基于時(shí)間反轉(zhuǎn)的雷達(dá)目標(biāo)成像方法研究.pdf

1、時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)是將接收單元記錄的輻射信號(hào)或者散射信號(hào)在時(shí)域中進(jìn)行一種逆序操作，即先進(jìn)后出的方式，然后將經(jīng)過(guò)逆序操作的信號(hào)從相應(yīng)的接收單元回傳輻射至原輻射區(qū)域或者散射區(qū)域，則回傳輻射信號(hào)會(huì)自適應(yīng)地在輻射源或者散射體處空時(shí)能量聚焦。這種對(duì)環(huán)境自適應(yīng)的空時(shí)聚焦特性使得時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)在探測(cè)、通信和醫(yī)療領(lǐng)域擁有巨大的應(yīng)用潛力。本文的研究方向主要集中在時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)在成像領(lǐng)域的應(yīng)用，在對(duì)現(xiàn)今主要的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法總結(jié)比較的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了擴(kuò)展、提高和創(chuàng)新，

2、提出了一種新的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法：基于時(shí)域同步性的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像法（Time Reversal Imaging based on Synchronism:TRIS）?，F(xiàn)今主要的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法的成像結(jié)果都是成像區(qū)域中回傳輻射信號(hào)的幅值在某一時(shí)刻的“快照”，即根據(jù)聚焦時(shí)刻成像區(qū)域中的幅值來(lái)定位成像目標(biāo)。新方法TRIS是根據(jù)來(lái)自于時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡各個(gè)單元的回傳輻射信號(hào)在成像區(qū)域的像素點(diǎn)上是否同時(shí)到達(dá)波形最大值，即回傳輻射信號(hào)的同步性，來(lái)定位成像目標(biāo)。

3、由于成像所依據(jù)的原理不同，TRIS方法帶來(lái)了一些相比于其它時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法的優(yōu)勢(shì)，包括：計(jì)算過(guò)程在全時(shí)域中進(jìn)行，在超寬帶工作條件下，相比于頻域時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法，計(jì)算效率大大提升；不需要考慮從發(fā)射單元到成像區(qū)域的傳播過(guò)程（格林函數(shù)），使得被動(dòng)探測(cè)易于執(zhí)行；在主動(dòng)探測(cè)中，只需要使用一個(gè)發(fā)射單元就能定位多個(gè)目標(biāo)，減少了所需的測(cè)量數(shù)據(jù)，使算法執(zhí)行更簡(jiǎn)單易操作；在成像性能上，TRIS方法具有優(yōu)良的分辨率，解決了傳統(tǒng)成像方法中不同遠(yuǎn)近目標(biāo)成像效果的

4、差異問(wèn)題，以及擴(kuò)展介質(zhì)目標(biāo)由于聚焦時(shí)刻難于確定而影響成像準(zhǔn)確性的問(wèn)題。但是隨著探測(cè)目標(biāo)數(shù)量的增加，TRIS方法中的參數(shù)設(shè)置應(yīng)相應(yīng)地改變，即增加子陣單元數(shù)、降低子陣列數(shù)，這可能造成成像分辨率的下降。為解決這個(gè)缺陷，我們將頻率采樣的傳輸矩陣奇異值分解和 TRIS方法相結(jié)合，形成了改良的 TRIS方法，稱之為基于頻率采樣矩陣分解和時(shí)間同步性的的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法（Frequency-Frequency Multistatic Data Matr

5、ix and TRIS:FF-MDM-TRIS），該方法能夠?qū)⒍嗄繕?biāo)探測(cè)近似地分解為多個(gè)單目標(biāo)探測(cè)，從而充分發(fā)揮TRIS方法的優(yōu)點(diǎn)。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的研究背景和發(fā)展動(dòng)態(tài)，特別是在成像領(lǐng)域中的發(fā)展情況；闡述了時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)的基本理論，總結(jié)了現(xiàn)今主要的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法，并結(jié)合算例分析了它們的優(yōu)缺點(diǎn)，為后面新方法的提出做好鋪墊。⑵提出了新的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法：基于同步性的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法(Time Revers

6、al Imaging based on Synchronism:TRIS)。首先，在二維標(biāo)量場(chǎng)情況下推導(dǎo)出時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的回傳輻射信號(hào)在目標(biāo)處具有同步性，隨后給出基于同步性的二維時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法的實(shí)現(xiàn)步驟，并結(jié)合仿真實(shí)例驗(yàn)證了該方法的有效性和良好性能；然后，在三維矢量場(chǎng)情況下推導(dǎo)出時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡的回傳輻射信號(hào)在目標(biāo)處的同步性，隨后給出基于同步性的三維目標(biāo)時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法的實(shí)現(xiàn)步驟，并結(jié)合三維仿真實(shí)例驗(yàn)證了該方法的成像性能，并通過(guò)和其它時(shí)間反轉(zhuǎn)成

7、像方法的對(duì)比，體現(xiàn)了TRIS方法的優(yōu)勢(shì)。⑶隨著探測(cè)區(qū)域中目標(biāo)數(shù)量的增多，TRIS方法中的時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡分組設(shè)置中子陣列單元數(shù)量會(huì)相應(yīng)地增多，子陣列數(shù)量就會(huì)減少，于是成像分辨率會(huì)隨之下降。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們將頻率采樣傳輸矩陣的奇異值分解和TRIS方法結(jié)合，得到改進(jìn)后的時(shí)間反轉(zhuǎn)成像方法FF-MDM-TRIS：對(duì)時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡記錄的散射信號(hào)進(jìn)行頻率采樣得到傳輸矩陣，對(duì)該矩陣進(jìn)行奇異值分解可以將每一個(gè)目標(biāo)的散射信號(hào)從記錄的總散射信號(hào)中分離出來(lái)，將分離