田进军：无人机 SAR成像技术方兴未艾

编者

当前，低空经济正在加速发展，无人机也在推动千行百业中高质量发展。无人机载 SAR（合成孔径雷达）成像技术虽然鲜为人知，近年它在低空领域的应用却是方兴未艾。2026 年 1 月 5 日，围绕无人机载 SAR 成像技术这一话题，本刊与田进军博士进行了一次对话。

田进军

北京航空航天大学电磁场与微波技术专业博士

重庆测威科技有限公司副总经理

目标特性智能测试联合实验室副主任

郑挺颖（《中国科技信息》杂志主编）：您如何看待无人机载 SAR 成像技术在低空经济领域的应用前景？

田进军：随着国家一系列政策的出台,低空经济已经步入加速发展的快车道。各种低空应用的场景正在不断被开发出来,我们相信无人机载SAR 成像技术会与目前已被广泛运用的光学成像和红外成像技术实现优势互补,最终在数据层面达到深度融合,逐步走向成熟,在未来必将会在越来越多的场景中得到广泛运用。

郑挺颖：在具体应用中，无人机载 SAR 已经在哪些场景中展现出优势？

田进军：从已有的测试和验证结果来看,无人机载 SAR 在地面场景成像、基础设施巡检以及目标探测等方面均展现出良好的适应性。例如,在植被覆盖区域,光学影像往往难以区分地表细节,而 SAR 图像可以通过散射差异呈现出更清晰的纹理信息。在恶劣气象条件下, SAR 与光学成像的互补优势尤为明显。此外,通过灵活的飞行轨迹规划,无人机载 SAR 成像系统还可以获取多方位多角度的目标成像数据,为后续的目标分析和识别研究提供更加丰富的输入数据。目前,我们已经基于该系统为国内多家高校和科研院所提供了目标成像测试数据,为相关研究提供支撑。

郑挺颖：对普通读者来说，SAR 成像仍然是一项相对陌生的技术。您能否用通俗的语言介绍一下它的基本原理，它与我们日常接触较多的光学成像有什么不同？

田进军：SAR 的全称为“合成孔径雷达”,从原理上讲,SAR 成像技术是一种主动式成像技术,它通过雷达天线沿设计的轨迹在运动过程中主动发射微波信号,信号遇到地面或目标后产生散射回波,雷达在一段时间内持续对这些回波进行接收,经过特别的算法处理后就可以形成大家所见到的 SAR 图像。与光学成像依赖太阳光或可见光反射不同,SAR 成像并不依赖外部光照条件,雷达本身就是“发光体”。正因为如此,它在夜间、云雾、降雨等光学成像条件受限的环境中,仍然能够稳定地获取图像。此外,微波信号具有一定穿透性,可以透过云雾、烟尘以及部分较薄的覆盖物,这使得SAR 能够获取光学成像难以提供的信息。从成像结果上看,SAR 图像并不是传统意义上的 “照片”,而是反映了目标对电磁波的散射特性,因此在结构、材质和几何形态分析方面具有独特价值。

郑挺颖：从应用角度来看，SAR 成像技术常被认为具有“全天候、强穿透”等优势。当这项技术被部署到无人机平台之后，这些特点最容易转化为哪些具体应用价值？

田进军：当SAR 成像技术与无人机平台特别是小型无人机平台结合后,其体现出来的最显著价值在于信息获取的时效性和灵活性。一方面,无人机具备灵活部署、快速起飞的能力,非常适合应急响应的应用场景,目前已经有越来越多的应急救援场景使用无人机执行不同的任务。将 SAR 成像技术与无人机平台进行结合,在洪水、滑坡、地震等自然灾害发生后,就可以利用 SAR 成像不受天气和光照影响的特点,第一时间获取现场影像,为应急决策提供支持。

另一方面,无人机飞行高度较低、航线规划更灵活,因此在空间分辨率方面具有优势,可以获得分米级甚至更高分辨率的图像。这对于基础设施巡检、电力线路监测以及局部区域精细化观测等任务尤为重要。可以说,无人机载 SAR 在一定程度上填补了“高分辨力、快速响应、局域观测”这一应用空白,是对传统遥感手段的重要补充。

测威科技公司在进行无人机测试

郑挺颖：小型无人机在载荷、供电和飞行稳定性方面都存在客观限制，这些因素会影响 SAR 成像质量吗？从工程角度来看，无人机载 SAR 面临的核心技术难点集中在哪些方面？

田进军：总体来看,无人机载 SAR 面临的挑战主要集中在三个方面。首先是平台限制。小型无人机的载荷能力和供电能力有限,这对雷达系统的小型化、轻量化、低功耗设计提出了很高要求。

