)的演化就是必然的了。而且，在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)對(duì)起伏地表形變及植被生長(zhǎng)變化的持續(xù)觀(guān)測(cè)中，全極化干涉SAR已經(jīng)同時(shí)具備了彩色、立體和(長(zhǎng)時(shí))動(dòng)態(tài)的表征能力，而即將出現(xiàn)的太赫茲全極化干涉SAR也將同時(shí)具備彩色、立體和(短時(shí))動(dòng)態(tài)的表征能力。

(2)孔徑流形由直線(xiàn)狀演化出曲線(xiàn)狀和面狀，并向多曲線(xiàn)交織的立體狀演進(jìn)。

孔徑流形是指雷達(dá)收發(fā)通道在平臺(tái)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中所形成的軌跡形態(tài)，合成孔徑雷達(dá)技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，已演化出多種不同的孔徑流形，這種演化趨勢(shì)還將持續(xù)，如圖8所示，其中紅色圓點(diǎn)代表承載平臺(tái)上所有發(fā)射通道，藍(lán)色圓點(diǎn)則對(duì)應(yīng)所有接收通道。

不同的孔徑流形會(huì)明顯地改變雷達(dá)獲取信息的方式，從而使回波規(guī)律和成像處理產(chǎn)生大的變化。相對(duì)于最初的直線(xiàn)狀孔徑流形，曲線(xiàn)狀孔徑流形需要適應(yīng)平臺(tái)的機(jī)動(dòng)飛行，卻能夠形成更大的或二維的觀(guān)測(cè)視角變化，還能夠從不同的方向觀(guān)測(cè)地物，從而獲得更加豐富的地物信息，例如，曲線(xiàn)SAR和圓周SAR。而面狀孔徑流形的主要作用是能夠獲得對(duì)地立體成像能力，如層析SAR。而接收通道與發(fā)射通道分離運(yùn)動(dòng)形成的流形，卻可以獲得地物的雙基散射信息，而不是傳統(tǒng)的后向散射信息，例如雙基SAR和多基SAR。

圓周SAR通過(guò)其環(huán)形孔徑獲得多視角觀(guān)測(cè)能力和高程信息獲取能力，后者又有利于起伏地表上地物的回波聚焦，從而改善圖像質(zhì)量。例如，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所獲得的圓周SAR圖像[23]，如圖9所示，比條帶SAR圖像和較小轉(zhuǎn)角的SAR圖像包含有更豐富的地物信息，使地物形貌更加完整，如圖9(d)所示；甚至能明顯觀(guān)察到條帶SAR圖像中不易查覺(jué)的輸電線(xiàn)，如圖9(b)中箭頭所指。

圓周SAR利于在等照射強(qiáng)度的條件下獲得大的觀(guān)測(cè)視角變化，不僅能夠獲得更高分辨率的SAR圖像，還能夠?qū)⒉煌^(guān)測(cè)視角所得圖像進(jìn)行融合，增強(qiáng)地物的可辨識(shí)性。例如，國(guó)防科技大學(xué)獲得的圓周SAR多視角融合圖像中[24]，十字路口四角各類(lèi)地物的可見(jiàn)性、清晰度和輪廓完整性，都明顯優(yōu)于普通條帶SAR，如圖10所示。

曲線(xiàn)SAR的目的，是要實(shí)現(xiàn)平臺(tái)機(jī)動(dòng)時(shí)的對(duì)地成像。復(fù)雜的機(jī)動(dòng)飛行方式能夠獲取地物的多視角圖像，從而增強(qiáng)雷達(dá)對(duì)地物的辨識(shí)能力，甚至可以使運(yùn)動(dòng)的雷達(dá)形成類(lèi)似蝙蝠機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的環(huán)境三維實(shí)時(shí)感知能力，如圖11所示。這是因?yàn)椋瑥某上竦奈锢韺W(xué)原理上看，只要在機(jī)動(dòng)過(guò)程中能夠產(chǎn)生足夠的觀(guān)測(cè)視角變化，就能夠獲得相應(yīng)的分辨能力。當(dāng)然，要在實(shí)際應(yīng)用中做到這一點(diǎn)，還需要有強(qiáng)大的飛行控制能力、足夠的測(cè)姿定位系統(tǒng)(Position and Orientation System,POS)設(shè)備精度、敏捷精準(zhǔn)的波束指向控制能力、與飛行方式相適應(yīng)的空間采樣技術(shù)和高精度的實(shí)時(shí)處理能力作為支撐。

圖8 孔徑流形的演變3圖8中的層析SAR是指多航過(guò)層析SAR。Fig.8 Evolution of the aperture manifold

圖9 圓周SAR與條帶SAR成像結(jié)果對(duì)比[23]Fig.9 Comparison of imaging results of circular SAR and stripmap SAR[23]

圖10 圓周SAR試驗(yàn)情況[24]Fig.10 Experiment of circular SAR[24]

圖11 復(fù)雜機(jī)動(dòng)軌跡SAR的示意圖Fig.11 Schematic diagrams of complex maneuvering SAR

多航過(guò)層析SAR屬于面狀孔徑流形，如圖8(e)所示。它利用多次飛行所得的復(fù)圖像進(jìn)行相干處理，能夠形成高程方向的分辨能力，從而獲得目標(biāo)場(chǎng)景的立體圖像。例如，德國(guó)DLR利用層析SAR原理，實(shí)現(xiàn)了建筑群的三維成像[25]，如圖12所示。其中的高程分辨采用了壓縮感知處理方法，來(lái)解決層析向多航跡稀疏性對(duì)高程分辨的不利影響。

不同的孔徑流形可以引入更大和更多樣的觀(guān)測(cè)視角變化，從而獲得更高維度的信息，或新的成像能力，可以用于解決不同應(yīng)用場(chǎng)景的特殊問(wèn)題。因此，對(duì)新的孔徑流形的探索從未停止，未來(lái)很可能向復(fù)雜多軌跡交織的立體時(shí)變流形演進(jìn)，以期獲得更靈活和更強(qiáng)的對(duì)地成像能力，如圖8(h)所示。

(3)信號(hào)通道從最初的單通道向多通道演化，通道構(gòu)型由線(xiàn)狀向交叉線(xiàn)狀和曲面狀拓展。

廣義的多通道雷達(dá)成像技術(shù)，也包含利用多路T/R組件來(lái)構(gòu)建電掃天線(xiàn)的技術(shù)，例如，數(shù)字陣列SAR[26,27]和MIMO-SAR[28]等。這類(lèi)技術(shù)可用來(lái)增強(qiáng)成像雷達(dá)天線(xiàn)的波束主副瓣賦形能力[29]，或波束指向穩(wěn)定和精準(zhǔn)控制能力，從而使成像雷達(dá)具備多任務(wù)、多功能、低截獲和抗干擾等能力。

2015年，中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所利用構(gòu)建的陣列SAR系統(tǒng)，采用下斜視工作方式，利用水平陣列的切視向投影孔徑和超分辨技術(shù)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)地表稀疏折線(xiàn)約束下的高程超分辨，獲得了地面建筑群的立體圖像[25]，如圖15所示。這種立體成像方式，也可以認(rèn)為是單航過(guò)層析SAR，其關(guān)鍵是采用高程超分辨技術(shù)，來(lái)解決水平陣列尺寸受限和切視線(xiàn)投影較短造成的實(shí)孔徑陣列高程分辨率不足的問(wèn)題，同時(shí)也克服了干涉SAR相位解纏在陡變地形出錯(cuò)的問(wèn)題，所以有時(shí)也被稱(chēng)為陣列干涉SAR[44]。

多通道SAR近些年來(lái)被應(yīng)用于對(duì)地真三維立體成像[34]。其中，陣列SAR以線(xiàn)陣運(yùn)動(dòng)來(lái)合成面狀孔徑，而直接利用回波時(shí)延來(lái)測(cè)量地表高程，并利用信號(hào)帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)高程分辨，如圖13(c)所示，不需要像InSAR那樣進(jìn)行相位解纏。而且，由于采用下視工作模式，正下方附近區(qū)域，也不存在陰影問(wèn)題。因此，可適用于平臺(tái)低高度飛行時(shí)雷達(dá)對(duì)陡壁深谷等高起伏地表和城市建筑等陡變地表的立體成像。1996年美國(guó)阿拉巴馬大學(xué)首先提出了這種方案[35]。2004年和2005年，法國(guó)航空航天研究院(ONEAR)和德國(guó)應(yīng)用科學(xué)研究院(FGAN-FHR)也采用了這種方案[36]。國(guó)內(nèi)，電子科技大學(xué)[37-39]、國(guó)防科技大學(xué)[40-42]和中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所[25,43,44]等單位也在陣列SAR方面開(kāi)展了研究和驗(yàn)證工作。其中，電子科技大學(xué)于2009年獲得了立體分布地物的真三維成像[38]，如圖14所示。

