单接收天线非扫描微波成像研究

The idea of this project is to study how to use the single receive antenna with the non- scanning mode to get target information from scattered fields in microwave band. Due to dielectric and metal objects will produce scattered in the electromagnetic fields, the structure properties of the scattered fields would contain information of the object. If the object is exposed to series electromagnetic fields which have known characteristics of random distribution and low correlation, a fixed single receiving antenna may be used to measure. After obtaining a sufficient number of measurement data, the multiple correlation calculations can be performed. Then, a single antenna can get the super-resolution information of the target. This method is still in its primary stage in the microwave research field, so many difficulties need to be overcome. In this project, the implementation issues for such single receive antenna imaging system and three-dimensional imaging method will be researched. Because traditional electromagnetic imaging use the spatial scanning or antenna array beam scanning methods, the application is limited when the phase scanning and space scanning can not be used. The method of this project can avoid moving the antenna or the complexity antenna array, which can be used in electromagnetic detection, medical imaging, radar and other civilian and military fields.

本项目研究微波频段单接收天线以非扫描的方式从散射场获取目标特性的新方法。由于各种介质和金属物体在电磁场中会产生散射作用，其散射场包含了物体的结构特性信息。将已知特性的多组相关度很低的随机电磁场照射在物体上，可以过单个位置固定的接收天线接收。在获取足够多测量数据后，经过入射场与散射场的多次相关性计算后可提取散射物体的轮廓和表面信息,从而只用单天线进行超出辐射场波长分辨率的目标信息。此方法目前在微波领域的研究还在起步阶段，本项目从单接收天线成像的实现问题以及获取目标的三维信息方面进行研究。对于传统电磁成像需要接收天线进行空间扫描或采用天线阵进行波束扫描，在无法进行空间和相位扫描的场合其应用受到制约。本项目研究的方法不需移动探测天线并避免了复杂接收天线阵，可应用于电磁探测、医学成像以及雷达成等民用和军事领域。

不同于传统成像需要传感器矩阵或者单传感器空间扫描的方式，本项目研究了微波频段单接收天线以非扫描的方式从散射场获取目标特性的新方法。本项目首先通过压缩感知理论来分析单接收天线非扫描微波成像问题，获得了适合单接收天线非扫描微波成像的理论算法。其次，本项目提出了基于随机辐射平面口径宽带发射天线的单天线接收微波探测的方法，利用超材料天线罩实现了宽带色散辐射场形成了基于超材料口径天线的压缩感知无线定位系统。第三本项目研究了基于窄带随机多波束照射天线阵的单天线接收微波成像的方法，设计了一种可产生窄带随机辐射场的天线阵列，它通过可调移相器实现天线单元间的随机相位组合来得到可控的随机辐射场，并在此基础上设计并实现了单频随机照射成像实验系统。本项目还拓展相关研究方法的更多应用，基于单接收天线非扫描微波成像方法进行了微波隔墙成像的研究，得到了基于压缩感知的高效微波隔墙成像方法。通过本项目的研究，获得的成果可以实现单接收天线凝视成像，根据工作频段的不同可以用于近距离和远距离的目标定位和成像。它不需移动探测天线并避免了复杂接收天线阵，降低了相关系统的实现复杂度，因此在目标探测、医学成像以及新体制雷达等民用和军事领域有很大的应用潜力。