超寬頻虛擬孔徑雷達隱蔽目標成像研究

《超寬頻虛擬孔徑雷達隱蔽目標成像研究》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由金添擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：超寬頻虛擬孔徑雷達隱蔽目標成像研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：金添
• 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學

中文摘要

超寬頻技術和雷達成像技術相結合能夠獲得隱蔽目標的高分辨圖像，不僅可以用於反恐等非戰爭軍事行動，還可以用於戰場偵查與監視，具有極高的民用和軍用價值。目前，雷達成像通常採用合成孔徑技術，對於隱蔽目標成像探測而言，存在成像模式單一和成像質量不高兩個突出問題。採用基於多輸入多輸出（MIMO）原理的虛擬孔徑技術能夠解決合成孔徑技術面臨的上述問題。本項目首先從超寬頻技術和虛擬孔徑技術著手研究隱蔽目標成像問題，建立超寬頻虛擬孔徑成像模型，最佳化超寬頻MIMO陣列配置方式，然後研究超寬頻虛擬孔徑穿透成像算法，補償電磁波在多層介質傳播中的折射和色散對隱蔽目標成像的影響，最後通過仿真和實測數據處理驗證和完善陣列配置方法和穿透成像算法，爭取從測量條件和數據處理兩個方面回答如何獲取高質量的隱蔽目標雷達圖像的科學問題，為提高隱蔽目標探測性能奠定基礎，推動超寬頻虛擬孔徑成像系統實用化進程。

結題摘要

超寬頻技術和雷達成像技術相結合能夠獲得隱蔽目標的高分辨圖像，不僅可以用於反恐等非戰爭軍事行動，還可以用於戰場偵查與監視，具有極高的民用和軍用價值。針對超寬頻雷達隱蔽目標成像中亟待解決的成像模式單一和成像質量不高兩個突出問題，從超寬頻技術和虛擬孔徑技術著手研究隱蔽目標成像問題。分別開展了超寬頻MIMO陣列配置最佳化和超寬頻虛擬孔徑穿透成像方法研究，並利用構建的超寬頻虛擬孔徑雷達穿透成像實驗平台對提出的方法進行了驗證。 在超寬頻MIMO陣列配置最佳化方面，首先建立了超寬頻虛擬孔徑成像模型，分別從時域和波數域推導了端發多收超寬頻虛擬孔徑線陣的方位解析度，驗證了成像模型的正確性。然後提出了基於等效協同陣和基於粒子群最佳化兩種陣列最佳化配置方法。基於等效協同陣的最佳化方法先根據成像解析度等指標設計協同陣，然後根據收發陣元數量設計與協同陣等效的MIMO陣列。基於粒子群的陣列最佳化方法將陣元位置作為粒子位置，在給定陣元個數、陣列孔徑等約束下最佳化解析度等指標，實現陣列的配置最佳化。針對最佳化設計得到的超寬頻MIMO陣列存在旁瓣較高的問題，提出了一種基於CLEAN的旁瓣抑制方法，有效提高了圖像質量。 在超寬頻虛擬孔徑穿透成像方法方面，建立了多層介質穿透回波模型，定量分析介質穿透對目標聚焦和定位的影響。以穿牆成像為套用示範，提出了一種圖像域牆體影響補償方法，僅需利用常規虛擬孔徑成像算法進行一次成像處理，將介質參數估計有機融入整個成像流程中，能夠獲得較高的成像效率和補償精度。進而針對陣列傾斜於牆體的情況，提出了基於時延信息的牆體參數估計方法，該方法不需要調整陣列位置等額外操作，也不需要重複成像及牆後特定目標的輔助。為了獲取穿牆成像需要的環境信息，提出了基於圖理論中最小生成樹的建築物結構布局重構算法。針對稀疏場景，提出了三維電磁波穿透傳播模型，及其壓縮感知穿透成像方法，能提供優於傳統成像方法的解析度。 基於本項目研究成果，出版學術專著2部，申請專利3項。在國核心心期刊和國際會議上發表論文34篇，其中SCI 16篇、EI檢索32篇，包括在IEEE TGRS等國際期刊上發表高水平論文5篇。培養博士研究生4名，碩士研究生7名。