大观测角微波三维成像理论与技术研究

Microwave 3-D imaging technique is a novel microwave imaging system, which extracts the RCS of a scatter in the 3-D spatial domain by using the synthetic aperture technique or the antenna array. It has important research and application value in the fields of scattering mechanism, radar detection and identification and so on. As an emerging technique, microwave 3-D imaging is facing a series of fundamental problems to be overcome. For the problems of microwave 3-D imaging with wide observation angles, this project is to research its theory and technology, and to establish an imaging model based on steady-state surface electromagnetic flow and electromagnetic scattering mechanism, and to develop high resolution imaging methods with wide observation angles, and to solve these key problems such as scattering characteristics variation and side-lobe coupling, and to overcome the key problems in microwave 3-D imaging. Finally, it aims to establish the theory of microwave imaging with wide observation angles. This research will greatly deepen people's understanding of complex target electromagnetic scattering mechanism, and provide critical theoretical bases and technical supports for the application of microwave 3-D imaging technology and development.

微波三维成像技术是一种利用合成孔径技术或阵列天线实现三维空间目标电磁散射提取的微波成像新体制，在目标散射机理研究、雷达探测与识别等领域具有重要的研究和应用价值。作为一种新兴技术，微波三维成像面临着一系列亟待突破的难题。针对微波三维成像技术在大角度观测成像面临的诸多问题，本课题将开展大观测角微波三维成像理论与技术研究，结合目标电磁散射机理构建基于稳态表面电磁流的三维成像模型，研究大观测角的高精度三维成像方法，解决大观测角条件下目标散射系数空变、成像旁瓣串扰等关键问题，突破微波三维成像中的关键技术，最终建立大观测角微波三维成像理论。本课题的研究成果将大大加深人们对复杂目标电磁散射机理的理解，并为微波三维成像技术的应用和发展提供重要的理论基础和技术支持 。

微波三维成像面临着诸如在近场区大观测角条件下出现的散射空变现象如何补偿、微波三维图像中的旁瓣串扰如何抑制、目标散射特征在新体制微波三维成像如何解译等一系列亟待突破的难题。针对上述问题，本课题开展了大观测角微波三维成像理论与技术研究，设计并搭建了大观测角微波三维成像系统，确立了多种基于微波三维成像的散射反演理论模型，并开展了理论电磁数值仿真与实际散射测量对比研究。在大观测角微波三维成像的理论研究方面，课题组结合雷达成像理论和电磁散射理论，研究了目标三维电磁散射机理，解释了微波三维图像与经典雷达散射截面积的物理联系；在大观测角微波三维成像系统设计方面，课题组搭建了多种微波三维成像实验平台，开展了大观测角三维微波成像理论与技术的实测分析，加深了对微波三维成像理论及技术的了解，为后续研究目标散射特性提供了系统条件和数据支撑；在雷达散射截面积特性分析与测量方面，课题组分析了近场区大观测角条件下的目标散射系数空变问题对成像的影响，提出了解决方案和修正算法，实现了近区三维微波图像的电磁稳态，对简单目标达到了标准紧缩场测量的精度要求；在高精度三维微波图像处理方面，课题组针对微波三维成像中的旁瓣串扰问题，结合了压缩感知理论，有效抑制了成像结果中的旁瓣串扰问题，提高了图像精度。经过四年的研究，课题组按时完成了预定研究内容，发表了多篇国内外学术期刊，为将来基于微波三维成像的应用研究提供新颖的思路来源、重要的理论基础以及夯实的技术支持。