狹義的多通道雷達(dá)成像技術(shù)是指，能夠利用多個(gè)發(fā)射或接收通道，來(lái)獲取同一個(gè)地域的回波信號(hào)，從而獲取更加豐富的地表散射信息。多通道的重要作用和價(jià)值在于，由于新增通道向著沿航跡、垂直切航跡和水平切航跡方向延伸，對(duì)地成像雷達(dá)由最初的單通道SAR分別演化出了合成孔徑雷達(dá)-地面動(dòng)目標(biāo)指示(Synthetic Aperture Radar-Ground Moving Target Indication,SARGMTI)[30]、干涉SAR[15]和陣列SAR[31]，從而獲得了前所未有的成像動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)、起伏地表立體成像和地表及上方立體成像能力，如圖13所示。此外，沿航跡多通道技術(shù)也可用于解決高分寬幅成像時(shí)，重頻約束造成的沿航跡空間欠采樣等問(wèn)題[32,33]。

圖12 多航過(guò)層析SARFig.12 Multi-pass tomographic SAR

圖13 單平臺(tái)多通道SAR示意圖Fig.13 Diagrams of single platform multi-channel SAR

圖14 立體分布地物的三維成像[38]Fig.14 Three-dimensional imaging of stereo distributed ground objects[38]

圖15 建筑群的三維成像[25]Fig.15 Three-dimensional imaging of buildings

從事物由低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的普遍規(guī)律來(lái)看，可以預(yù)期，隨著機(jī)會(huì)陣及傳感器飛機(jī)等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的牽引，多通道SAR的通道構(gòu)型，還有可能向類(lèi)似如圖16所示的“釘形”(Nail-like)和“共形”(Conformal)構(gòu)型等方向發(fā)展，從而獲得同時(shí)多向觀(guān)測(cè)、地表立體成像和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)成像能力。

合成孔徑雷達(dá)成像過(guò)程中的特殊空時(shí)關(guān)系和散射機(jī)理，不僅會(huì)造成物虛影實(shí)、樹(shù)濁影清、影好像差、鏡面效應(yīng)和墻角反射(角反射器效應(yīng))等現(xiàn)象，而且還會(huì)造成明顯的近距壓縮、高塔近倒(或稱(chēng)頂?shù)椎怪没虔B掩)、陰影遠(yuǎn)伸、塔頂散焦等特殊現(xiàn)象[22]。這是熟悉SAR圖像的人們習(xí)以為常而見(jiàn)慣不驚的事。但一些研究者，卻令人意想不到地正在利用這些特殊現(xiàn)象與成像過(guò)程的定量空間關(guān)系，構(gòu)建方法和軟件，將平面圖像中跌倒的地物攙扶起來(lái)，形成立體圖像，從而在一定程度上恢復(fù)陡變地表的三維形貌，并稱(chēng)其為“微波視覺(jué)技術(shù)”[25]。

開(kāi)發(fā)商成本：開(kāi)發(fā)商建設(shè)被動(dòng)房額外支付的成本為A3。下面是使用MATLAB仿真得出的圖4，圖像的縱軸是開(kāi)發(fā)商建設(shè)普通房的概率，橫軸是推廣時(shí)間，因此曲線(xiàn)反映了概率水平隨著推廣過(guò)程進(jìn)行產(chǎn)生的變化。

雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)雖然已經(jīng)歷了六十多年的發(fā)展，但受到新的需求牽引和相關(guān)技術(shù)進(jìn)步的推動(dòng)，在它的實(shí)現(xiàn)機(jī)理、系統(tǒng)形態(tài)、技術(shù)體制、處理方法、成像效果乃至信息提取等方面，依然在發(fā)生著深刻的變化，呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃和紛繁復(fù)雜的演化態(tài)勢(shì)。只有立足于信息獲取與表征的宏觀(guān)視角，才能夠分析歸納出其發(fā)展脈絡(luò)和勾勒出清晰的演化圖景。以下將從8個(gè)方面剖析雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的不同演化形態(tài)，并推演和預(yù)測(cè)未來(lái)發(fā)展方向。

(4)系統(tǒng)形態(tài)由最初的收發(fā)同站的單基形態(tài)，演化出了收發(fā)分置的雙多基形態(tài)，還將向復(fù)雜多點(diǎn)柔性結(jié)構(gòu)的群多基形態(tài)演進(jìn)。

單基SAR具有收發(fā)同站的單點(diǎn)狀系統(tǒng)形態(tài)，如圖8(a)-圖8(e)所示。而雙多基SAR卻具有收發(fā)分置的多點(diǎn)狀系統(tǒng)形態(tài)，如圖8(f)-圖8(h)及圖17所示，所以，允許接收站利用其它平臺(tái)的輻射源作為發(fā)射站，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)地成像。這些輻射源可以是合作的，也可以是非合作的，而且，一個(gè)輻射源的地物散射可以被多個(gè)接收站利用，如圖17(a)所示。

在雙多基SAR中，必須采取收發(fā)通信聯(lián)絡(luò)和共享航姿信息等技術(shù)措施，以便解決好時(shí)、頻、空同步問(wèn)題，達(dá)到時(shí)基統(tǒng)一、收發(fā)相參、同景共視的要求[22,45,46]，才能夠使發(fā)射站和接收站能夠步調(diào)一致、協(xié)同工作，達(dá)到雖分猶合、渾然一體的效能[22]。也需要針對(duì)不同空間構(gòu)型特有的回波規(guī)律，構(gòu)建保精度高效成像算法，還需要解決好雙平臺(tái)分離運(yùn)動(dòng)所致復(fù)雜運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償難題，才能夠?qū)崿F(xiàn)雙基SAR對(duì)地實(shí)時(shí)成像。

從表5中可以發(fā)現(xiàn)，第一，被解釋變量滯后項(xiàng)的系數(shù)rho反映了地理因素對(duì)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的影響，其取值為0.3768，且在1%的顯著性水平下通過(guò)了檢驗(yàn)，這表明我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展存在空間溢出效應(yīng)與空間依賴(lài)性，地理因素對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展有著顯著的正向作用，即相鄰區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展變動(dòng)會(huì)引起本區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展相應(yīng)變動(dòng)。事實(shí)上，相鄰區(qū)域有著相似的農(nóng)業(yè)環(huán)境，有利于各區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的相互借鑒學(xué)習(xí)，最終形成相鄰區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展的趨同。

2.1 氣候因素 1998年至今，幾乎每年梨樹(shù)花期都會(huì)遭受倒春寒影響，其中1999—2005年連續(xù)7年梨園減產(chǎn)八成以上。雖然積極采取了在梨園迎風(fēng)面設(shè)擋風(fēng)墻、堆集柴草熏煙、放置煙霧發(fā)生器、梨樹(shù)噴布防凍液、主干涂白、梨園澆水等措施，但面對(duì)大幅度降溫天氣功效甚微，梨園收益大幅下降甚至入不敷出，極大挫傷了廣大梨農(nóng)的積極性。

雙多基SAR的實(shí)現(xiàn)難度明顯大于單基SAR，但雙多基SAR的優(yōu)點(diǎn)也是明顯的。收發(fā)分置的空間關(guān)系，利于獲得不同于單基SAR的地物散射信息[47]，如圖18所示。在雙基SAR中，角反射器不再是強(qiáng)反射體，而那些較強(qiáng)的反射，主要來(lái)自于法線(xiàn)指向收發(fā)等效相位中心[22]的平面狀地物，即圖7中的“小鏡面”。而且，如圖17(b)所示，多基SAR融合圖像將有利于描繪多面體人造目標(biāo)的形貌特征，彌補(bǔ)單基SAR在這方面的致命短板。此外，雙多基SAR還可以利用已有輻射源作為發(fā)射站，要么讓接收站省減發(fā)射機(jī)，以減少接收站的資源開(kāi)銷(xiāo)，要么讓接收站關(guān)閉發(fā)射機(jī)，在保持無(wú)線(xiàn)電靜默的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)地成像。因此，雙多基SAR的接收站可以具備成本較低、適裝性強(qiáng)、安全性高、隱蔽性強(qiáng)和干擾難度大等優(yōu)點(diǎn)。

