微波凝視關(guān)聯(lián)成像的信息處理方法與仿真.pdf

1、微波凝視關(guān)聯(lián)成像是指利用位于靜止平臺(tái)的雷達(dá)對(duì)固定區(qū)域進(jìn)行成像，其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)特定區(qū)域的連續(xù)凝視觀測(cè)和成像。傳統(tǒng)的凝視成像，也即實(shí)孔徑成像，其角度分辨率受實(shí)際天線陣列孔徑的約束，限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。因此研究一種既能實(shí)現(xiàn)凝視成像，又能突破傳統(tǒng)孔徑限制的角分辨率的成像系統(tǒng)，對(duì)于開拓成像雷達(dá)的應(yīng)用范圍具有重要意義。
　　 論文研究一種全新的基于時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)的微波凝視關(guān)聯(lián)成像體制，通過構(gòu)造時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)，繼而獲得更多的對(duì)目標(biāo)信

2、息的觀測(cè)樣本，最后聯(lián)合接收回波與演算所得的輻射場(chǎng)做關(guān)聯(lián)處理，實(shí)現(xiàn)波束內(nèi)的目標(biāo)分辨。論文的第一部分工作首先從物理過程出發(fā)，利用時(shí)域電磁推導(dǎo)方法，初步建立了微波凝視關(guān)聯(lián)成像的數(shù)學(xué)模型，對(duì)比了分析傳統(tǒng)輻射場(chǎng)和時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)的區(qū)別。從成像系統(tǒng)自由度和最優(yōu)分辨兩個(gè)角度提出利用輻射場(chǎng)的有效特征值個(gè)數(shù)來表征輻射場(chǎng)的時(shí)空兩維隨機(jī)性。最后根據(jù)上述理論分析，提出了一種基于隨機(jī)跳頻實(shí)現(xiàn)隨機(jī)輻射場(chǎng)的方法。
　　 由于輻射場(chǎng)的時(shí)空兩維隨機(jī)特性，因此不

3、同于傳統(tǒng)的直接成像方式，這里需要聯(lián)合演算所得的時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)和接收的散射回波做信息處理才能獲得反演的目標(biāo)圖像。另外，復(fù)雜的多收發(fā)陣列結(jié)構(gòu)也使得許多現(xiàn)有成像算法難以直接應(yīng)用到微波凝視關(guān)聯(lián)成像的信息處理中。論文的第二部分工作將微波凝視關(guān)聯(lián)成像的信息處理看作一個(gè)逆散射問題的求解，提出了基于Gram-Schmidt正交化的信息處理方法，其先對(duì)輻射場(chǎng)進(jìn)行Gram-Schmidt正交化處理，再與回波做相關(guān)運(yùn)算得到反演結(jié)果。為了解決有噪情況下反演

4、的不適定性問題，提出了基于TSVD、Tikhonov、Total Variation正則化的信息處理方法，最后通過仿真驗(yàn)證了所提信息處理方法的有效性。
　　 論文第三部分針對(duì)稀疏目標(biāo)場(chǎng)景，研究基于壓縮感知(compressive sensing，CS)的信息處理方法。在已知目標(biāo)的稀疏先驗(yàn)信息情況下，可以利用較少的輻射場(chǎng)樣本與相應(yīng)回波做信息處理就可以獲得更高的空間分辨率。論文首先對(duì)CS數(shù)學(xué)模型和微波凝視關(guān)聯(lián)成像模型進(jìn)行細(xì)致的對(duì)比分

5、析，指出現(xiàn)有的CS重建算法應(yīng)用于微波凝視關(guān)聯(lián)成像的信息處理時(shí)會(huì)存在散射點(diǎn)的Off-Grid誤差問題。針對(duì)該問題，論文從貪婪迭代求解和Bayesian統(tǒng)計(jì)優(yōu)化兩個(gè)角度分別提出了基于迭代L(0)范數(shù)的最小二乘成像算法和基于迭代最大后驗(yàn)的稀疏自適應(yīng)校正反演算法，仿真驗(yàn)證了所提算法的有效性。
　　 論文的前三部分工作都是針對(duì)凝視成像區(qū)域內(nèi)只有靜止目標(biāo)的情況，第四部分工作則研究運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的微波凝視關(guān)聯(lián)成像信息處理方法。首先分析了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)前