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，人類掌握了微波相位的控制和利用技術(shù)，因此，幾乎同時產(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)，滿足不同應(yīng)用場景的需求。

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)對地成像技術(shù)得到了很大的發(fā)展，并沿著多個方向演化。而且，這種演化仍在持續(xù)，整個雷達(dá)對地成像技術(shù)領(lǐng)域呈現(xiàn)出生機(jī)勃勃的多向演化態(tài)勢。分析、認(rèn)識和理解這種態(tài)勢，探究其形成的內(nèi)部因素、外部動因和相互作用關(guān)系，有利于把握雷達(dá)對地成像技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò)，認(rèn)清發(fā)展規(guī)律，推演未來發(fā)展。

試驗設(shè)計采用室內(nèi)盆栽試驗，試驗設(shè)置6個不同處理：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，按照試驗設(shè)計的比例稱取相應(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，在戶外栽培100d，測定土壤中重金屬含量，評價試驗用的修復(fù)劑對重金屬污染土壤的修復(fù)效果。

對于雷達(dá)對地成像技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢，可以從不同的觀察視角進(jìn)行分析，從而得到不同側(cè)面的認(rèn)識和結(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視角，去分析和梳理雷達(dá)對地成像技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，并結(jié)合它與視覺感知的相似性去理解，還可以得出一些新的認(rèn)識，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：新時期新常態(tài)背景下，我國社會經(jīng)濟(jì)逐步進(jìn)入轉(zhuǎn)型升級階段，在此過程中遇到的各種問題對社會經(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題的重要策略，在這個視角下的高等教育改革也顯得迫在眉睫。對供給側(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個主要的側(cè)面去分析雷達(dá)對地成像技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，探究發(fā)展過程中內(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)沒有了門檻，師資“雙師”建設(shè)補(bǔ)充成為長效機(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，同時讓學(xué)生能夠接收到一線企業(yè)工程師的寶貴工作經(jīng)驗，建立校企互聘互兼、互培共育機(jī)制，采取專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)一線生產(chǎn)工作崗位。通過參與項目研發(fā)、課題研究、技術(shù)服務(wù)、指導(dǎo)技能競賽，以及訪學(xué)、培訓(xùn)、研修、學(xué)術(shù)研討、引進(jìn)等途徑，建立一支由專業(yè)帶頭人、骨干教師、兼職教師組成的工程實踐能力強(qiáng)、梯隊合理的“雙師型”優(yōu)秀教學(xué)團(tuán)隊。

2 雷達(dá)對地成像技術(shù)的發(fā)展趨勢

總之，加強(qiáng)護(hù)生在校法律知識教育，增強(qiáng)法律與臨床實際的結(jié)合，使護(hù)生做到學(xué)法、守法、用法，自覺防范護(hù)理差錯及醫(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)向動態(tài)演化，將進(jìn)一步向兼具彩色、立體和動態(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)，它對應(yīng)著單一工作頻段、單一極化組合、特定觀測視角和單次觀測航過。多波段或多極化SAR[5-8]利用共平臺安裝的多個頻段或多個極化通道，共視觀測同一地域，感知地物對不同波段、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，簡稱為彩色。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。與人眼用色彩感來表征物體對不同波長光波的散射強(qiáng)度類似，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，凸顯出單色圖像無法表達(dá)的信息，利于地物分類與識別。例如，2016年發(fā)射升空的我國GF-3遙感衛(wèi)星，搭載了中國科學(xué)院電子學(xué)研究所牽頭研制的我國首部星載全極化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]，使不同類型的地表能夠更容易辨識和區(qū)分，如圖1所示。

單波段和單極化SAR利用多視角或多時相的方式觀測同一區(qū)域，能夠感知地物散射的方向性和時變性，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)，中國科學(xué)院遙感應(yīng)用研究所通過差分干涉處理得到的彩色圖像，可直觀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；中國科學(xué)院電子學(xué)研究所利用不同觀測方向的SAR圖像進(jìn)行融合，得到的彩色圖像，可以直觀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，對同一分辨單元中不同高程的多個散射體并沒有分辨能力。因此，InSAR所獲取的立體圖像并不是真三維的，所以，有時也通俗地稱為“二維半”。而且，在InSAR中，地表的高程突變會造成相位解纏出現(xiàn)錯誤，從而造成地表高程測量值出現(xiàn)差錯。此外，InSAR采用下斜視觀測方式，容易受到遮擋和陰影的影響，對地表起伏的適應(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落生長形態(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)平臺相對于目標(biāo)高轉(zhuǎn)角率運(yùn)動時，只需要較短的合成孔徑時間，即可實現(xiàn)對地成像，因此，可形成高幀率(例如5幀/秒)的SAR圖像序列，連續(xù)播放時可以形成類似視頻的動態(tài)效果，能夠表現(xiàn)地表及附著物的短時變化動態(tài)，所以也稱為視頻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)見的必然演化走向。國內(nèi)外有不少單位在從事相關(guān)研究工作[18-20]。例如，美國圣地亞國家實驗室(Sandia National Laboratories)獲得的視頻SAR成像結(jié)果[19]，如圖6所示?？梢杂^察到，在若干間隔幀的圖像之間，路面上汽車陰影出現(xiàn)明顯的位置(圖6中箭頭所指)移動。視頻SAR的這種特性使它可用于對地面目標(biāo)運(yùn)動情況的實時監(jiān)控。