圖16 多通道SAR演進(jìn)圖4圖16中層析SAR指單航過(guò)層析SAR，例如圖15所對(duì)應(yīng)的成像方式。Fig.16 Multi-channel SAR evolution map

圖17 雙多基地SAR系統(tǒng)形態(tài)Fig.17 Morphology of Bistatic/Multistatic SAR

圖18 單雙基SAR圖像明暗關(guān)系差異[47]Fig.18 Difference in light-dark relationship between monostatic and bistatic SAR images[47]

從成像機(jī)理上看，無(wú)論是單基SAR，還是雙基SAR，除了觀(guān)測(cè)區(qū)相對(duì)于收發(fā)站所處的方向和位置因素外，它們的時(shí)延地距分辨率主要取決于發(fā)射信號(hào)帶寬，而多普勒地距分辨率主要取決于工作波長(zhǎng)及收發(fā)站相對(duì)于目標(biāo)的視角變化之和。不同之處在于，雙基SAR的空間構(gòu)型關(guān)系及其時(shí)變性對(duì)成像分辨率有著重要的影響，而空間構(gòu)型設(shè)計(jì)的基本原則之一就是，站在目標(biāo)的視角看，發(fā)射站或接收站必須是在移動(dòng)的，并產(chǎn)生足夠的視角變化。

已有多個(gè)國(guó)家的研究機(jī)構(gòu)成功地完成了雙基SAR的試驗(yàn)驗(yàn)證。例如，2002年9月，英國(guó)QinetiQ公司進(jìn)行的機(jī)載聚束式雙基SAR試驗(yàn)[48]，驗(yàn)證了收發(fā)站間的時(shí)、頻、空同步技術(shù)，如圖19所示。

2003年11月，德國(guó)應(yīng)用科學(xué)研究院(FGAN-FHR)進(jìn)行了非時(shí)變構(gòu)型的機(jī)載雙基SAR飛行試驗(yàn)[49]，并結(jié)合運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，用距離多普勒(Range Doppler,RD)和后向投影(Back Projection,BP)算法驗(yàn)證了雙基側(cè)視SAR成像的可行性，如圖20所示。2007年12月，德國(guó)宇航中心(DLR)采用F-SAR作為機(jī)載接收站，TerraSAR-X衛(wèi)星作為發(fā)射平臺(tái)，完成了載機(jī)順軌飛行時(shí)的星機(jī)側(cè)視SAR成像試驗(yàn)，如圖21所示[50]。

圖19 聚束式雙基SAR試驗(yàn)[48]Fig.19 Experiment of spotlight bistatic SAR[48]

2004年起，電子科技大學(xué)開(kāi)始了機(jī)載雙基SAR的理論、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究，以及試驗(yàn)樣機(jī)的研制工作，并于2007年12月進(jìn)行了時(shí)變和非時(shí)變構(gòu)型的機(jī)載雙基SAR飛行成像試驗(yàn)，獲得了國(guó)內(nèi)第一幅雙基側(cè)視SAR圖像[51]，如圖22所示，并驗(yàn)證了時(shí)、頻、空同步及時(shí)頻非同步條件下機(jī)載雙基側(cè)視SAR成像的可行性。

圖20 機(jī)載雙基側(cè)視SAR試驗(yàn)[49]Fig.20 Experiment of airborne bistatic side-looking SAR[49]

進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，入射波空變強(qiáng)度分布其實(shí)就是一種觀(guān)測(cè)調(diào)制。所以，調(diào)控入射波空變強(qiáng)度分布的實(shí)質(zhì)就是變換觀(guān)測(cè)調(diào)制。因此，合成孔徑技術(shù)就是利用運(yùn)動(dòng)所致觀(guān)測(cè)視角變化，來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)變的觀(guān)測(cè)調(diào)制，而實(shí)孔徑超分辨技術(shù)則是利用電磁輻射操控，來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)變的觀(guān)測(cè)調(diào)制。所以，視線(xiàn)橫向分辨機(jī)理更深層次的物理本質(zhì)，是時(shí)變空變的入射波強(qiáng)度分布，即時(shí)變的觀(guān)測(cè)調(diào)制。

隨著飛行器、測(cè)姿定位、算力算法、智能機(jī)群等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，未來(lái)對(duì)地成像雷達(dá)的可能演化形態(tài)之一，是多點(diǎn)柔性結(jié)構(gòu)形態(tài)、互聯(lián)互通、分布式相參和任務(wù)環(huán)境自適應(yīng)的群多基形態(tài)，以便形成更強(qiáng)的多維度信息獲取能力，如圖17(c)所示。

分別基于林承璋和劉世平提出的英語(yǔ)構(gòu)詞法體系和任學(xué)良提出的漢語(yǔ)構(gòu)詞法體系，本研究對(duì)選取的英漢新詞的構(gòu)詞模式進(jìn)行了分析和總結(jié)（詳見(jiàn)表1和表2）。

(5)成像觀(guān)測(cè)方向由傳統(tǒng)的側(cè)視、斜視向前視、后視、下視拓展。

圖21 星機(jī)雙基側(cè)視SAR試驗(yàn)[50]Fig.21 Experiment of spaceborne/airborne bistatic side-looking SAR[50]

圖22 國(guó)內(nèi)首幅機(jī)載雙基側(cè)視SAR圖像[51]Fig.22 The first airborne bistatic side-looking SAR image in China[51]

圖23 外輻射源雙基SAR試驗(yàn)[52]Fig.23 Experiment of passive bistatic SAR[52]

單基SAR的發(fā)射和接收位于同一個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，導(dǎo)致時(shí)延等值線(xiàn)與多普勒等值線(xiàn)在前視區(qū)形成接近平行的交越關(guān)系，不具備二維分辨能力，因此不能實(shí)現(xiàn)前視成像。而雙基SAR的發(fā)射和接收分置在兩個(gè)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，因此，可以通過(guò)空間構(gòu)型關(guān)系控制特定觀(guān)測(cè)區(qū)內(nèi)的時(shí)延和多普勒等值線(xiàn)的分布及交越關(guān)系，從而構(gòu)成二維分辨能力。所以，雙基SAR不僅可以實(shí)現(xiàn)接收平臺(tái)的側(cè)視成像，而且可以實(shí)現(xiàn)接收平臺(tái)的前視、下視和后視成像[22]。

當(dāng)然，要在實(shí)際應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)前視、下視或后視成像，還必須解決一些新的問(wèn)題。例如，在雙基前視SAR成像中，回波規(guī)律會(huì)呈現(xiàn)出顯著不同于單基或雙基側(cè)視SAR的特點(diǎn)，如距離大徙動(dòng)、參數(shù)強(qiáng)空變和時(shí)頻緊耦合等[53]，導(dǎo)致構(gòu)建頻域成像算法時(shí)面臨更大的困難；運(yùn)動(dòng)誤差的來(lái)源、影響和補(bǔ)償也會(huì)出現(xiàn)新的特點(diǎn)和問(wèn)題[54]；而且，在接收站的前視區(qū)，時(shí)延地距分辨與多普勒地距分辨的方向通常是斜交的，所以，分辨率的度量方法將更為復(fù)雜[22]。

