近場高分辨三維SAR成像理論與方法研究

《近場高分辨三維SAR成像理論與方法研究》是依託電子科技大學,由皮亦鳴擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：近場高分辨三維SAR成像理論與方法研究
• 依託單位：電子科技大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：皮亦鳴

項目摘要

近場高分辨三維SAR成像是當前雷達成像領域的研究熱點，針對近場三維SAR成像研究中系統結構和成像算法上存在的不足，本課題研究從近場三維SAR成像機理出發，結合SAR成像原理以及電磁波近場測量理論，建立近場高分辨三維SAR成像回波模型。運用電磁波譜理論分析方法，將近場條件下SAR回波模型中由球面波函式構成的指數項變換為平面波疊加的形式，繼而建立近場三維SAR數學模型。提出了採用圓周合成孔徑單天線的系統結構模型對目標進行全方位掃描，同時採用基於球面波的格林函式傅立葉分析方法來實現對近場目標的高分辨三維成像。基於數據分割和圖像拼接理論提出了子孔徑數據分割方法和重疊子孔徑圖像拼接技術，並通過計算機仿真，驗證三維成像算法的有效性。開展本課題研究工作，有望在近場三維SAR成像理論、系統結構和成像算法方面獲得創新性成果，並推動近場三維SAR成像技術在安檢、反恐等領域的工程套用。

結題摘要

三維 SAR 成像技術是在傳統二維 SAR 成像基礎上發展起來的，該技術不僅具有傳統 SAR 可全天時、全天候工作的獨特優點，而且其三維成像能力避免了三維場景空間投影到二維平面造成的圖像模糊問題。近場三維 SAR 成像技術可用於室內物品和人體的三維成像、隱藏物品探測、地質勘探、考古、城市建設、交通、軍事等領域。項目針對近場三維SAR成像，主要開展了以下幾個方面的研究：1.分析近場三維SAR成像機理並建立近場三維SAR成像模型；2.近場三維SAR成像處理算法；3.近場三維SAR成像仿真驗證。為了獲得三維雷達圖像，寬頻雷達運動產生的合成孔徑須是二維的，即在高度向和方位向都形成合成孔徑。結合信號接收方式和雷達收發方式考慮，圓周合成孔徑雷達可以在不增加雷達接收複雜度的條件下實現目標區域的三維成像。項目在分析圓周合成孔徑近場回波模型基礎上，提出了基於球面波分解的圓周合成孔徑三維成像算法。利用球面波分解理論，將近場條件下球面波轉化為平面波的疊加，降低了算法複雜度。同時，從目標重建的推導過程中分析了該算法與基於信號相干累加的後向投影算法、聚焦因子算法的異同點。基於算法分析開展了仿真驗證，結果表明，三種算法都可以對近場目標進行較好的三維重構，另外，聚焦因子算法可以獲得最低的峰值旁瓣比和最高的成像解析度；而基於球面波分解的成像算法所需運算時間最短。通過開展近場三維SAR成像研究，有助於推動近場成像技術的發展，對該技術進入實用階段起到了促進作用。