其實，如果淡化波動性的影響，且從定性和通俗的角度來講，合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)，好比給我們頭頂上配個微波礦燈(發(fā)射微波的天線)，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。用這只另類的眼睛來觀察世界，看到的是一個由無數(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)。這些亮點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，我們只能星星點點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，也很難辨識出地物來，如圖7(c)所示。

圖6 圣地亞國家實驗室的視頻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，改進(jìn)了成像質(zhì)量[62]。

實際上，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、立體和動態(tài)的演化就是必然的了。而且，在較長時間段內(nèi)對起伏地表形變及植被生長變化的持續(xù)觀測中，全極化干涉SAR已經(jīng)同時具備了彩色、立體和(長時)動態(tài)的表征能力，而即將出現(xiàn)的太赫茲全極化干涉SAR也將同時具備彩色、立體和(短時)動態(tài)的表征能力。

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

孔徑流形是指雷達(dá)收發(fā)通道在平臺運(yùn)動過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，這種演化趨勢還將持續(xù)，如圖8所示，其中紅色圓點代表承載平臺上所有發(fā)射通道，藍(lán)色圓點則對應(yīng)所有接收通道。

不同的孔徑流形會明顯地改變雷達(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。相對于最初的直線狀孔徑流形，曲線狀孔徑流形需要適應(yīng)平臺的機(jī)動飛行，卻能夠形成更大的或二維的觀測視角變化，還能夠從不同的方向觀測地物，從而獲得更加豐富的地物信息，例如，曲線SAR和圓周SAR。而面狀孔徑流形的主要作用是能夠獲得對地立體成像能力，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通過其環(huán)形孔徑獲得多視角觀測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；甚至能明顯觀察到條帶SAR圖像中不易查覺的輸電線，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測視角變化，不僅能夠獲得更高分辨率的SAR圖像，還能夠?qū)⒉煌^測視角所得圖像進(jìn)行融合，增強(qiáng)地物的可辨識性。例如，國防科技大學(xué)獲得的圓周SAR多視角融合圖像中[24]，十字路口四角各類地物的可見性、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SAR的目的，是要實現(xiàn)平臺機(jī)動時的對地成像。復(fù)雜的機(jī)動飛行方式能夠獲取地物的多視角圖像，從而增強(qiáng)雷達(dá)對地物的辨識能力，甚至可以使運(yùn)動的雷達(dá)形成類似蝙蝠機(jī)動飛行時的環(huán)境三維實時感知能力，如圖11所示。這是因為，從成像的物理學(xué)原理上看，只要在機(jī)動過程中能夠產(chǎn)生足夠的觀測視角變化，就能夠獲得相應(yīng)的分辨能力。當(dāng)然，要在實際應(yīng)用中做到這一點，還需要有強(qiáng)大的飛行控制能力、足夠的測姿定位系統(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)和高精度的實時處理能力作為支撐。

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)果對比[23]Fig.9 Comparison of imaging results of circular SAR and stripmap SAR[23]

圖10 圓周SAR試驗情況[24]Fig.10 Experiment of circular SAR[24]

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

多航過層析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)場景的立體圖像。例如，德國DLR利用層析SAR原理，實現(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，來解決層析向多航跡稀疏性對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測視角變化，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)用場景的特殊問題。因此，對新的孔徑流形的探索從未停止，未來很可能向復(fù)雜多軌跡交織的立體時變流形演進(jìn)，以期獲得更靈活和更強(qiáng)的對地成像能力，如圖8(h)所示。

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

廣義的多通道雷達(dá)成像技術(shù)，也包含利用多路T/R組件來構(gòu)建電掃天線的技術(shù)，例如，數(shù)字陣列SAR[26,27]和MIMO-SAR[28]等。這類技術(shù)可用來增強(qiáng)成像雷達(dá)天線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)，實現(xiàn)連續(xù)地表稀疏折線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)為是單航過層析SAR，其關(guān)鍵是采用高程超分辨技術(shù)，來解決水平陣列尺寸受限和切視線投影較短造成的實孔徑陣列高程分辨率不足的問題，同時也克服了干涉SAR相位解纏在陡變地形出錯的問題，所以有時也被稱為陣列干涉SAR[44]。

