可见光/红外(VIR),机载激光探距与测量(Li DAR)和合成孔径雷达(SAR)等遥感对地观测技术手段推动了考古技术的发展。其中,星载SAR与其他技术手段相比,具有全天时、全天候、穿透性、极化和干涉特性,不但具有强度信息,还具有相位信息,对地表考古目标可形成独特的考古标志。随着第二代星载SAR系统的涌现,多源、多时相、多模式星载SAR,逐渐成为遥感考古重要数据源之一。玉门关、阳关作为丝绸之路河西走廊通往西域北道和南道的起点,是丝路沿线两个最为重要的交通和战略枢纽。但两关大遗址研究区地处沙漠边缘,受到研究区范围广、考古环境恶劣、成像光谱解析度差等条件的制约,在古绿洲耕植规模、南塞塞障位置、及阳关定位等方面存在众多未解之谜。考虑到星载SAR在遗址探测发现以及场景重建的独特性,本文结合丝路玉门关-阳关大遗址研究区特点,从古水系和古屯田信息提取与考古发现、点-线遗址本体信息提取与预测、防御体系重建等方面,开展星载SAR两关大遗址考古与边塞防御重建研究。主要研究工作包括:第一、研究星载SAR雷达考古机理与方法。基于雷达构像几何、主要参数、后向散射特性、两代星载SAR卫星系统特点,分析星载SAR应用于地表微地形、植被和土壤考古标志识别的机理;结合两关案例,分析点-线-面考古目标SAR图像散射特征,以及散射特征与表面形态和介电特性关联;计算、模拟砂质地表不同波段、不同入射角的星载SAR理想穿透深度。并从相位和强度两方面,引入雷达干涉测量与地貌重建、SAR图像增强和考古弱信息提取等星载SAR雷达考古方法。第二、从场景尺度,基于星载SAR的地貌重建、植被考古标志识别能力,开展星载SAR两关场景古水系-屯田信息提取方法研究和考古发现。提出、研究并验证古水系-屯田信息提取方法与数据处理流程:即提出基于地貌重建、数字地形分析、水文分析和分类阈值等集成技术的古水系提取方法;针对古屯田,基于星载SAR植被考古标志,提出基于时序PALSAR-1强度特征和相干系数约束的古耕植地靶区定位方法;利用NLIn SAR无偏相干系数估计技术,开展TSX/TDX DEM水文分析和地形因子提取研究,还原了阳关遗产地唐无卤涧西行河道、上坝脑泉上游等古河道,重建汉渥洼池等古湖泊、唐大泽等古泽区范围,并首次发现西土沟下游古耕植地及周边废弃沟渠。第三、从遗址尺度,基于二代星载SAR的微地形考古标志识别能力,开展星载SAR两关大遗址考古目标提取方法研究和遗址预测。提出了遗址建模、SAR成像模拟、考古目标提取方法与数据处理流程:即针对烽燧点目标,提出基于时序Sentinel-1图像的强散射、高相干(SHS)烽燧候选点提取方法;针对塞垣和堑壕线目标,提出基于先验知识的多模板匹配(PMTM)方法;并结合SAR特征因子,提出缓冲区约束的烽燧候选点空间多尺度优化BLR遗址预测模型。应用上述方法,开展两关大遗址考古点、线隐弱信息提取研究,统计分析烽燧、长城(堑壕)等遗址规模、材质、保存状况、周围地貌等信息,模拟分析多源、多模式SAR数据在两关考古目标的特征识别能力,提取烽燧候选点并实现南北向堑壕的精确定位。将提取得到的烽燧候选点和堑壕信息、地形因子、几何拓扑特征等作为特征变量,开展烽燧遗址预测,辅助外业发现南湖烽火台(暂名)、南湖三墩(暂名)、南湖四墩(暂名)3个汉代烽燧。第四、基于遗址和场景尺度星载SAR雷达考古成果,结合考古文献和其他专题资料,开展两关大遗址研究区边塞防御体系重建。一方面,从候望烽燧子系统、塞垣防御子系统、堑壕防御子系统开展塞障防御系统重建,并基于重建结果,利用多重缓冲区推测阳关及其都尉府位置;一方面,开展军屯防御系统重建,对两关水环境和屯耕时空演变进行还原,基于重建结果,得出历史上阳关遗产地最大耕植面积是当前耕植面积近一倍的结论。研究主要贡献及创新点体现在:首次针对两关大遗址地区,提出了SAR遗址至场景尺度的遥感考古隐弱信息提取方法与数据处理流程,将两者成果集成,并实现两关防御体系的重建;通过实例验证了多源星载SAR数据,包括时序C波段Sentinel-1和L波段PALSAR-1,高精度、不同模式的TSX/TDX,在两关考古目标识别、应用环境重建和遗址探测方面的实用性;基于对丝路两关考古目标提取和防御体系重建研究,揭示了研究区塞-田-燧防御体系的原貌,为考古遗址的主动发现、自动识别与提取、数字化重建、人地关系认知提供了方法借鉴。研究结果对于揭示河西走廊关隘变迁、古绿洲兴废、环境演变、古代边防建设有重要科学价值,并可为丝路遗产地保护提供研究基础与科学支持。