在更高的頻段，會(huì)有更多較小尺度的小鏡面，如圖7(b)所示，即使分辨率與低頻段相同，微波眼看到的情形也會(huì)得到改善，更加接近光學(xué)眼看到的景象，地物也更易辨識(shí)，如圖7(d)所示。而且，在較低的頻段，路上汽車(chē)的影子不像圖6中那么可見(jiàn)，因?yàn)檫@時(shí)候路面是大塊的鏡面，斜看時(shí)并不會(huì)反射出那盞礦燈的影像，道路與影子是一樣的黑色，沒(méi)什么差異，自然顯不出影子來(lái)；而高頻段就不一樣了，路面成了破碎粗糙的鏡面，即使斜看，也可見(jiàn)到那盞礦燈無(wú)數(shù)克隆的影像，密密麻麻地分布在粗粒鋪裝的高速公路上[19]，也不算稀疏地分布在細(xì)粒鋪裝的高速公路上，所以，路亮影黑，在微波眼特別是太赫茲眼里的物虛影實(shí)[22]效應(yīng)中，就成了追影檢測(cè)的基礎(chǔ)。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法重在評(píng)價(jià)土壤中重金屬對(duì)當(dāng)?shù)赝寥罎撛诘纳鷳B(tài)危害影響。該方法除考慮當(dāng)?shù)丨h(huán)境背景值外，更注重某種重金屬元素的生物毒性指標(biāo)，可以定量單一評(píng)價(jià)某種重金屬的潛在危害效應(yīng)，也可以綜合多種重金屬來(lái)對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境效應(yīng)做綜合的定量評(píng)價(jià)[11-13]。該方法的公式為：

對(duì)不同色調(diào)和粒徑的磷灰石X射線(xiàn)粉晶分析結(jié)果見(jiàn)表3，P2O5含量見(jiàn)表4。從表4可以看出僅熒色調(diào)不同，但X射線(xiàn)粉晶分析及P2O5含量相近。

德國(guó)FGAN-FHR于2009年開(kāi)展了載機(jī)交軌飛行的星機(jī)雙基后視SAR成像試驗(yàn)[63]，采用Terra SAR-X衛(wèi)星作為發(fā)射平臺(tái)，安裝在C-160飛機(jī)上的PAMIR雷達(dá)為接收站，獲得了接收載機(jī)的后視SAR圖像，如圖25所示。

此外，還有一類(lèi)被稱(chēng)為實(shí)孔徑超分辨成像的技術(shù)，可用于運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的前視成像，將在后面介紹和分析。

目前臨床多建議應(yīng)用胺碘酮抗室性心率失常，本研究對(duì)照組在常規(guī)治療的基礎(chǔ)上加用該藥物，4周后已有70.73%能夠維持竇性心律，且隨著治療時(shí)間的延長(zhǎng)，該比例呈上升趨勢(shì)。有研究提示，胺碘酮對(duì)慢性心力衰竭伴心律失?；颊哂幸欢☉?yīng)用價(jià)值［6-7］，但有部分患者療效仍不理想，提示仍需探尋更可靠的治療方案。

(6)成像處理方法正由匹配濾波向壓縮感知拓展，時(shí)域算法的應(yīng)用范圍將會(huì)更加廣泛。

目前SAR目標(biāo)識(shí)別所采用的監(jiān)督學(xué)習(xí)方法：大多依賴(lài)于足夠多的目標(biāo)數(shù)據(jù)和先驗(yàn)信息。雖然，這些年來(lái)SAR圖像數(shù)據(jù)資源逐漸豐富，但可移動(dòng)目標(biāo)的圖像樣本卻被淹沒(méi)在海量的圖像數(shù)據(jù)之中，難以被用在SAR目標(biāo)識(shí)別系統(tǒng)知識(shí)庫(kù)中，并起到提高識(shí)別能力的積極作用。同時(shí)，這類(lèi)目標(biāo)的高質(zhì)量SAR圖像樣本及其真值就更為稀缺。因此，“大”數(shù)據(jù)與“小”樣本甚至“無(wú)”樣本的矛盾，是目前SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)所面臨的最大挑戰(zhàn)。這時(shí)候，一方面需要采取得力的措施，去提取這些圖像樣本或針對(duì)性地錄取這類(lèi)目標(biāo)的圖像樣本，并應(yīng)用于SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)中；另一方面，也必須利用基于光學(xué)圖像和電磁散射機(jī)理的目標(biāo)圖像樣本生成方法[104-106]，來(lái)增加目標(biāo)圖像的仿真樣本，作為真實(shí)樣本的重要補(bǔ)充或填補(bǔ)目標(biāo)圖像樣本的空白。只有這樣，才能夠豐富SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)，充分訓(xùn)練和完善其機(jī)制和策略，改善其識(shí)別能力。

一般來(lái)說(shuō)，成像算法可以分為兩大類(lèi)：即時(shí)域算法和頻域算法。

時(shí)域算法的典型代表是BP算法[64]，首先進(jìn)行距離壓縮處理，然后針對(duì)SAR圖像中的每個(gè)像素點(diǎn)對(duì)應(yīng)的回波進(jìn)行沿距離徙動(dòng)軌跡的相干積分，從而實(shí)現(xiàn)散射點(diǎn)回波多普勒能量的歸位聚焦，算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，且適用于任意幾何構(gòu)型和掃描模式。雖然，BP算法也發(fā)展出不同的變體，但總的來(lái)說(shuō)，逐像素點(diǎn)計(jì)算的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致它們的運(yùn)算量仍然太大，不利于在目前工程應(yīng)用中主流的非并行處理架構(gòu)的計(jì)算設(shè)備中去實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)成像處理。所以，頻域算法目前仍然是工程應(yīng)用中采用的主流算法。

圖24 機(jī)載雙基前視SAR圖像[61]Fig.24 Airborne bistatic forward-looking SAR image[61]

圖25 星機(jī)雙基地后視SAR試驗(yàn)[63]Fig.25 Experiment of spaceborne/airborne bistatic backward-looking SAR[63]

RD,ω-k和調(diào)頻變標(biāo)(Chirp Scaling,CS)等頻域算法，針對(duì)不同的情況，采用了不同的思路，得到了不同的計(jì)算流程。不同的頻域算法，雖然從形式上看有很大的差異，但從本質(zhì)上卻是一致的。它們都是根據(jù)回波模型反映的回波規(guī)律，通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的異域變換和同域轉(zhuǎn)換等數(shù)學(xué)處理，實(shí)現(xiàn)去空變歸集和解耦合降維，并同步補(bǔ)償處理殘差，以便在保精度的條件下，將低效率的二維相關(guān)運(yùn)算過(guò)程轉(zhuǎn)化為兩類(lèi)正交和串行的一維正逆傅里葉變換過(guò)程，并嵌套使用快速傅里葉變換(Fast Fourier Transform,FFT)和逆快速傅里葉變換(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)，實(shí)現(xiàn)成批快算，從而達(dá)到顯著提高計(jì)算效率的目的。同時(shí)，頻域算法的另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，可以方便地借用已完成的異域變換操作，嵌入?yún)?shù)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，而不會(huì)增加太多額外的計(jì)算資源開(kāi)銷(xiāo)。頻域算法的這些特點(diǎn)，使它很適合應(yīng)用于測(cè)姿定位設(shè)備精度不足且采用非并行計(jì)算設(shè)備的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，去實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。

雖然BP等時(shí)域算法的串行計(jì)算效率遠(yuǎn)低于頻域算法，但其逐像素點(diǎn)處理的計(jì)算結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，卻使它很適合在圖形處理器(Graphics Processing Unit,GPU)等具有多線(xiàn)程并行處理架構(gòu)的計(jì)算設(shè)備中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理。時(shí)域算法需要利用精確的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)，所以，它主要用在具有高精度測(cè)姿定位設(shè)備和波束指向穩(wěn)定措施的平臺(tái)上。由于時(shí)域算法具有幾何失真小、保相性能好、計(jì)算精度高、構(gòu)型適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，隨著波束指向穩(wěn)定技術(shù)、POS等測(cè)姿定位技術(shù)及GPU等多線(xiàn)程并行計(jì)算技術(shù)的發(fā)展和普及，時(shí)域算法或?qū)⒌玫礁鼮閺V泛的應(yīng)用，并成為未來(lái)工程應(yīng)用中的主流成像算法。

同時(shí)，隨著計(jì)算設(shè)備算力的提升，以及曲面多通道和群多基SAR等技術(shù)的發(fā)展和牽引，時(shí)域算法將由基于平面模型的計(jì)算結(jié)構(gòu)最終向基于雙向立體模型的逐像素聚焦計(jì)算結(jié)構(gòu)方向拓展，以適應(yīng)多平臺(tái)相參和起伏陡變地表的立體成像。