多通道SAR近些年來被應(yīng)用于對地真三維立體成像[34]。其中，陣列SAR以線陣運(yùn)動來合成面狀孔徑，而直接利用回波時延來測量地表高程，并利用信號帶寬來實現(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，也不存在陰影問題。因此，可適用于平臺低高度飛行時雷達(dá)對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年美國阿拉巴馬大學(xué)首先提出了這種方案[35]。2004年和2005年，法國航空航天研究院(ONEAR)和德國應(yīng)用科學(xué)研究院(FGAN-FHR)也采用了這種方案[36]。國內(nèi)，電子科技大學(xué)[37-39]、國防科技大學(xué)[40-42]和中國科學(xué)院電子學(xué)研究所[25,43,44]等單位也在陣列SAR方面開展了研究和驗證工作。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，能夠利用多個發(fā)射或接收通道，來獲取同一個地域的回波信號，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目標(biāo)檢測、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，重頻約束造成的沿航跡空間欠采樣等問題[32,33]。

圖12 多航過層析SARFig.12 Multi-pass tomographic SAR

圖13 單平臺多通道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

從事物由低級向高級發(fā)展的普遍規(guī)律來看，可以預(yù)期，隨著機(jī)會陣及傳感器飛機(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，從而獲得同時多向觀測、地表立體成像和動目標(biāo)檢測成像能力。

合成孔徑雷達(dá)成像過程中的特殊空時關(guān)系和散射機(jī)理，不僅會造成物虛影實、樹濁影清、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，而且還會造成明顯的近距壓縮、高塔近倒(或稱頂?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，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，并稱其為“微波視覺技術(shù)”[25]。

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

雷達(dá)對地成像技術(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，在它的實現(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。只有立足于信息獲取與表征的宏觀視角，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個方面剖析雷達(dá)對地成像技術(shù)的不同演化形態(tài)，并推演和預(yù)測未來發(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的輻射源作為發(fā)射站，來實現(xiàn)對地成像。這些輻射源可以是合作的，也可以是非合作的，而且，一個輻射源的地物散射可以被多個接收站利用，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、頻、空同步問題，達(dá)到時基統(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分離運(yùn)動所致復(fù)雜運(yùn)動誤差補(bǔ)償難題，才能夠?qū)崿F(xiàn)雙基SAR對地實時成像。

從表5中可以發(fā)現(xiàn)，第一，被解釋變量滯后項的系數(shù)rho反映了地理因素對農(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了檢驗，這表明我國農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展存在空間溢出效應(yīng)與空間依賴性，地理因素對我國農(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)展變動會引起本區(qū)域農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展相應(yīng)變動。事實上，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，幾乎每年梨樹花期都會遭受倒春寒影響，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、梨樹噴布防凍液、主干涂白、梨園澆水等措施，但面對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的實現(xiàn)難度明顯大于單基SAR，但雙多基SAR的優(yōu)點也是明顯的。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，主要來自于法線指向收發(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銷，要么讓接收站關(guān)閉發(fā)射機(jī)，在保持無線電靜默的同時實現(xiàn)對地成像。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。

圖16 多通道SAR演進(jìn)圖4圖16中層析SAR指單航過層析SAR，例如圖15所對應(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，無論是單基SAR，還是雙基SAR，除了觀測區(qū)相對于收發(fā)站所處的方向和位置因素外，它們的時延地距分辨率主要取決于發(fā)射信號帶寬，而多普勒地距分辨率主要取決于工作波長及收發(fā)站相對于目標(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)系及其時變性對成像分辨率有著重要的影響，而空間構(gòu)型設(shè)計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的，并產(chǎn)生足夠的視角變化。

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

2003年11月，德國應(yīng)用科學(xué)研究院(FGAN-FHR)進(jìn)行了非時變構(gòu)型的機(jī)載雙基SAR飛行試驗[49]，并結(jié)合運(yùn)動補(bǔ)償，用距離多普勒(Range Doppler,RD)和后向投影(Back Projection,BP)算法驗證了雙基側(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，完成了載機(jī)順軌飛行時的星機(jī)側(cè)視SAR成像試驗，如圖21所示[50]。

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

2004年起，電子科技大學(xué)開始了機(jī)載雙基SAR的理論、方法和實現(xiàn)技術(shù)研究，以及試驗樣機(jī)的研制工作，并于2007年12月進(jìn)行了時變和非時變構(gòu)型的機(jī)載雙基SAR飛行成像試驗，獲得了國內(nèi)第一幅雙基側(cè)視SAR圖像[51]，如圖22所示，并驗證了時、頻、空同步及時頻非同步條件下機(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[49]Fig.20 Experiment of airborne bistatic side-looking SAR[49]

進(jìn)一步來說，入射波空變強(qiáng)度分布其實就是一種觀測調(diào)制。所以，調(diào)控入射波空變強(qiáng)度分布的實質(zhì)就是變換觀測調(diào)制。因此，合成孔徑技術(shù)就是利用運(yùn)動所致觀測視角變化，來實現(xiàn)時變的觀測調(diào)制，而實孔徑超分辨技術(shù)則是利用電磁輻射操控，來實現(xiàn)時變的觀測調(diào)制。所以，視線橫向分辨機(jī)理更深層次的物理本質(zhì)，是時變空變的入射波強(qiáng)度分布，即時變的觀測調(diào)制。

