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基于足迹信息的高维 SAR 点云滤波方法研究

合成孔径雷达,涪城一号SAR卫星,层析SAR,高维重建,点云优化

高维星载合成孔径雷达（Synthetic aperture radar, SAR）成像在城市测绘和灾害监测等各个领域具有重要意义，三维结果提供了被观测场景的空间散射结构信息，四维结果提供了被观测场景的精细形变信息。面对城市环境的日益复杂性以及对精确和详细的空间数据的需求日益增长，使得先进的高维成像方法发挥愈为重要的作用。涪城一号SAR卫星是中国第一颗具有干涉能力的C波段商业星载SAR卫星，该卫星是天仪研究院资助设计、研制、测试的第三颗商业SAR遥感卫星，包含聚束、条带、扫描等数据获取模式，在商业遥感应用中具有重要的应用前景，因此，探索其图像的多维成像能力具有重要意义。

由于该卫星的空间基线较小，层析高维成像的高程向可分辨能力较差，针对这一问题，本文使用了超分辨成像算法开展了层析高维成像方法研究，获取了准确的城市区域三维、四维层析SAR成像结果，突出了该卫星及其的干涉能力以及高维成像的优势。此外，重构的三维点云结果往往存在大量杂点，直接影响了三维重构的质量，导致重构后的三维点云存在明显的噪声和结构混乱。传统的点云滤波方法由于在应对杂点的复杂性和多样性上存在局限性，已不再适用。因此，我们提出了一种基于足迹信息的点云优化方法，将建筑的足迹信息作为先验信息，旨在有效去除杂点并提升三维重构的准确性。首先，利用先验信息保留足迹内的建筑点云（图1），目的是为了准确保留涵盖在足迹内的建筑；第二步针对足迹外的点云进行滤波处理，此步骤的目的是为了解决因时间差异导致的信息不匹配问题。由于下载的足迹信息可能与SAR图像采集的时间不同，导致部分建筑物在SAR图像上新增或拆除，而这些变化未能及时反映在下载的足迹信息中，导致三维重构中出现不匹配的情况。通过对点云的优化处理，能够在一定程度上校正这些时间差异引起的不一致，确保最终的三维模型与实际环境更加吻合。

本文基于涪城一号SAR卫星采集的14景德国马格德堡区域，利用超分辨成像算法开展了层析SAR多维成像方法研究。相较于优化前的结果（图2），文中方法所获结果更准确的展示了城市建筑得三维结构信息（图3），与实际建筑更吻合。值得注意的是，本研究是首次基于中国商业SAR卫星实现了大规模城市区域的三维、四维重建。在验证涪城一号SAR卫星高维成像能力的同时，也对高维重构结果进行了进一步的优化处理，不仅提升了重构的精度和一致性，也为多维成像提供了更加可靠和精确的数据基础，支持更为复杂的应用场景。