无人机载合成孔径雷达系统技术与应用（四）
(4) 立体测绘、海面和船只
利用多次或单次干涉测量，无人机载SAR可以获取地物的3维高程信息，在地理测绘等领域中具有重要应用。3维高程测量结果如图 22所示。
4 无人机载SAR关键技术4.1 总体设计技术
从国内外发展状况可以看出，无人机载SAR的技术需求呈现多功能和多样化，如不同的工作模式、不同的性能以及不同的使用条件与环境。在系统设计中，根据不同的需求，总体设计流程如图 23所示，主要包括总体指标、工作体制、通道及处理算法等设计。
例如，在D3022无人机载InSAR/PolSAR系统的设计中，首先根据系统要求对带宽等总体指标进行设计，为了高效实现高分辨率成像，采用了频率分集连续脉冲体制；为了实现高分辨率PolSAR和InSAR，系统采用频率多通道、极化多通道与空间多通道，从而构成高分辨率宽带合成、全极化同时获取以及干涉基线实现的设计目标；在处理算法方面，则设计了脉冲频率合成、四通道SAR全极化配准成像与融合、双通道InSAR成像处理流程。
针对跨多种类无人机飞行平台的使用需求，在系统研制中，通过采用基于功能单元结构的SAR系统设计构建技术，实现多平台多功能SAR系统的灵活构建。
首先建立功能单元模型，如图 24所示。功能单元是完成特定功能的单元。由功能模块和连接模块两个部分组成，通过单元规范进行描述和界定，包括功能、指标、技术体制、测试准则、以及单元属性、结构、接口标准。
雷达系统通过功能单元进行表示和描述。SAR系统、各分机、各模块都可以描述为完成特定功能的功能单元。
功能单元具有以下特征：(1)可分解，可以将一个功能单元分解为若干个子功能单元；(2)可组合，可以将若干个子功能单元组合成新的功能单元；(3)可改造、升级，功能模块和连接模块可分别或者整体改造升级。此外，需要遵循相关标准。
SAR功能单元，可以分解为各个子功能单元；各个子功能单元同样也可以进一步向下分解为下一级的子功能单元。雷达的设计就是功能单元自上向下逐级分解的过程；雷达的建造则是自下向上，由个子功能单元逐级合并形成上一级功能单元的过程。通过各个层级功能模块和接口模块的组合与封装，即可构建所需的SAR系统。系统扩展升级时，只需要更换相关的接口模块或功能模块。
以SAR的功能模块和连接模块为基本单元模型，自上而下，根据无人机平台的各种适配条件，如空间、供电、导航、数传等接口要求，对SAR系统进行逐级分解进行设计；基于功能单元库，通过对基本功能单元进行继承、融入、扩展、组合和升级，形成各层级单元所需的组合模块和技术，最终构成所需的系统。其中，功能单元库，包括发射机，天线，稳定平台，接收机，数据采集，实时成像处理，频率综合与定时，雷达监测与控制，供电单元，图像显示与雷达操作等功能单元。接口单元库包括测控总线接口、高速数字传输接口、专用总线接口、通用总线接口、微波信号接口、高频信号接口等。
在D3022无人机载InSAR/PolSAR实现双通道干涉SAR和全极化SAR的系统研制中，采用了基于功能单元的构建方法，以已有的无人机载SAR单元模型为基础进行复用和设计，根据无人机载的装机条件，设计了频率、极化和空间双通道收发系统，采用的功能模块和接口模块实现了对已有SAR单元模型80%以上的复用，体现了系统设计和实现的灵活性、便利性、技术继承性和功能扩展性的理念。同时缩短了设计和研制周期，实现了800 MHz工作宽带、同时实现多极化、干涉高程测量等功能，成功应用于中程无人机平台。
4.2 实时成像及数据处理技术
由于无人机的特点以及大部分应用中对目标SAR图像实时性观测的需求，对SAR实时成像处理以及相关雷达信号的实时处理(例如，动目标检测)成为无人机载SAR系统的标准配置。
不同类型无人机SAR的数据处理任务有很大的差异，需求的多样性和产品的系列化，要求其实时数据处理系统具备以下特性：(1)适应不同的SAR成像算法：根据处理精度要求、硬件资源和实时性等限制，选择适合的成像算法，如RD算法、CS算法等，考虑无人机SAR运动补偿的复杂性，还要在成像算法中结合自聚焦等运动补偿处理；(2)适应不同处理任务：除条带模式、聚束模式等多种SAR成像处理外，实时处理任务还可能包括MTI处理、海上目标ISAR成像、搜索处理、跟踪处理、DBS处理等，以及同时多任务并行处理，如SAR+GMTI、成像+搜索等；(3)适应不同的处理能力：SAR参数、载机参数等不同，使得计算量、存储容量、I/O数据率等处理能力差异巨大，例如，大型无人机SAR系统处理能力相比小型无人机SAR的处理能力可超过一个数量级以上。因此，无人机SAR实时数据处理系统的体系结构需要具有良好的适应性和扩展性。
基于功能单元模型，结合SAR成像处理等算法，可以建立可重构、可扩展的实时数据处理体系架构：
功能单元的功能模块是实现实时计算和高速数据存储的基础，为实现兼容多种类的处理任务，功能模块包括运算、转置存储(CTM)、控制、记录、显示等。
功能单元的连接模块是体系结构的核心，不同的处理任务可以导致数据处理系统的并行架构差异巨大，为适应这种并行架构的在线变化，连接模块采用了多专用高速接口结合多总线接口的复合接口形式，通过专用高速接口实现各单元间海量、高速数据传输；控制总线实现系统重构和系统运行控制；分布数据通信总线用于各单元间的公用数据共享和高速通信，如图 25所示。
利用这一体系架构，可以通过配置功能模块和连接模块，灵活构建所需的实时数据处理系统。通过对连接模块编程，控制流水方向和组合、控制分布数据通信总线的数据交换，可以实现流水处理、阵列处理等并行架构的在线变更；再结合对功能模块采用不同的处理软件和在线配置固件，最终实现不同的处理功能的在线变更。扩展实时数据处理系统，可以通过增加功能模块、配置连接模块建立各功能模块的新连接来实现。
以D3022无人机载InSAR/PolSAR为例，其实时数据处理系统衍生自单通道无人机SAR的实时成像处理器，原处理器的成像算法为RD算法，为保证InSAR成像精度，在新处理系统中采用了CS算法，数据源也由单通道变为双通道。在进行系统扩展时，增加了用于处理的功能模块，连接模块的专用高速接口也进行了扩展，通过处理软件更新和连接固件的配置优化，系统可以在极化成像处理、InSAR成像处理和单通道成像处理几种处理任务之间实现在线切换。