容易被忽略的是，二維匹配濾波處理方法從來(lái)就沒(méi)有被證明過(guò)是唯一和最佳的成像處理方法。正是基于這一認(rèn)識(shí)，最近若干年發(fā)展出了一類(lèi)新的成像處理方法[65,66]，稱(chēng)為壓縮感知成像處理方法。其基本思路就是基于數(shù)學(xué)中的最優(yōu)化方法，在高信噪比條件下以場(chǎng)景稀疏性等先驗(yàn)信息為約束，通過(guò)迭代尋優(yōu)的計(jì)算過(guò)程，得到相應(yīng)場(chǎng)景的雷達(dá)圖像。甚至在有些情況下，還可以獲得優(yōu)于匹配濾波的分辨率、旁瓣電平或信雜比[67]，或降低空間采樣率、抑制成像模糊性等[68]。當(dāng)然，迭代尋優(yōu)過(guò)程運(yùn)算量較大，為保證成像處理的時(shí)效性，也發(fā)展出了相應(yīng)的保精度快速計(jì)算方法，例如快速迭代閾值收縮算法(Fast Iterative Shrinkage-Thresholding Algorithm,FISTA)[69]和近似信息傳遞算法(Approximate Message Passing Algorithms,AMPA)[70]等。壓縮感知成像處理方法的有效性已經(jīng)在研究和試驗(yàn)中，得到國(guó)內(nèi)外多家單位的證實(shí)，例如中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所2013年的機(jī)載飛行試驗(yàn)[71]。目前，壓縮感知成像處理方法已用于星載SAR[72]、層析SAR[73]、陣列SAR[74]、ISAR[75,76]的成像處理中。

(7)實(shí)現(xiàn)機(jī)理由原有的基于觀(guān)測(cè)視角變化的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)合成孔徑成像向基于觀(guān)測(cè)調(diào)制變化的不依賴(lài)運(yùn)動(dòng)的超分辨成像方向拓展。

合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)，通過(guò)真實(shí)的較小孔徑的天線(xiàn)波束照射觀(guān)測(cè)區(qū)，并通過(guò)一段時(shí)間的平臺(tái)運(yùn)動(dòng)，來(lái)合成出虛擬的更大孔徑的天線(xiàn)，從而獲得超越真實(shí)孔徑的方位向分辨能力。所以，這種成像機(jī)理被稱(chēng)為合成孔徑，其實(shí)，稱(chēng)它為超分辨成像技術(shù)，也未嘗不可，只是歷史并未這樣選擇，況且，超分辨這個(gè)名詞后來(lái)又被附加了別的含義。

從物理實(shí)質(zhì)上看，合成孔徑成像實(shí)現(xiàn)視線(xiàn)橫向分辨5這里采用視線(xiàn)橫向分辨和視線(xiàn)縱向分辨的表述方式，而未采用方位分辨和距離分辨的表述方式，是為了便于從透鏡成像的角度來(lái)類(lèi)比合成孔徑成像的原理。的原理，與我們眼睛采用的透鏡成像原理是類(lèi)似的。只不過(guò)因?yàn)槲⒉ǖ牟ㄩL(zhǎng)遠(yuǎn)大于可見(jiàn)光，實(shí)現(xiàn)視線(xiàn)橫向高分辨所需的透鏡孔徑過(guò)大，現(xiàn)有飛行平臺(tái)難以承載。只好通過(guò)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)來(lái)記錄這個(gè)并不真實(shí)存在的大孔徑透鏡面上的衍射圖，然后通過(guò)計(jì)算的方式，來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)虛擬的大孔徑透鏡的歸位聚焦功能，從而實(shí)現(xiàn)視線(xiàn)橫向高分辨。同時(shí)再結(jié)合類(lèi)似蝙蝠回聲測(cè)距分辨的原理，以大帶寬信號(hào)回波脈沖壓縮處理完成的往返時(shí)延分辨，來(lái)實(shí)現(xiàn)視線(xiàn)縱向的歸位聚焦和高分辨，從而達(dá)到二維成像的目的。

通常我們更習(xí)慣于單基側(cè)視合成孔徑雷達(dá)D/2的方位分辨率表述，如圖26所示。因?yàn)轱w行、記錄和計(jì)算合成了比真實(shí)孔徑D更大孔徑的天線(xiàn)，所以，獲得了合成或銳化后D/2r的雙程波束寬度和對(duì)應(yīng)的角分辨率，顯著超越了真實(shí)孔徑波束寬度λ/D對(duì)應(yīng)的角分辨率。這種解釋更貼近工程師的思維模式，也很容易用他昨天才做好的天線(xiàn)孔徑D的一半，來(lái)判定雷達(dá)成像的方位分辨能力。但物理系的博士，會(huì)著急地提醒工程師，方位分辨率取決于這只合成的微波眼對(duì)被觀(guān)測(cè)點(diǎn)所形成的張角θ，因?yàn)樗谖锢韺W(xué)上正比于空間譜寬，而方位分辨率等于半個(gè)波長(zhǎng)λ/2與張角θ之比，更貼近成像的物理本質(zhì)。這樣的解釋?zhuān)屓烁菀桌斫釹AR和ISAR為什么會(huì)有相同的方位分辨率公式；也更容易明白，一個(gè)在你眼里看起來(lái)根本沒(méi)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，是不可能用單基合成孔徑原理來(lái)拍攝你的雷達(dá)照的；還更容易理解斜視SAR[77]、大斜視SAR[78,79]和多普勒波束銳化(Doppler Beam Sharpening,DBS)[80]為什么會(huì)消耗更多的時(shí)間資源和只能獲得更低的獨(dú)立幀率，而高波段SAR或高轉(zhuǎn)角速率運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)為什么能夠獲得更高的獨(dú)立幀率。

圖26 合成孔徑原理的4種不同解釋6為繪圖標(biāo)識(shí)方便，顯著放大了波長(zhǎng)和轉(zhuǎn)角。例如，3 cm波長(zhǎng)，0.3 m分辨，轉(zhuǎn)角僅2.86°;θ在10°以?xún)?nèi)，sin θ/2≈θ/2，誤差小于0.13%。Fig.26 Four different interpretations of synthetic aperture principle

當(dāng)然，物理系的教授，并不滿(mǎn)意這些表面的解釋?zhuān)麄儠?huì)鄭重地申明，在孔徑合成的過(guò)程中，入射角變化導(dǎo)致的入射電磁波波前方向變化，才是合成孔徑能夠獲得超越真實(shí)孔徑分辨能力的真正原因。不過(guò)，物理系的資深教授，在與同事們聊天的時(shí)候，卻更愿意提到，入射波會(huì)在方位向形成空變的強(qiáng)度分布，其空變周期就是方位波長(zhǎng)[81]λa，而正是由于入射角變化導(dǎo)致的入射波方位波長(zhǎng)的時(shí)變性，或入射波空變強(qiáng)度分布的時(shí)變性，才是能夠?qū)崿F(xiàn)方位分辨的深層次物理本質(zhì)：在合成孔徑雷達(dá)成像中，方位分辨率其實(shí)就取決于初始時(shí)刻t1時(shí)的方位波長(zhǎng)λa1的1/4，也就是說(shuō)，電磁波就是一把用1/4波長(zhǎng)作刻度的尺子，測(cè)不測(cè)得好，分不分得開(kāi)，既要看這把尺子刻度的粗細(xì)，還要看使用這把尺子的水平，也就是端不端得平；而且，更緊要的是，在這個(gè)層次，合成孔徑成像技術(shù)與實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)的成像機(jī)理，分明是簡(jiǎn)單而統(tǒng)一的。

所謂實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)，是指掃描波束銳化[82]、微波關(guān)聯(lián)成像[83,84]等不依賴(lài)于運(yùn)動(dòng)和觀(guān)測(cè)視角變化的雷達(dá)成像技術(shù)。它們通過(guò)時(shí)變的輻射方向圖，來(lái)形成時(shí)變的入射波空變強(qiáng)度分布，同時(shí)記錄回波，然后，利用最優(yōu)化方法，通過(guò)迭代尋優(yōu)的計(jì)算過(guò)程，綜合出虛擬的大孔徑天線(xiàn)，從而，獲得超越實(shí)孔徑的角分辨能力，而且還可以用于實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的前視成像。所以，一個(gè)在你眼里看起來(lái)根本沒(méi)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，很可能正在利用這類(lèi)超分辨成像技術(shù)拍攝你的雷達(dá)照。