隨著飛行器、測姿定位、算力算法、智能機(jī)群等相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步，未來對地成像雷達(dá)的可能演化形態(tài)之一，是多點柔性結(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構(gòu)詞法體系和任學(xué)良提出的漢語構(gòu)詞法體系，本研究對選取的英漢新詞的構(gòu)詞模式進(jìn)行了分析和總結(jié)（詳見表1和表2）。

(5)成像觀測方向由傳統(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[50]Fig.21 Experiment of spaceborne/airborne bistatic side-looking SAR[50]

圖22 國內(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[52]Fig.23 Experiment of passive bistatic SAR[52]

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

當(dāng)然，要在實際應(yīng)用中實現(xiàn)前視、下視或后視成像，還必須解決一些新的問題。例如，在雙基前視SAR成像中，回波規(guī)律會呈現(xiàn)出顯著不同于單基或雙基側(cè)視SAR的特點，如距離大徙動、參數(shù)強(qiáng)空變和時頻緊耦合等[53]，導(dǎo)致構(gòu)建頻域成像算法時面臨更大的困難；運(yùn)動誤差的來源、影響和補(bǔ)償也會出現(xiàn)新的特點和問題[54]；而且，在接收站的前視區(qū)，時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得到改善，更加接近光學(xué)眼看到的景象，地物也更易辨識，如圖7(d)所示。而且，在較低的頻段，路上汽車的影子不像圖6中那么可見，因為這時候路面是大塊的鏡面，斜看時并不會反射出那盞礦燈的影像，道路與影子是一樣的黑色，沒什么差異，自然顯不出影子來；而高頻段就不一樣了，路面成了破碎粗糙的鏡面，即使斜看，也可見到那盞礦燈無數(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[22]效應(yīng)中，就成了追影檢測的基礎(chǔ)。

潛在生態(tài)危害指數(shù)法重在評價土壤中重金屬對當(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)，可以定量單一評價某種重金屬的潛在危害效應(yīng)，也可以綜合多種重金屬來對當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境效應(yīng)做綜合的定量評價[11-13]。該方法的公式為：

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

德國FGAN-FHR于2009年開展了載機(jī)交軌飛行的星機(jī)雙基后視SAR成像試驗[63]，采用Terra SAR-X衛(wèi)星作為發(fā)射平臺，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，還有一類被稱為實孔徑超分辨成像的技術(shù)，可用于運(yùn)動平臺的前視成像，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，且隨著治療時間的延長，該比例呈上升趨勢。有研究提示，胺碘酮對慢性心力衰竭伴心律失?；颊哂幸欢☉?yīng)用價值［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，時域算法的應(yīng)用范圍將會更加廣泛。

目前SAR目標(biāo)識別所采用的監(jiān)督學(xué)習(xí)方法：大多依賴于足夠多的目標(biāo)數(shù)據(jù)和先驗信息。雖然，這些年來SAR圖像數(shù)據(jù)資源逐漸豐富，但可移動目標(biāo)的圖像樣本卻被淹沒在海量的圖像數(shù)據(jù)之中，難以被用在SAR目標(biāo)識別系統(tǒng)知識庫中，并起到提高識別能力的積極作用。同時，這類目標(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”樣本的矛盾，是目前SAR目標(biāo)自動識別技術(shù)所面臨的最大挑戰(zhàn)。這時候，一方面需要采取得力的措施，去提取這些圖像樣本或針對性地錄取這類目標(biāo)的圖像樣本，并應(yīng)用于SAR目標(biāo)自動識別系統(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]，來增加目標(biāo)圖像的仿真樣本，作為真實樣本的重要補(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)自動識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，充分訓(xùn)練和完善其機(jī)制和策略，改善其識別能力。

一般來說，成像算法可以分為兩大類：即時域算法和頻域算法。

時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SAR圖像中的每個像素點對應(yīng)的回波進(jìn)行沿距離徙動軌跡的相干積分，從而實現(xiàn)散射點回波多普勒能量的歸位聚焦，算法結(jié)構(gòu)簡單，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，但總的來說，逐像素點計算的結(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)的計算設(shè)備中去實現(xiàn)實時成像處理。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[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，針對不同的情況，采用了不同的思路，得到了不同的計算流程。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，通過對回波數(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)算過程轉(zhuǎn)化為兩類正交和串行的一維正逆傅里葉變換過程，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)，實現(xiàn)成批快算，從而達(dá)到顯著提高計算效率的目的。同時，頻域算法的另外一個優(yōu)點是，可以方便地借用已完成的異域變換操作，嵌入?yún)?shù)估計和運(yùn)動補(bǔ)償，而不會增加太多額外的計算資源開銷。頻域算法的這些特點，使它很適合應(yīng)用于測姿定位設(shè)備精度不足且采用非并行計算設(shè)備的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)中，去實現(xiàn)實時處理。

