基於電磁散射理論的微波三維成像機理與算法研究

《基於電磁散射理論的微波三維成像機理與算法研究》是依託電子科技大學,由師君擔任醒目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於電磁散射理論的微波三維成像機理與算法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：師君

項目摘要

微波三維成像技術是指能獲取目標電磁散射係數在三維空間中分布的微波遙感技術。該技術可用於目標散射機理研究、雷達散射截面積測量及目標電磁特徵識別庫構建等領域。其基本原理是利用面陣天線獲得俯仰角/方位角分辨，並利用雷達測距獲得距離向解析度，最終實現對目標的三維成像。作為一種新興的微波成像技術，微波三維成像在成像機理和算法方面仍存在亟待解決的基礎性、關鍵性問題。.本課題針對微波三維成像技術中成像機理、高精度成像算法等基本性、關鍵性問題，以電磁散射理論中的電場方程及信號處理中的稀疏信號重建技術為切入點，開展微波三維成像機理及成像處理研究，建立精確的微波三維成像模型，提出高精度成像算法，完善微波三維成像理論。本課題的研究成果對於加深人們對微波三維成像技術的理解，拓展微波三維成像技術的套用廣度和深度具有重要意義。

結題摘要

微波三維成像技術是指能獲取目標電磁散射係數在三維空間中分布的微波遙感技術，可用於目標散射機理研究、雷達散射截面積測量及目標電磁特徵識別庫構建等領域。本課題研究主要圍繞微波三維SAR散射機理、稀疏成像方法和高效成像方法三個方面開展，並進一步將稀疏成像和高效GPU算法套用於分散式雷達組網多目標定位及SAR、干涉SAR成像處理方面。 在散射理論方面，課題組通過實測三維SAR數據處理，發現原有三維SAR工作模式的不足，提出固定發射三維SAR成像模式，設計相應的成像實驗，並對實驗結果進行分析，驗證了該模式對角反射器等目標成像的能力。在此基礎上，課題組利用電磁散射理論，對所提工作模式得到的三維SAR圖像散射機理進行解釋，並開展了基於三維SAR圖像的RCS反演技術研究。 在稀疏重建方面，課題組首先闡述了三維SAR圖像稀疏性的原因，為稀疏重建算法研究奠定基礎；其次，將現有稀疏重建方法套用於三維SAR稀疏重建，並分析各算法性能。在此基礎上，課題組分析現有稀疏重建方法不足，採用非凸最最佳化技術，提出了基於反正切函式的正則化方法和基於雙門限S型函式的正則化方法。與傳統的疊代加權最小二乘方法相比，課題所提出的方法受正則化參數影響更小，算法更加穩定。最後，課題組將三維SAR稀疏成像技術用於陣列三維SAR解析度增強及分散式雷達組網多目標定位問題，取得了較好的效果。 在高效成像方面，課題組從算法設計和平台最佳化兩方面入手，開展了高效三維SAR成像技術研究。算法最佳化設計方面，課題組提出了基於子孔徑逼近的成像算法。該方法利用三維SAR圖像的稀疏特性，通過對目標區域進行疊代估計，減少不必要的運算，提高數據處理效率，並通過實測數據處理驗證該方法的有效性。在平台最佳化方面，課題組研究了基於GPU並行化的三維SAR仿真成像技術，開發了相應的並行化仿真成像算法，大大提高了三維SAR研究效率，並將該技術和方法套用於傳統SAR和干涉SAR成像處理，取得了良好的效果。 通過上述內容的研究，課題組發表SCI論文5篇，核心期刊論文1篇，會議論文7篇，獲第二屆高解析度對地觀測學術年會青年創新基金論文獎1項，2013年電子科學技術與信息產業發展全國博士後學術論壇優秀論文1項，授權國家發明專利2項，培養碩士研究生2人。 本課題的研究成果對於加深人們對微波三維成像技術的理解，拓展微波三維成像技術的套用廣度和深度具有重要意義。