逆散射層析成像技術在微波成像雷達中的應用.pdf

1、成像雷達以其全天候、全天時工作能力、可穿透葉簇或地表等獨特優(yōu)點，廣泛應用于國民經(jīng)濟和國防建設的各個領域，是目前國內(nèi)外研究的熱點。本論文提出將逆散射層析成像技術應用于成像雷達，以實現(xiàn)高質(zhì)量雷達成像。從電磁散射機理、雷達信號采集和圖像重建算法三方面綜合分析衍射層析成像技術在超寬帶合成孔徑雷達和探地雷達中的應用，探討新型雷達成像機制。 目前，合成孔徑雷達僅對大面積連續(xù)區(qū)域或反射率對比明顯的目標成像效果較好。與常規(guī)窄帶合成孔徑雷達相比，

2、超寬帶合成孔徑雷達的大帶寬和寬波束導致其無論在系統(tǒng)實現(xiàn)還是成像處理方面均具有特殊性。超寬帶情況下的散射機理十分復雜，此時雷達成像質(zhì)量與系統(tǒng)成像模型、重建算法密切相關。傳統(tǒng)的雷達回波處理方法忽視了回波中最利于目標檢測與識別的衍射信號。由于地下介質(zhì)組成相當復雜，且具有非均勻、損耗和色散等特性，以及各種雜散回波的存在，探地雷達信號處理與一般的空間雷達有較大差別，其成像效果還不盡如人意。 雷達成像本質(zhì)上屬于逆散射問題。層析成像可提供多維

3、逆散射問題的一種統(tǒng)一、完善的成像處理方法。衍射層析成像利用散射場實現(xiàn)目標的高質(zhì)量重建，由于它以波動方程為基礎，計入包含衍射在內(nèi)的較完全的散射機理，因而具有理論上的最佳成像能力。故本文探討衍射層析成像應用于成像雷達以實現(xiàn)高質(zhì)量成像。 首先從逆散射層析成像的角度論述雷達成像，結合理想微波成像準則，提出用空間譜域分布來定性評價成像系統(tǒng)。理想微波成像應包含高質(zhì)量的幾何成像和物理成像兩方面：幾何成像提供目標形狀、位置、三維及內(nèi)部結構信息；

4、物理成像提供目標的物理或電特性，如介電常數(shù)、磁導率及電導率?？臻g譜域方法簡單直觀，物理概念明晰，利于選擇與優(yōu)化成像系統(tǒng)的結構，且可推廣應用于一般性的成像系統(tǒng)。 接著采用空間譜域分布分析衍射層析成像特性。著重討論衍射層析成像實現(xiàn)高質(zhì)量成像的理論與實際兩方面因素的限制，通過對衍射層析成像特性的深入分析，找出適用于其它成像系統(tǒng)尤其是成像雷達的相關結論。 在上述分析的基礎上，首次提出將衍射層析成像技術應用于超寬帶合成孔徑雷達以實

5、現(xiàn)高質(zhì)量成像。從電磁散射機理出發(fā)，指出點目標成像理論是制約超寬帶合成孔徑雷達成像的根本所在，提出適于超寬帶合成孔徑雷達的多站數(shù)據(jù)采集和重建算法，給出空間譜域分析、數(shù)值驗證和實驗方案，并討論衍射層析成像技術在新體制合成孔徑雷達中的潛在應用。 類似地，將衍射層析成像技術應用于探地雷達，分析多站數(shù)據(jù)采集方式以及與之相匹配的重建算法。探討數(shù)據(jù)采集的目的在于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的有效采集，考察探地雷達的數(shù)據(jù)獲取質(zhì)量，尤其是現(xiàn)有商用探地雷達無法獲取的低