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

同時，隨著計算設(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，時域算法將由基于平面模型的計算結(jié)構(gòu)最終向基于雙向立體模型的逐像素聚焦計算結(jié)構(gòu)方向拓展，以適應(yīng)多平臺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就沒有被證明過是唯一和最佳的成像處理方法。正是基于這一認(rèn)識，最近若干年發(fā)展出了一類新的成像處理方法[65,66]，稱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景稀疏性等先驗信息為約束，通過迭代尋優(yōu)的計算過程，得到相應(yīng)場景的雷達(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)過程運(yùn)算量較大，為保證成像處理的時效性，也發(fā)展出了相應(yīng)的保精度快速計算方法，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)在研究和試驗中，得到國內(nèi)外多家單位的證實，例如中國科學(xué)院電子學(xué)研究所2013年的機(jī)載飛行試驗[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)實現(xiàn)機(jī)理由原有的基于觀測視角變化的運(yùn)動平臺合成孔徑成像向基于觀測調(diào)制變化的不依賴運(yùn)動的超分辨成像方向拓展。

合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)，通過真實的較小孔徑的天線波束照射觀測區(qū)，并通過一段時間的平臺運(yùn)動，來合成出虛擬的更大孔徑的天線，從而獲得超越真實孔徑的方位向分辨能力。所以，這種成像機(jī)理被稱為合成孔徑，其實，稱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，超分辨這個名詞后來又被附加了別的含義。

從物理實質(zhì)上看，合成孔徑成像實現(xiàn)視線橫向分辨5這里采用視線橫向分辨和視線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類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似的。只不過因為微波的波長遠(yuǎn)大于可見光，實現(xiàn)視線橫向高分辨所需的透鏡孔徑過大，現(xiàn)有飛行平臺難以承載。只好通過平臺運(yùn)動來記錄這個并不真實存在的大孔徑透鏡面上的衍射圖，然后通過計算的方式，來實現(xiàn)這個虛擬的大孔徑透鏡的歸位聚焦功能，從而實現(xiàn)視線橫向高分辨。同時再結(jié)合類似蝙蝠回聲測距分辨的原理，以大帶寬信號回波脈沖壓縮處理完成的往返時延分辨，來實現(xiàn)視線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。因為飛行、記錄和計算合成了比真實孔徑D更大孔徑的天線，所以，獲得了合成或銳化后D/2r的雙程波束寬度和對應(yīng)的角分辨率，顯著超越了真實孔徑波束寬度λ/D對應(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孔徑D的一半，來判定雷達(dá)成像的方位分辨能力。但物理系的博士，會著急地提醒工程師，方位分辨率取決于這只合成的微波眼對被觀測點所形成的張角θ，因為它在物理學(xué)上正比于空間譜寬，而方位分辨率等于半個波長λ/2與張角θ之比，更貼近成像的物理本質(zhì)。這樣的解釋，讓人更容易理解SAR和ISAR為什么會有相同的方位分辨率公式；也更容易明白，一個在你眼里看起來根本沒動的運(yùn)動平臺，是不可能用單基合成孔徑原理來拍攝你的雷達(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]為什么會消耗更多的時間資源和只能獲得更低的獨立幀率，而高波段SAR或高轉(zhuǎn)角速率運(yùn)動的平臺為什么能夠獲得更高的獨立幀率。

圖26 合成孔徑原理的4種不同解釋6為繪圖標(biāo)識方便，顯著放大了波長和轉(zhuǎn)角。例如，3 cm波長，0.3 m分辨，轉(zhuǎn)角僅2.86°;θ在10°以內(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，并不滿意這些表面的解釋，他們會鄭重地申明，在孔徑合成的過程中，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孔徑分辨能力的真正原因。不過，物理系的資深教授，在與同事們聊天的時候，卻更愿意提到，入射波會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[81]λa，而正是由于入射角變化導(dǎo)致的入射波方位波長的時變性，或入射波空變強(qiáng)度分布的時變性，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，方位分辨率其實就取決于初始時刻t1時的方位波長λa1的1/4，也就是說，電磁波就是一把用1/4波長作刻度的尺子，測不測得好，分不分得開，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，在這個層次，合成孔徑成像技術(shù)與實孔徑超分辨成像技術(shù)的成像機(jī)理，分明是簡單而統(tǒng)一的。

所謂實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]等不依賴于運(yùn)動和觀測視角變化的雷達(dá)成像技術(shù)。它們通過時變的輻射方向圖，來形成時變的入射波空變強(qiáng)度分布，同時記錄回波，然后，利用最優(yōu)化方法，通過迭代尋優(yōu)的計算過程，綜合出虛擬的大孔徑天線，從而，獲得超越實孔徑的角分辨能力，而且還可以用于實現(xiàn)運(yùn)動平臺的前視成像。所以，一個在你眼里看起來根本沒動的運(yùn)動平臺，很可能正在利用這類超分辨成像技術(shù)拍攝你的雷達(dá)照。

