基于時間反轉(zhuǎn)的雷達目標(biāo)成像方法研究.pdf

1、時間反轉(zhuǎn)技術(shù)是將接收單元記錄的輻射信號或者散射信號在時域中進行一種逆序操作，即先進后出的方式，然后將經(jīng)過逆序操作的信號從相應(yīng)的接收單元回傳輻射至原輻射區(qū)域或者散射區(qū)域，則回傳輻射信號會自適應(yīng)地在輻射源或者散射體處空時能量聚焦。這種對環(huán)境自適應(yīng)的空時聚焦特性使得時間反轉(zhuǎn)技術(shù)在探測、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間反轉(zhuǎn)技術(shù)在成像領(lǐng)域的應(yīng)用，在對現(xiàn)今主要的時間反轉(zhuǎn)成像方法總結(jié)比較的基礎(chǔ)上，進行了擴展、提高和創(chuàng)新，

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

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

4、差異問題，以及擴展介質(zhì)目標(biāo)由于聚焦時刻難于確定而影響成像準(zhǔn)確性的問題。但是隨著探測目標(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間同步性的的時間反轉(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)探測近似地分解為多個單目標(biāo)探測，從而充分發(fā)揮TRIS方法的優(yōu)點。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴介紹了時間反轉(zhuǎn)技術(shù)的研究背景和發(fā)展動態(tài)，特別是在成像領(lǐng)域中的發(fā)展情況；闡述了時間反轉(zhuǎn)技術(shù)的基本理論，總結(jié)了現(xiàn)今主要的時間反轉(zhuǎn)成像方法，并結(jié)合算例分析了它們的優(yōu)缺點，為后面新方法的提出做好鋪墊。⑵提出了新的時間反轉(zhuǎn)成像方法：基于同步性的時間反轉(zhuǎn)成像方法(Time Revers

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

7、像方法的對比，體現(xiàn)了TRIS方法的優(yōu)勢。⑶隨著探測區(qū)域中目標(biāo)數(shù)量的增多，TRIS方法中的時間反轉(zhuǎn)鏡分組設(shè)置中子陣列單元數(shù)量會相應(yīng)地增多，子陣列數(shù)量就會減少，于是成像分辨率會隨之下降。為解決這個問題，我們將頻率采樣傳輸矩陣的奇異值分解和TRIS方法結(jié)合，得到改進后的時間反轉(zhuǎn)成像方法FF-MDM-TRIS：對時間反轉(zhuǎn)鏡記錄的散射信號進行頻率采樣得到傳輸矩陣，對該矩陣進行奇異值分解可以將每一個目標(biāo)的散射信號從記錄的總散射信號中分離出來，將分離