引言
作为地球唯一的天然卫星，月球既是原位资源利用的理想试验场，也是迈向更深空探索的关键支点[1]。开展亚米级高分辨观测，可直接支撑极区水冰普查与着陆区优选，并服务巡视器路径规划及科研站建设等重大任务[2]。然而，月球黄赤交角较小，极区太阳高度角长期偏低，永久阴影区可见光照条件受限，使基于可见光的被动遥感在相关区域难以高效工作[3]。合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）依托主动微波成像，不受光照影响、具备全天时能力，已成为对地高分辨观测的核心手段[4]。
典型对地高分辨率SAR任务包括TerraSAR-X、COSMO-SkyMed二代、高分三号、Capella与ALOS-4[5-8]。以X波段为代表的空间SAR已实现亚米级分辨率；C、L波段在保持米级分辨率的同时提供更强穿透与更大幅宽，共同形成成熟的对地高分观测技术体系。在月球探测方面，目前方兴未艾。印度的“月船1号”探测器于2008年搭载了Mini-SAR雷达，该雷达工作于S波段，典型分辨率约150 m[9]。2009年发射的美国“月球勘测轨道器”（Lunar Reconnaissance Orbiter, LRO）搭载Mini-RF雷达（S/X 波段），典型分辨率约150 m/30 m[10]。Mini-RF和Mini-SAR的成功应用，验证了SAR技术在月球探测中的可行性和有效性，为未来月球SAR系统的设计与应用提供了宝贵的经验和技术参考。月球微波成像正从百米级迈向亚米级，这对特殊环境下的高分辨成像提出更高要求。月球轨道高分辨成像面临着轨道运动特性与成像约束机理不明的挑战，具体表现在两方面，一是月球与地球在半径、质量与引力场等方面差异显著，其对轨道运动与成像约束的作用机制仍需系统研究。二是月球缺乏类似地球的 GNSS 持续高精度测量，平台主要依赖深空测控跟踪，速度测量存在误差且覆盖间歇，易引起速度失配并降低聚焦质量。三是月球永久阴影区地形起伏显著，复杂地形与速度误差叠加使运动误差呈二维空变，显著增加补偿难度。
在地球观测领域，星载SAR成像系统与算法已形成成熟的工程与方法体系。现有算法主要基于地球模型结合高精度GNSS，未充分考虑月球特有的几何与导航条件。为此，本文针对月球轨道SAR的运动特性与成像约束问题，构建月球轨道与成像几何模型，并结合深空测控观测等现有轨道测量手段，通过理论推导与仿真揭示速度误差与地形起伏对不同分辨率成像的作用机理与容限。在此基础上提出面向月球场景的二维空变误差校正成像方法。首先，以图像熵为目标函数迭代求解速度误差；随后，基于估计的最优速度，结合DEM实施子孔径地形相位校正，实现大起伏区域的高分辨成像。本文旨在为月球SAR系统的设计优化与实测数据处理提供理论支持，助推高分辨SAR技术在月球探测中的应用。
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作者信息：
魏东旭1，2，魏宝元1，2，刘亚波1，占贤浪1，2，喻忠军1
（1.中国科学院空天信息创新研究院，北京 100094；
2.中国科学院大学 电子电气与通信工程学院，北京 100049）