掃描波束銳化技術(shù)利用天線波束掃描來形成入射波空變強(qiáng)度分布的時變性，與采用機(jī)掃和電掃的現(xiàn)有雷達(dá)兼容性甚好，是很有實際應(yīng)用價值的成像技術(shù)，且已逐漸成熟并走向應(yīng)用。例如，電子科技大學(xué)對掃描波束銳化進(jìn)行了多年的理論方法[85-87]和實現(xiàn)技術(shù)[88]研究，并用類卷積反演方法，在機(jī)載雷達(dá)上實現(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)分開來。而且，在用于掃描測圖時，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]也歸屬于實孔徑超分辨成像技術(shù)，但看起來與前兩項超分辨成像技術(shù)有些不同。它通過發(fā)射渦旋電磁波，在觀測區(qū)形成時變的入射波波前方向和入射波空變強(qiáng)度分布，同時記錄回波，并通過目標(biāo)重構(gòu)計算來實現(xiàn)成像。近年來，國防科技大學(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]，并通過實驗驗證了電磁渦旋成像的可行性，如圖29所示。

如前文所述，對于合成孔徑雷達(dá)成像來說，觀測區(qū)不同時刻的入射波波前方向是變化的，從這個角度看，它與電磁渦旋成像的機(jī)理又具有相通性，只不過前者通過平臺運(yùn)動來形成時變的波前方向，而后者通過控制輻射的電磁波來形成時變的波前方向，但它們都會在被觀測區(qū)形成時變的入射波空變強(qiáng)度分布。

學(xué)習(xí)動機(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，學(xué)習(xí)動機(jī)問題也受到了較多關(guān)注，隨著校園生活的多樣化，大學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)也呈現(xiàn)出多樣化發(fā)展趨勢，其學(xué)習(xí)狀態(tài)令人擔(dān)憂，學(xué)習(xí)動機(jī)缺乏已成為不爭的事實。高校獎學(xué)金是為鼓勵優(yōu)秀學(xué)生而設(shè)立的獎勵資金，是高校教育管理工作中一項激勵學(xué)生的重要措施。本課題以石河子大學(xué)本科生為研究對象，結(jié)合石河子大學(xué)獎學(xué)金制度以及大學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)設(shè)計調(diào)查問卷和訪談提綱，組織開展問卷調(diào)查及訪談，對調(diào)查結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計分析，旨在使獎學(xué)金發(fā)揮出更大激勵作用。

圖27 掃描波束銳化技術(shù)的交匯船只分辨試驗[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[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證[96]Fig.29 Feasibility verification of electromagnetic vortex imaging[96]

綜合看來，合成孔徑成像技術(shù)，利用平臺與目標(biāo)的相對運(yùn)動或觀測視角變化來對觀測區(qū)形成時變的入射波空變強(qiáng)度分布，而實孔徑超分辨成像技術(shù)，利用天線波束的掃描或?qū)椛潆姶艌龅目刂苼韺τ^測區(qū)形成時變的入射波空變強(qiáng)度分布。所以，這兩類成像技術(shù)的物理本質(zhì)是一致的，只不過采用了看起來明顯不同的方式來實現(xiàn)。實際上，它們的宏觀共性也是明顯的：這兩者都需要以信息采錄的時間為代價，來形成虛擬的大孔徑，從而獲取超越實孔徑的分辨能力。

外輻射源雙基SAR是雙多基SAR的一種獨特的實現(xiàn)方式。2013年10月和11月，瑞典開展了兩次VHF波段非合作外輻射源雙基SAR成像試驗[52]，實驗對比結(jié)果如圖23所示。

當(dāng)然，這兩類成像技術(shù)的實現(xiàn)方式差異，也導(dǎo)致了它們的諸多不同，包括但不限于先驗信息利用、觀測矩陣特性、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)計算和電磁輻射操控。

(8)在SAR目標(biāo)自動識別方面，將會更多地遵循人類視覺認(rèn)知的規(guī)律、機(jī)制、方法和策略。

雷達(dá)對地成像只是獲得了地物的圖像，但要理解所獲得的圖像，實現(xiàn)由“感”到“知”的跨越，還得依靠圖像自動解譯和識別技術(shù)，這相當(dāng)于需要發(fā)展出類似人眼背后的視覺神經(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，但可移動目標(biāo)的自動識別技術(shù)，卻依然需要有一個較長的研究和驗證過程，才能更好地服務(wù)于各類應(yīng)用。