掃描波束銳化技術(shù)利用天線(xiàn)波束掃描來(lái)形成入射波空變強(qiáng)度分布的時(shí)變性，與采用機(jī)掃和電掃的現(xiàn)有雷達(dá)兼容性甚好，是很有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的成像技術(shù)，且已逐漸成熟并走向應(yīng)用。例如，電子科技大學(xué)對(duì)掃描波束銳化進(jìn)行了多年的理論方法[85-87]和實(shí)現(xiàn)技術(shù)[88]研究，并用類(lèi)卷積反演方法，在機(jī)載雷達(dá)上實(shí)現(xiàn)了高倍數(shù)的角度超分辨[82]，如圖27所示，能夠?qū)⒉ㄊ鴮挾葍?nèi)兩只交匯的船明顯區(qū)分開(kāi)來(lái)。而且，在用于掃描測(cè)圖時(shí)，圖像的清晰度也得到了明顯改善，如圖28所示。

電磁渦旋成像技術(shù)[89-91]也歸屬于實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)，但看起來(lái)與前兩項(xiàng)超分辨成像技術(shù)有些不同。它通過(guò)發(fā)射渦旋電磁波，在觀(guān)測(cè)區(qū)形成時(shí)變的入射波波前方向和入射波空變強(qiáng)度分布，同時(shí)記錄回波，并通過(guò)目標(biāo)重構(gòu)計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)成像。近年來(lái)，國(guó)防科技大學(xué)將電磁渦旋應(yīng)用于雷達(dá)成像中[92]，研究了電磁渦旋產(chǎn)生與方向圖優(yōu)化[93-95]、電磁渦旋目標(biāo)散射特性以及目標(biāo)重構(gòu)方法[96,97]，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了電磁渦旋成像的可行性，如圖29所示。

如前文所述，對(duì)于合成孔徑雷達(dá)成像來(lái)說(shuō)，觀(guān)測(cè)區(qū)不同時(shí)刻的入射波波前方向是變化的，從這個(gè)角度看，它與電磁渦旋成像的機(jī)理又具有相通性，只不過(guò)前者通過(guò)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)來(lái)形成時(shí)變的波前方向，而后者通過(guò)控制輻射的電磁波來(lái)形成時(shí)變的波前方向，但它們都會(huì)在被觀(guān)測(cè)區(qū)形成時(shí)變的入射波空變強(qiáng)度分布。

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是教育心理學(xué)和學(xué)習(xí)心理學(xué)研究的重要課題之一。在我國(guó)，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)問(wèn)題也受到了較多關(guān)注，隨著校園生活的多樣化，大學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢(shì)，其學(xué)習(xí)狀態(tài)令人擔(dān)憂(yōu)，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)缺乏已成為不爭(zhēng)的事實(shí)。高校獎(jiǎng)學(xué)金是為鼓勵(lì)優(yōu)秀學(xué)生而設(shè)立的獎(jiǎng)勵(lì)資金，是高校教育管理工作中一項(xiàng)激勵(lì)學(xué)生的重要措施。本課題以石河子大學(xué)本科生為研究對(duì)象，結(jié)合石河子大學(xué)獎(jiǎng)學(xué)金制度以及大學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)調(diào)查問(wèn)卷和訪(fǎng)談提綱，組織開(kāi)展問(wèn)卷調(diào)查及訪(fǎng)談，對(duì)調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，旨在使獎(jiǎng)學(xué)金發(fā)揮出更大激勵(lì)作用。

圖27 掃描波束銳化技術(shù)的交匯船只分辨試驗(yàn)[82]Fig.27 Resolving ships experiment of scanning beam sharpening[82]

圖28 掃描波束銳化技術(shù)的面目標(biāo)成像試驗(yàn)[82]Fig.28 Surface target imaging experiment of scanning beam sharpening[82]

圖29 電磁渦旋成像的可行性驗(yàn)證[96]Fig.29 Feasibility verification of electromagnetic vortex imaging[96]

綜合看來(lái)，合成孔徑成像技術(shù)，利用平臺(tái)與目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)或觀(guān)測(cè)視角變化來(lái)對(duì)觀(guān)測(cè)區(qū)形成時(shí)變的入射波空變強(qiáng)度分布，而實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)，利用天線(xiàn)波束的掃描或?qū)椛潆姶艌?chǎng)的控制來(lái)對(duì)觀(guān)測(cè)區(qū)形成時(shí)變的入射波空變強(qiáng)度分布。所以，這兩類(lèi)成像技術(shù)的物理本質(zhì)是一致的，只不過(guò)采用了看起來(lái)明顯不同的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。實(shí)際上，它們的宏觀(guān)共性也是明顯的：這兩者都需要以信息采錄的時(shí)間為代價(jià)，來(lái)形成虛擬的大孔徑，從而獲取超越實(shí)孔徑的分辨能力。

外輻射源雙基SAR是雙多基SAR的一種獨(dú)特的實(shí)現(xiàn)方式。2013年10月和11月，瑞典開(kāi)展了兩次VHF波段非合作外輻射源雙基SAR成像試驗(yàn)[52]，實(shí)驗(yàn)對(duì)比結(jié)果如圖23所示。

當(dāng)然，這兩類(lèi)成像技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式差異，也導(dǎo)致了它們的諸多不同，包括但不限于先驗(yàn)信息利用、觀(guān)測(cè)矩陣特性、分辨能力改善、誤差噪聲適應(yīng)、雜波抑制效果、副瓣抑制需求、算力資源消耗、快速精準(zhǔn)計(jì)算和電磁輻射操控。

(8)在SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別方面，將會(huì)更多地遵循人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知的規(guī)律、機(jī)制、方法和策略。

雷達(dá)對(duì)地成像只是獲得了地物的圖像，但要理解所獲得的圖像，實(shí)現(xiàn)由“感”到“知”的跨越，還得依靠圖像自動(dòng)解譯和識(shí)別技術(shù)，這相當(dāng)于需要發(fā)展出類(lèi)似人眼背后的視覺(jué)神經(jīng)系統(tǒng)。SAR圖像的地物化學(xué)物理參數(shù)反演技術(shù)已得到很好的發(fā)展和應(yīng)用，但可移動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，卻依然需要有一個(gè)較長(zhǎng)的研究和驗(yàn)證過(guò)程，才能更好地服務(wù)于各類(lèi)應(yīng)用。

SAR圖像可移動(dòng)目標(biāo)的自動(dòng)識(shí)別問(wèn)題，與人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知識(shí)別有相通之處，也有明顯的差異。自然進(jìn)化和社會(huì)實(shí)踐，成就了人類(lèi)卓越的視覺(jué)認(rèn)知識(shí)別能力，它所形成的規(guī)律、機(jī)制、方法和策略，是SAR圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別所必須遵循的。近幾年發(fā)展起來(lái)的有價(jià)值的SAR圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)大多屬于這個(gè)范疇。但是，從研究活動(dòng)的整體來(lái)看，對(duì)識(shí)別各環(huán)節(jié)的具體方法研究較多，而對(duì)規(guī)律、機(jī)制和策略的研究卻較少，這種情形或許應(yīng)該盡快改變。例如，支撐目標(biāo)識(shí)別能力的特征提取[98,99]、庫(kù)更新[100]、它源輔助、監(jiān)控評(píng)估、識(shí)別判決等機(jī)制，如圖30所示，更需要努力在SAR圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別應(yīng)用系統(tǒng)中去構(gòu)建。換言之，在構(gòu)建針對(duì)特定任務(wù)需求的SAR目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)時(shí)，需要植入更加貼近人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知的規(guī)律、機(jī)制和策略，使系統(tǒng)能夠在使用過(guò)程中具備知識(shí)積累、經(jīng)驗(yàn)積累和策略?xún)?yōu)化[101]的成長(zhǎng)識(shí)別能力，才能夠更好地服務(wù)于實(shí)際應(yīng)用。

識(shí)別能力的資源關(guān)聯(lián)性問(wèn)題，也需要得到高度的重視和認(rèn)真地加以研究，因?yàn)槲覀兊睦走_(dá)和我們提供的知識(shí)，可能并沒(méi)有提供足夠的維度和信息，來(lái)支撐我們所要求的識(shí)別能力。