其次是运动稳定性问题。SAR 成像依赖无人机平台飞行形成雷达天线的 “合成孔径”,而小型无人机在飞行过程中容易受到气流等因素干扰,实际轨迹与理想轨迹存在偏差。如果这些偏差不能被有效补偿,就会直接导致图像散焦、分辨率下降,最终的成像质量会大打折扣。

最后一点则是数据处理复杂度。 SAR 成像往往伴随着较大的数据吞吐量,这对数据存储、传输和算法效率都提出了更高要求。在工程实践中,需要从系统设计和算法优化两条路径同时入手,通过软硬件协同解决上述问题,逐步提升系统的稳定性和实用性。

郑挺颖：这些问题还需要长期、系统性的研究，您所在的目标特性智能测试联合实验室在无人机载 SAR 方向上，主要围绕哪些问题开展研究，取得了哪些阶段性进展？

田进军：目标特性智能测试联合实验室是由北京航空航天大学与重庆测威科技有限公司联合成立,目标是通过资源共享和优势互补,实现“产—学—研— 用”的链路闭环,持续推动先进技术的产品化应用。无人机载 SAR 成像技术及应用是联合实验室目前的重点研究领域之一,相关的研究工作主要围绕三个方向展开：一是微小型 SAR 雷达系统的工程化设计；二是复杂运动条件下的成像与补偿方法；三是面向应用的系统集成与测试。在系统层面,实验室重点关注如何在有限载荷条件下实现较高成像性能,包括波形设计、系统集成和整机优化等内容。在算法层面,则围绕无人机实际飞行轨迹的不确定性,研究提升成像稳定性的补偿方法。在此基础上,联合实验室逐步完成了多代无人机载 SAR 系统的研制和验证,为后续的应用研究提供了硬件和数据基础。

郑挺颖：从联合实验室的成果来看，系统性能在不断提升，但整体体量却持续减小。能否结合具体产品，介绍一下这些研究成果的工程化体现？

田进军：目前,我们实验室的相关科研成果已经体现在第三代无人机载 SAR 成像系统中。该系统工作频率覆盖 4GHz 至 18GHz,最大带宽可达 1000MHz, 测量范围扩展至约 2000米,同时集成了 2TB 的固态存储。在保证成像能力的前提下,系统重量被控制在约 1.4 千克,使其能够挂载在如大疆 M350 等小型无人机平台上运行。这种设计显著提升了系统的快速部署能力,也拓展了可适配的平台范围。这一阶段的工作重点,并非单纯追求参数极限,而是在性能、可靠性和工程可用性之间取得平衡。

郑挺颖：在研发过程中，如何看待性能指标提升与工程可用性之间的关系，是否存在一些容易被忽视的误区？

田进军：这是我们在无人机载 SAR成像系统研发中面临的一个非常现实的问题。在实验环境下,提高带宽、增加系统复杂度确实有助于提升成像性能,但当系统真正走向无人机平台时,工程可用性往往比单一指标更为关键。系统是否易于部署、是否稳定可靠,往往决定了它能否被实际使用。因此,在研发过程中,我们更强调以应用需求反推系统设计,在满足任务要求的前提下,通过系统集成和结构优化实现小型化。这种思路有助于提升系统的落地效率,也更符合无人机载SAR 的实际使用场景。

【链接阅读】

目标特性智能测试联合实验室

目标特性智能测试联合实验室 2021 年 4 月 16 日在重庆西部科学城江津园区正式成立。它由北京航空航天大学和重庆测威科技有限公司联合建立，是一个产学研相结合、面向智能测试领域的应用研究平台，旨在整合双方的科技人员、科技成果、工程实践、市场渠道等资源，进一步开展学术交流、人才培养、联合申请并承担科学研究和技术攻关项目等，为重庆测威科技有限公司在目标特性多频谱测试、多波形测试、成像、识别与评估新技术的研究、推广和应用等方面提供可持续发展的技术支撑。

编辑：柯欣

审核：彭泺

关注我们了解更多资讯

《中国科技信息》杂志社

主管单位：中国科学技术协会

主办单位：中国科技新闻学会

在线投稿平台：www.cnkjxx.com

新媒体内容合作联系微信：cnkjxx1989

杂志收录情况：《中国知网》《中国期刊核心期刊（遴选）数据库》《中国学术期刊综合评价数据库（CAJCED）统计源期刊》《中国期刊全文数据库（CJFD）》《中国科协、中国图书馆学会（解读科学发展观推荐书目）》