SAR圖像可移動目標(biāo)的自動識別問題，與人類視覺認(rèn)知識別有相通之處，也有明顯的差異。自然進(jìn)化和社會實踐，成就了人類卓越的視覺認(rèn)知識別能力，它所形成的規(guī)律、機(jī)制、方法和策略，是SAR圖像目標(biāo)自動識別所必須遵循的。近幾年發(fā)展起來的有價值的SAR圖像目標(biāo)自動識別技術(shù)大多屬于這個范疇。但是，從研究活動的整體來看，對識別各環(huán)節(jié)的具體方法研究較多，而對規(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)識別能力的特征提取[98,99]、庫更新[100]、它源輔助、監(jiān)控評估、識別判決等機(jī)制，如圖30所示，更需要努力在SAR圖像目標(biāo)自動識別應(yīng)用系統(tǒng)中去構(gòu)建。換言之，在構(gòu)建針對特定任務(wù)需求的SAR目標(biāo)自動識別系統(tǒng)時，需要植入更加貼近人類視覺認(rèn)知的規(guī)律、機(jī)制和策略，使系統(tǒng)能夠在使用過程中具備知識積累、經(jīng)驗積累和策略優(yōu)化[101]的成長識別能力，才能夠更好地服務(wù)于實際應(yīng)用。

識別能力的資源關(guān)聯(lián)性問題，也需要得到高度的重視和認(rèn)真地加以研究，因為我們的雷達(dá)和我們提供的知識，可能并沒有提供足夠的維度和信息，來支撐我們所要求的識別能力。

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

第一個問題的解決，主要取決于成像雷達(dá)在給定平臺及成本約束下對頻段、極化、視角[102]及時相等資源的集成能力；第二個問題的解決，則高度依賴于計算設(shè)備的運(yùn)算和推理能力[103]；第三個問題的解決，除了需要采用類似人類視覺認(rèn)知識別的機(jī)制和策略外，知識的獲取和積累是其關(guān)鍵難點。

圖30 支撐成長識別能力的主要機(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)是對噪聲中孤立散射點回波的最佳檢測和估計。直接進(jìn)行二維匹配濾波運(yùn)算，是一個逐像素二維計算過程，計算效率低、資源消耗大，難以滿足實際應(yīng)用的時效性要求。所以，必須研究這種成像處理方法的保精度高效率計算方法，通常稱之為成像算法[22]。

萬物生長。一切都還給了自然，柳樹、柿樹、竹林、杉樹茂密，樹間爬滿了藤蔓，有成群的麻雀飛過，還有幾只羽色艷麗的小太平鳥在高枝亮著嗓子，一只雄鳥明顯在求愛，正舒展開漂亮大尾和鳳冠在枝頭來回跳舞。

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

從宏觀的視角和大的時間尺度來看，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個主要因素的相互作用，是雷達(dá)對地成像技術(shù)發(fā)展的根本動因[4]。

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

應(yīng)用需求是推動技術(shù)發(fā)展演化的動力。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)展演變的三個主要外部因素，如圖31所示。其中，對成像雷達(dá)技術(shù)發(fā)展推動作用最大的是任務(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，以滿足多種不同的應(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、立體和動態(tài)圖像；除了需要實現(xiàn)側(cè)視和斜視成像以外，還需要實現(xiàn)前視、下視和后視成像。這些新的任務(wù)對成像的維度、粒度、時效、精度和效用甚至雷達(dá)的形態(tài)都會提出不同的或更高的要求。

目標(biāo)多樣化是指對地成像雷達(dá)需要關(guān)注的地物種類屬性、尺度大小、運(yùn)動特性、散射特性、極化特性、頻譜特性等呈現(xiàn)逐漸多樣化的趨勢。例如，地物的種類由最初的地面靜止場景和目標(biāo)擴(kuò)展為運(yùn)動目標(biāo)，而目標(biāo)的特征由常規(guī)擴(kuò)展為隱形、隱蔽、遮蔽、變體和時敏。而對不同類型目標(biāo)的成像又對觀測的頻段、極化、視角、時相甚至雷達(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)動的平臺上，還需要承載于曲線機(jī)動的運(yùn)動平臺上，除了對平坦無遮擋地表上的目標(biāo)進(jìn)行成像外，還需要對山川、建筑、樹林環(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)對地成像技術(shù)發(fā)展演變的三個主要內(nèi)部動因。

仔細(xì)地梳理雷達(dá)對地成像技術(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)展和演變的三個主要內(nèi)部因素，如圖32所示。其中，對雷達(dá)成像技術(shù)創(chuàng)新最具推動作用的是方式，其次是能力和資源。

圖31 雷達(dá)對地成像技術(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)動的方式等諸多方面產(chǎn)生變化，從而使對地成像雷達(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視角變化的方式向不依賴視角變化的方式轉(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流形向曲線流形、平面流形甚至立體流形拓展，也會使合成孔徑雷達(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)步對雷達(dá)得以實現(xiàn)所提供的支撐能力，是對地成像雷達(dá)實現(xiàn)新的功能和更高性能的物質(zhì)基礎(chǔ)。例如，承載平臺的數(shù)量和分布形態(tài)，運(yùn)動的范圍、速度和機(jī)動能力，雷達(dá)系統(tǒng)硬軟件的配置和協(xié)同能力，信號產(chǎn)生、發(fā)射、接收、記錄和處理的能力，平臺測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。