另一方面，SAR圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別與人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知識(shí)別的根本差異，主要表現(xiàn)在成像傳感器的高分辨多維度信息獲取能力、識(shí)別處理依賴(lài)的計(jì)算結(jié)構(gòu)和能力差異以及對(duì)知識(shí)的積累掌握和利用能力這三個(gè)方面。這些差異，也是制約SAR圖像目標(biāo)自動(dòng)識(shí)別技術(shù)進(jìn)步的障礙和瓶頸。

第一個(gè)問(wèn)題的解決，主要取決于成像雷達(dá)在給定平臺(tái)及成本約束下對(duì)頻段、極化、視角[102]及時(shí)相等資源的集成能力；第二個(gè)問(wèn)題的解決，則高度依賴(lài)于計(jì)算設(shè)備的運(yùn)算和推理能力[103]；第三個(gè)問(wèn)題的解決，除了需要采用類(lèi)似人類(lèi)視覺(jué)認(rèn)知識(shí)別的機(jī)制和策略外，知識(shí)的獲取和積累是其關(guān)鍵難點(diǎn)。

圖30 支撐成長(zhǎng)識(shí)別能力的主要機(jī)制Fig.30 The main mechanisms that support growth recognition

目前合成孔徑雷達(dá)的主流成像處理方法是二維匹配濾波處理方法，其本質(zhì)是對(duì)噪聲中孤立散射點(diǎn)回波的最佳檢測(cè)和估計(jì)。直接進(jìn)行二維匹配濾波運(yùn)算，是一個(gè)逐像素二維計(jì)算過(guò)程，計(jì)算效率低、資源消耗大，難以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的時(shí)效性要求。所以，必須研究這種成像處理方法的保精度高效率計(jì)算方法，通常稱(chēng)之為成像算法[22]。

萬(wàn)物生長(zhǎng)。一切都還給了自然，柳樹(shù)、柿樹(shù)、竹林、杉樹(shù)茂密，樹(shù)間爬滿(mǎn)了藤蔓，有成群的麻雀飛過(guò)，還有幾只羽色艷麗的小太平鳥(niǎo)在高枝亮著嗓子，一只雄鳥(niǎo)明顯在求愛(ài)，正舒展開(kāi)漂亮大尾和鳳冠在枝頭來(lái)回跳舞。

3 雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的內(nèi)外因素與基本規(guī)律

從宏觀(guān)的視角和大的時(shí)間尺度來(lái)看，目標(biāo)、環(huán)境和任務(wù)等外因與方式、能力和資源等內(nèi)因這6個(gè)主要因素的相互作用，是雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的根本動(dòng)因[4]。

(1)目標(biāo)、環(huán)境和任務(wù)，是促成雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的三個(gè)主要外部因素。

應(yīng)用需求是推動(dòng)技術(shù)發(fā)展演化的動(dòng)力。在眾多而復(fù)雜的各種因素中，可以清晰地看到，目標(biāo)、環(huán)境和任務(wù)，是促成對(duì)地成像雷達(dá)系統(tǒng)形態(tài)、體制、頻段和技術(shù)不斷發(fā)展演變的三個(gè)主要外部因素，如圖31所示。其中，對(duì)成像雷達(dá)技術(shù)發(fā)展推動(dòng)作用最大的是任務(wù)多元化，其次是環(huán)境復(fù)雜化和目標(biāo)多樣化。

任務(wù)多元化是指對(duì)地成像雷達(dá)的使命任務(wù)出現(xiàn)多向分化和范圍擴(kuò)展的趨勢(shì)，以滿(mǎn)足多種不同的應(yīng)用需求。例如，除了需要獲取平坦地表的單色、平面和靜態(tài)圖像以外，還需要獲取陡變地表的彩色、立體和動(dòng)態(tài)圖像；除了需要實(shí)現(xiàn)側(cè)視和斜視成像以外，還需要實(shí)現(xiàn)前視、下視和后視成像。這些新的任務(wù)對(duì)成像的維度、粒度、時(shí)效、精度和效用甚至雷達(dá)的形態(tài)都會(huì)提出不同的或更高的要求。

目標(biāo)多樣化是指對(duì)地成像雷達(dá)需要關(guān)注的地物種類(lèi)屬性、尺度大小、運(yùn)動(dòng)特性、散射特性、極化特性、頻譜特性等呈現(xiàn)逐漸多樣化的趨勢(shì)。例如，地物的種類(lèi)由最初的地面靜止場(chǎng)景和目標(biāo)擴(kuò)展為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，而目標(biāo)的特征由常規(guī)擴(kuò)展為隱形、隱蔽、遮蔽、變體和時(shí)敏。而對(duì)不同類(lèi)型目標(biāo)的成像又對(duì)觀(guān)測(cè)的頻段、極化、視角、時(shí)相甚至雷達(dá)形態(tài)提出了不同的要求。

環(huán)境復(fù)雜化是指對(duì)地成像雷達(dá)的工作環(huán)境、生存環(huán)境和電磁環(huán)境，以及目標(biāo)的周邊環(huán)境變得更加復(fù)雜和惡劣。例如，除了需要承載于平直運(yùn)動(dòng)的平臺(tái)上，還需要承載于曲線(xiàn)機(jī)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)上，除了對(duì)平坦無(wú)遮擋地表上的目標(biāo)進(jìn)行成像外，還需要對(duì)山川、建筑、樹(shù)林環(huán)境中的目標(biāo)進(jìn)行成像；除了能夠工作于清潔的電磁環(huán)境，還需要能夠適應(yīng)復(fù)雜的電磁干擾環(huán)境。

(2)方式、能力和資源是雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展演變的三個(gè)主要內(nèi)部動(dòng)因。

仔細(xì)地梳理雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的多種內(nèi)在因素之后，可以看到，方式、能力和資源是雷達(dá)形態(tài)、體制、頻段、理論和技術(shù)不斷發(fā)展和演變的三個(gè)主要內(nèi)部因素，如圖32所示。其中，對(duì)雷達(dá)成像技術(shù)創(chuàng)新最具推動(dòng)作用的是方式，其次是能力和資源。

圖31 雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的外部因素Fig.31 External influencing factors for the development of radar ground imaging technology

方式是指對(duì)地成像雷達(dá)獲取信息的方式。信息獲取方式的變化，使得成像的機(jī)理、系統(tǒng)的形態(tài)、處理的方法、系統(tǒng)的構(gòu)成、運(yùn)動(dòng)的方式等諸多方面產(chǎn)生變化，從而使對(duì)地成像雷達(dá)具備更高的性能和前所未有的能力。例如，獲取信息的方式由依賴(lài)視角變化的方式向不依賴(lài)視角變化的方式轉(zhuǎn)變，催生出了掃描波束銳化和電磁渦旋成像等新的技術(shù)體制。而孔徑合成方式由直線(xiàn)流形向曲線(xiàn)流形、平面流形甚至立體流形拓展，也會(huì)使合成孔徑雷達(dá)的諸多方面產(chǎn)生明顯的變化。

能力是指相關(guān)技術(shù)進(jìn)步對(duì)雷達(dá)得以實(shí)現(xiàn)所提供的支撐能力，是對(duì)地成像雷達(dá)實(shí)現(xiàn)新的功能和更高性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，承載平臺(tái)的數(shù)量和分布形態(tài)，運(yùn)動(dòng)的范圍、速度和機(jī)動(dòng)能力，雷達(dá)系統(tǒng)硬軟件的配置和協(xié)同能力，信號(hào)產(chǎn)生、發(fā)射、接收、記錄和處理的能力，平臺(tái)測(cè)姿定位精度以及波束指向穩(wěn)定控制能力，甚至雷達(dá)系統(tǒng)數(shù)字化、軟件化和智能化方面的能力。

資源是指對(duì)地成像雷達(dá)對(duì)平臺(tái)、波形、頻帶、極化和先驗(yàn)信息等資源的利用程度。增加資源的種類(lèi)或數(shù)量，可以增強(qiáng)對(duì)地成像雷達(dá)的多維度成像能力?？梢灶A(yù)期，隨著相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和資源利用成本的降低，將出現(xiàn)更多的新體制和新形態(tài)的對(duì)地成像雷達(dá)。

