毫米波輻射特性及成像研究.pdf

1、毫米波輻射成像技術(shù)在遙感、軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、公安、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域具有十分重要的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。然而受天線孔徑的限制，毫米波輻射探測器獲得的圖像空間分辨率太低，極大地限制了作用的距離。與先前8mm波段的研究相比較，本文系統(tǒng)研究了3mm波段的輻射特性、成像機制和改善圖像分辨率的方法，并對金屬目標的毫米波輻射探測與識別進行了應(yīng)用研究，主要工作包括以下五個方面的內(nèi)容：1)華中科技大學(xué)微波遙感研究室在1982-1983年和1994-19

2、95年所測得的大量微波輻射特性數(shù)據(jù)，建立了8mm波段典型面目標輻射特性數(shù)據(jù)庫。作為后續(xù)研究，本文進行了3mm波段面目標輻射特性的測量、反演與建模工作，與8mm波段面目標輻射特性進行了對比分析與研究。提出了利用最小二乘余弦多項式與三次樣條插值對3mm波段輻射特性數(shù)據(jù)建模的方法；分析了3mm波段地物目標與8mm波段地物目標輻射特性的差異，得出3mm地物目標的天線溫度及亮溫普遍高于8mm地物目標的結(jié)論；3mm波段水面亮溫的兩種反演結(jié)果驗證了水

3、面亮溫的理論計算模型；驗證了3mm波段地物目標的極化效應(yīng)與其自身的粗糙程度的關(guān)系。在3mm輻射特性報道少見于國內(nèi)外文獻報道的情況下，3mm波段面目標輻射測量和輻射特性的研究工作可為國防與科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)與理論支持，位于國內(nèi)前列。2)毫米波輻射成像具有直觀、易于目標識別的優(yōu)點，而處于大氣窗口頻率的3mm和8mm波段輻射成像的對比研究具有巨大的實用價值與重要的理論意義。3mm波段的輻射成像研究在我國剛剛起步，本文研究了3mm輻射成像機制，開

4、發(fā)出一套基于PC機－單片機控制的可兼容3mm和8mm波段的毫米波輻射成像系統(tǒng)，對各類成像參數(shù)下的3mm波段輻射成像效果進行了分析，提出了利用軟積分和復(fù)合結(jié)構(gòu)形態(tài)濾波改善實時成像質(zhì)量的方法。與8mm波段的輻射成像相比較，得出了3mm輻射圖像的空間分辨率高于8mm輻射圖像的結(jié)論，具有國內(nèi)先進水平。3)多源傳感器的圖像融合是目前國內(nèi)外研究的熱點，圖像的融合技術(shù)已經(jīng)涉及到可見光圖像、紅外圖像和SAR圖像等，但甚少涉及到毫米波輻射圖像。所以毫米波

5、輻射圖像與其它高分辨率圖像的融合可獲取更多的有用信息，增加決策的科學(xué)性與正確性。多傳感器圖像融合的理論方法和工程實現(xiàn)是一項很有意義的工作，本文對毫米波輻射圖像與光學(xué)圖像的融合方法進行了嘗試。提出了毫米波輻射圖像與源于光學(xué)圖像的毫米波輻射模擬圖像的基于小波的融合模型，融合圖像可以在一定程度上彌補毫米波輻射圖像低分辨率的固有缺陷。4)毫米波輻射圖像的復(fù)原與毫米波輻射測量數(shù)據(jù)的反演是一致的。低分辨率的毫米波輻射圖像的恢復(fù)技術(shù)是本文的一項重要研

6、究內(nèi)容。根據(jù)毫米波輻射成像機制深入地分析了毫米波輻射成像的特點和圖像的退化模型，進行了毫米波輻射圖像的重建與增強、幾何校正、圖像復(fù)原與超分辨率的研究。提出了利用天線方向圖對3mm波段輻射圖像進行反演恢復(fù)的方法，取得了階段性的成果，為以后進一步的研究打下了基礎(chǔ)。5)金屬目標的輻射特性是毫米波制導(dǎo)的主要研究內(nèi)容之一，基于有源雷達的隱身技術(shù)已經(jīng)獲得突破性進展，因而無源雷達反隱身探測技術(shù)的發(fā)展就成為當(dāng)前關(guān)注的焦點。無源微波探測的基本設(shè)備是微波輻

7、射計，它用于制導(dǎo)、跟蹤的基本可測參數(shù)是當(dāng)背景上有目標或無目標時，輻射計接收到的功率變化量，稱之為天線溫度對比度。而等效輻射截面和等效輻射截面系數(shù)是進行實際工程測量的基礎(chǔ)，根據(jù)相似縮比測量原理，利用3mm和8mm輻射計對金屬目標進行了探測與分析，從對比度、信號特征和目標識別三個方面進行了研究。在靈敏度相差不大的條件下，得出了金屬目標的3mm輻射探測優(yōu)于8mm輻射探測的結(jié)論?？傊?，測量及成像中所采用的輻射計都來自于本實驗室自制的8mm和3m