超宽带虚拟孔径雷达隐蔽目标成像研究

The combination of ultrawideband technology and radar imaging technology can obtain the high-resolution image of concealed target, which can be used in not only non-war military operations, i.e. anti-terrorism, but also reconnaissance and surveillance of battle fields, and thus have valuable civil and military applications. Nowadays, the synthetic aperture technology is usually adopted in radar imaging, which has two prominent problems of singleness of imaging mode and poor quality of imagery for concealed target imaging and detection. The virtual aperture technology, based on the multiple-input multiple-output (MIMO) theory, can solve the aforementioned problems of the synthetic aperture technology. Fistly, in this proposal the imaging problems of concealed target are studied from the ultrawideband technology and the virtual aperture technology, where the ultrawideband virtual apertur imagng model is built and the configuration of ultrawideband MIMO array is optimized. Secondly, the ultrawideband virtual aperture penetrating imaging algorithm is studied, which compensates the influence of refraction and dispersion of electromagnetic wave on concealed target imaging. Finally, simulation and real data are used to validate and improve the optimization method of array configuration and the penetrating imaging algorithm. It is desired to answer the scientific question of how to obtain the high-quality radar image of concealed target from the two aspects of measurement conditions and data processing methods. It will build foundation to improve the detection performance of concealed target and push forward the progress of the utilization of ultrawideband virtual aperture imaing system in reality.

超宽带技术和雷达成像技术相结合能够获得隐蔽目标的高分辨图像，不仅可以用于反恐等非战争军事行动，还可以用于战场侦查与监视，具有极高的民用和军用价值。目前，雷达成像通常采用合成孔径技术，对于隐蔽目标成像探测而言，存在成像模式单一和成像质量不高两个突出问题。采用基于多输入多输出（MIMO）原理的虚拟孔径技术能够解决合成孔径技术面临的上述问题。本项目首先从超宽带技术和虚拟孔径技术着手研究隐蔽目标成像问题，建立超宽带虚拟孔径成像模型，优化超宽带MIMO阵列配置方式，然后研究超宽带虚拟孔径穿透成像算法，补偿电磁波在多层介质传播中的折射和色散对隐蔽目标成像的影响，最后通过仿真和实测数据处理验证和完善阵列配置方法和穿透成像算法，争取从测量条件和数据处理两个方面回答"如何获取高质量的隐蔽目标雷达图像"的科学问题，为提高隐蔽目标探测性能奠定基础，推动超宽带虚拟孔径成像系统实用化进程。

超宽带技术和雷达成像技术相结合能够获得隐蔽目标的高分辨图像，不仅可以用于反恐等非战争军事行动，还可以用于战场侦查与监视，具有极高的民用和军用价值。针对超宽带雷达隐蔽目标成像中亟待解决的成像模式单一和成像质量不高两个突出问题，从超宽带技术和虚拟孔径技术着手研究隐蔽目标成像问题。分别开展了超宽带MIMO阵列配置优化和超宽带虚拟孔径穿透成像方法研究，并利用构建的超宽带虚拟孔径雷达穿透成像实验平台对提出的方法进行了验证。.在超宽带MIMO阵列配置优化方面，首先建立了超宽带虚拟孔径成像模型，分别从时域和波数域推导了端发多收超宽带虚拟孔径线阵的方位分辨率，验证了成像模型的正确性。然后提出了基于等效协同阵和基于粒子群优化两种阵列优化配置方法。基于等效协同阵的优化方法先根据成像分辨率等指标设计协同阵，然后根据收发阵元数量设计与协同阵等效的MIMO阵列。基于粒子群的阵列优化方法将阵元位置作为粒子位置，在给定阵元个数、阵列孔径等约束下优化分辨率等指标，实现阵列的配置优化。针对优化设计得到的超宽带MIMO阵列存在旁瓣较高的问题，提出了一种基于CLEAN的旁瓣抑制方法，有效提高了图像质量。.在超宽带虚拟孔径穿透成像方法方面，建立了多层介质穿透回波模型，定量分析介质穿透对目标聚焦和定位的影响。以穿墙成像为应用示范，提出了一种图像域墙体影响补偿方法，仅需利用常规虚拟孔径成像算法进行一次成像处理，将介质参数估计有机融入整个成像流程中，能够获得较高的成像效率和补偿精度。进而针对阵列倾斜于墙体的情况，提出了基于时延信息的墙体参数估计方法，该方法不需要调整阵列位置等额外操作，也不需要重复成像及墙后特定目标的辅助。为了获取穿墙成像需要的环境信息，提出了基于图理论中最小生成树的建筑物结构布局重构算法。针对稀疏场景，提出了三维电磁波穿透传播模型，及其压缩感知穿透成像方法，能提供优于传统成像方法的分辨率。.基于本项目研究成果，出版学术专著2部，申请专利3项。在国内核心期刊和国际会议上发表论文34篇，其中SCI 16篇、EI检索32篇，包括在IEEE TGRS等国际期刊上发表高水平论文5篇。培养博士研究生4名，硕士研究生7名。