(3)雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的基本規(guī)律

根據(jù)以上對(duì)雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)主要演化方向和內(nèi)外動(dòng)因的分析，可以初步歸納出雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展演變的基本規(guī)律。

雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的發(fā)展也同其它雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展演變一樣，遵循著由簡(jiǎn)單到復(fù)雜、由低級(jí)到高級(jí)的普遍規(guī)律[4]。總的來(lái)說(shuō)，其發(fā)展規(guī)律是沿形態(tài)構(gòu)型、觀(guān)測(cè)調(diào)制和歸位表征3個(gè)主要方向，實(shí)現(xiàn)由低維度向高維度的階梯式演進(jìn)。

所謂“形態(tài)構(gòu)型”，是指系統(tǒng)形態(tài)和通道構(gòu)型的“維”和“度”，“維”是指單平臺(tái)上信號(hào)通道走向的空間維數(shù)和多平臺(tái)散布的空間維數(shù)，而“度”是指各維的延伸范圍。“觀(guān)測(cè)調(diào)制”是指孔徑流形、輻射控制和視線(xiàn)方向所形成的觀(guān)測(cè)調(diào)制可實(shí)現(xiàn)分辨的“維”和“度”，“維”是指除輻射分辨以外可實(shí)現(xiàn)分辨的空間正交方向數(shù)目，而“度”是指可實(shí)現(xiàn)的各維分辨能力的大小?！皻w位表征”是指成像處理能夠涵蓋的“維”和“度”，以及所獲得的圖像能夠表征的“維”和“度”，“維”是指強(qiáng)度、距離、方位、高程、頻段、極化、時(shí)相、視向的總數(shù)目，而“度”是指各維的覆蓋范圍。

圖32 雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的內(nèi)部因素Fig.32 Internal influencing factors for the development of radar ground imaging technology

其實(shí)，要是用定性和通俗的話(huà)來(lái)講，所謂“形態(tài)構(gòu)型”就是說(shuō)的信號(hào)通道散布的空間關(guān)系和它們構(gòu)成的空間形狀和大小，更直白地說(shuō)，就是“長(zhǎng)啥樣”。而且，這還是在一個(gè)特定的時(shí)刻去觀(guān)察的情況，是靜態(tài)的，它是決定地表(翻動(dòng)過(guò)的田地，流淌的河水和聳立的高山等)及附著物(自然生長(zhǎng)的植被、人造的建筑橋梁、地上跑動(dòng)的汽車(chē)等)信息采錄方式的靜態(tài)要素。而“觀(guān)測(cè)調(diào)制”實(shí)際上就是指采錄這些信息的動(dòng)態(tài)要素，它要做的事，就是要與靜態(tài)要素一起，捕獲地物的短時(shí)變化信息，并對(duì)三維時(shí)變地表做個(gè)網(wǎng)格(分辨單元)劃分，畫(huà)個(gè)平面的網(wǎng)格，或者畫(huà)個(gè)立體的網(wǎng)格，還有就是要畫(huà)多大(分辨率)的網(wǎng)格。而這些網(wǎng)格的劃分，其實(shí)就是通過(guò)“怎么飛”(孔徑流形)、“怎么閃”(輻射控制)和“照哪兒”(視線(xiàn)方向)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。至于“歸位表征”里面的“歸位”，就是要把形態(tài)構(gòu)型和觀(guān)測(cè)調(diào)制采錄到的已經(jīng)混在了一起而來(lái)源于不同網(wǎng)格中的地物散射信息，重新歸集或匯聚到它們出發(fā)的網(wǎng)格中去(即歸位聚焦或成像)，而這“歸位”正是成像處理的拿手好戲。至于“表征”，其實(shí)就是表現(xiàn)、體現(xiàn)和展示出每個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)的地物散射信息。當(dāng)然，這些信息的表現(xiàn)方式，可以是反映明暗的亮度，也可以是反映色彩的色調(diào)和飽和度，這些東西又對(duì)應(yīng)著網(wǎng)格中地物的散射信息，對(duì)應(yīng)著地物散射對(duì)頻率、極化、方向和時(shí)間等要素的敏感性信息；此外，這里還有一個(gè)能夠展示多長(zhǎng)、多寬、多高、多強(qiáng)的問(wèn)題。

從演變的規(guī)律趨勢(shì)和現(xiàn)實(shí)的技術(shù)狀況來(lái)看，雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)目前仍處于其發(fā)展歷程的中級(jí)階段的初期，并以單平臺(tái)合成孔徑成像技術(shù)的演變完善、雙多基地合成孔徑成像技術(shù)的誕生發(fā)展、實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)的萌芽興起為主要標(biāo)志。而高級(jí)階段將以實(shí)孔徑超分辨成像技術(shù)的演變完善以及群集多基合成孔徑成像技術(shù)的誕生發(fā)展和演變完善為主要特征。雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)發(fā)展的節(jié)奏取決于應(yīng)用需求與綜合能力的契合，相關(guān)技術(shù)的革命是雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)階躍式發(fā)展的推動(dòng)力，新概念和基礎(chǔ)理論的突破是對(duì)地成像雷達(dá)新能力形成的先導(dǎo)，基礎(chǔ)技術(shù)的變革為對(duì)地成像雷達(dá)能力提升帶來(lái)新的機(jī)遇[4]。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文從宏觀(guān)的視角和大的時(shí)間尺度，分析了雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)的8個(gè)演變、6個(gè)因素、3個(gè)方向和1個(gè)維度，也提到了破碎起伏鏡面反射的亮光、物理系師生各自的理解，還有視覺(jué)認(rèn)知識(shí)別的機(jī)制。可以這樣說(shuō)，我們所從事的雷達(dá)對(duì)地成像技術(shù)，從最初簡(jiǎn)單樸素的概念到后來(lái)復(fù)雜多樣的系統(tǒng)，發(fā)展和演進(jìn)，浩浩湯湯，紛繁復(fù)雜，卻又脈絡(luò)清晰，井然有序。這其中，從匹配濾波到壓縮感知，從倒置疊掩到微波視覺(jué)，從實(shí)體檢測(cè)到陰影追蹤，從樣本訓(xùn)練到成長(zhǎng)識(shí)別，從灰暗難分到色彩斑斕，從平面圖像到立體視頻，從平直飛行到曲線(xiàn)機(jī)動(dòng)，從孤點(diǎn)收發(fā)到曲面陣列，從獨(dú)自位移到體狀流動(dòng)，從側(cè)視觀(guān)測(cè)到前視成像，從合成孔徑到孔徑超分，對(duì)于我們終日追逐的信息，無(wú)論是提取它的辦法還是采錄它的方式，都可以讓我們察覺(jué)到內(nèi)外因素的互動(dòng)，感受到規(guī)律的作用和走向的必然，體會(huì)到創(chuàng)新的渴望、無(wú)畏的探索、果敢的開(kāi)拓、節(jié)奏的把控和智慧的光芒，領(lǐng)悟到需要從埋頭拉車(chē)中去抬頭看路，在腳踏實(shí)地時(shí)去仰望星空，在低頭做事之間去登高俯瞰。只有這樣，創(chuàng)新才來(lái)得更加必然，發(fā)展才來(lái)得更快更好。

致謝

文中的內(nèi)容及觀(guān)點(diǎn)，思索和試筆多年，或受教于同行，或苦思于不眠。只因雷達(dá)成像技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)紛繁復(fù)雜，演化走向交織而新技術(shù)層出不窮，從中理清頭緒，著實(shí)不易，不免掛一漏萬(wàn)、舉三錯(cuò)一，謬失在所難免。而從宏觀(guān)的層面和大的時(shí)間尺度，去審視技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)，認(rèn)識(shí)紛亂現(xiàn)象背后的本質(zhì)，理解不同成像技術(shù)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，理清發(fā)展的脈絡(luò)和節(jié)奏，對(duì)于幫助新人和推進(jìn)創(chuàng)新，又是必須和值得去嘗試的。若此文能對(duì)一些讀者有所裨益，或者起到激發(fā)思考的稍許作用，也不失構(gòu)思和撰寫(xiě)之初衷。

特別感謝給予作者幫助的家人、學(xué)生、同事、同行、審者和編輯。