資源是指對地成像雷達(dá)對平臺、波形、頻帶、極化和先驗信息等資源的利用程度。增加資源的種類或數(shù)量，可以增強(qiáng)對地成像雷達(dá)的多維度成像能力。可以預(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)的對地成像雷達(dá)。

(3)雷達(dá)對地成像技術(shù)發(fā)展的基本規(guī)律

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

雷達(dá)對地成像技術(shù)的發(fā)展也同其它雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展演變一樣，遵循著由簡單到復(fù)雜、由低級到高級的普遍規(guī)律[4]?？偟膩碚f，其發(fā)展規(guī)律是沿形態(tài)構(gòu)型、觀測調(diào)制和歸位表征3個主要方向，實現(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”是指單平臺上信號通道走向的空間維數(shù)和多平臺散布的空間維數(shù)，而“度”是指各維的延伸范圍?！坝^測調(diào)制”是指孔徑流形、輻射控制和視線方向所形成的觀測調(diào)制可實現(xiàn)分辨的“維”和“度”，“維”是指除輻射分辨以外可實現(xiàn)分辨的空間正交方向數(shù)目，而“度”是指可實現(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，要是用定性和通俗的話來講，所謂“形態(tài)構(gòu)型”就是說的信號通道散布的空間關(guān)系和它們構(gòu)成的空間形狀和大小，更直白地說，就是“長啥樣”。而且，這還是在一個特定的時刻去觀察的情況，是靜態(tài)的，它是決定地表(翻動過的田地，流淌的河水和聳立的高山等)及附著物(自然生長的植被、人造的建筑橋梁、地上跑動的汽車等)信息采錄方式的靜態(tài)要素。而“觀測調(diào)制”實際上就是指采錄這些信息的動態(tài)要素，它要做的事，就是要與靜態(tài)要素一起，捕獲地物的短時變化信息，并對三維時變地表做個網(wǎng)格(分辨單元)劃分，畫個平面的網(wǎng)格，或者畫個立體的網(wǎng)格，還有就是要畫多大(分辨率)的網(wǎng)格。而這些網(wǎng)格的劃分，其實就是通過“怎么飛”(孔徑流形)、“怎么閃”(輻射控制)和“照哪兒”(視線方向)來實現(xiàn)的。至于“歸位表征”里面的“歸位”，就是要把形態(tài)構(gòu)型和觀測調(diào)制采錄到的已經(jīng)混在了一起而來源于不同網(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”，其實就是表現(xiàn)、體現(xiàn)和展示出每個網(wǎng)格對應(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，這些東西又對應(yīng)著網(wǎng)格中地物的散射信息，對應(yīng)著地物散射對頻率、極化、方向和時間等要素的敏感性信息；此外，這里還有一個能夠展示多長、多寬、多高、多強(qiáng)的問題。

從演變的規(guī)律趨勢和現(xiàn)實的技術(shù)狀況來看，雷達(dá)對地成像技術(shù)目前仍處于其發(fā)展歷程的中級階段的初期，并以單平臺合成孔徑成像技術(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、實孔徑超分辨成像技術(shù)的萌芽興起為主要標(biāo)志。而高級階段將以實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)對地成像技術(shù)階躍式發(fā)展的推動力，新概念和基礎(chǔ)理論的突破是對地成像雷達(dá)新能力形成的先導(dǎo)，基礎(chǔ)技術(shù)的變革為對地成像雷達(dá)能力提升帶來新的機(jī)遇[4]。

4 結(jié)束語

本文從宏觀的視角和大的時間尺度，分析了雷達(dá)對地成像技術(shù)的8個演變、6個因素、3個方向和1個維度，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，還有視覺認(rèn)知識別的機(jī)制。可以這樣說，我們所從事的雷達(dá)對地成像技術(shù)，從最初簡單樸素的概念到后來復(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，從實體檢測到陰影追蹤，從樣本訓(xùn)練到成長識別，從灰暗難分到色彩斑斕，從平面圖像到立體視頻，從平直飛行到曲線機(jī)動，從孤點收發(fā)到曲面陣列，從獨自位移到體狀流動，從側(cè)視觀測到前視成像，從合成孔徑到孔徑超分，對于我們終日追逐的信息，無論是提取它的辦法還是采錄它的方式，都可以讓我們察覺到內(nèi)外因素的互動，感受到規(guī)律的作用和走向的必然，體會到創(chuàng)新的渴望、無畏的探索、果敢的開拓、節(jié)奏的把控和智慧的光芒，領(lǐng)悟到需要從埋頭拉車中去抬頭看路，在腳踏實地時去仰望星空，在低頭做事之間去登高俯瞰。只有這樣，創(chuàng)新才來得更加必然，發(fā)展才來得更快更好。

致謝

文中的內(nèi)容及觀點，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，著實不易，不免掛一漏萬、舉三錯一，謬失在所難免。而從宏觀的層面和大的時間尺度，去審視技術(shù)發(fā)展的態(tài)勢，認(rèn)識紛亂現(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。