基于贝叶斯框架的编码孔径雷达认知成像与探测方法研究

The technique of real aperture radar three dimensional imaging is promising in the application fields which require microwave imaging and detection in short distance. Introducing the idea of cognitive radar into the real aperture radar imaging and optimizing the waveform of the transmit signal, the illumination pattern, and the signal processing algorithms based on the prior information of the target and environment will improve the performance of imaging and detection. The real aperture radar based on the principle of coded aperture imaging supports the realization of the cognitive imaging and detection. In this project, we will research on the following aspects: 1)the method of the prior information molding for the target and environment; 2)the algorithms of the coded aperture design for static target based on the prior information; 3)the algorithms of the coded aperture design for moving target based on the prior information; 4)the algorithms of the 3D recovery of the target and environment based on the prior information;5)the design of the coded aperture cognitive imaging and detection experiment system utilizing the metamaterial antenna, and the method of validation. To utilize the prior information effectively, we design the coded aperture and the recovery algorithm in the framework of Bayesian approach. We expect we can establish the theory and method of the coded aperture radar cognitive imaging and detection when this project is completed.

实孔径雷达三维成像在各种需要近距离微波成像探测的领域有着广泛的应用前景。将认知雷达的设计思想应用于实孔径雷达成像，即利用目标和环境的先验信息优化设计雷达的发射信号波形，辐射方向图和信号处理算法，可以提高雷达的成像探测性能。基于编码孔径成像原理的实孔径雷达成像系统支持利用目标和环境先验信息的认知成像探测。本项目的主要研究内容包括：1）目标和环境先验信息的建模方法；2）基于目标和环境先验信息的，针对静止目标成像探测的编码孔径设计方法；3）基于目标和环境先验信息的，针对运动目标成像探测的编码孔径设计方法；4）基于目标和环境先验信息的目标和环境三维重构算法；5)基于超材料天线的编码孔径认知成像探测实验系统设计和试验验证方法。为了有效利用目标和环境的先验信息，编码孔径的设计和目标与环境的重构都是在贝叶斯方法的框架下进行的。期望通过本项目的研究建立并完善编码孔径雷达认知成像探测的相关理论和方法。

成像系统是扩大人类视野，增强人类对物理世界理解能力的重要工具，因此长期以来一直受到广泛关注。微波成像系统是工作在微波频段(300MHz~300GHz)的成像系统。与光学成像系统相比，微波成像系统不受光的影响，天气对光学成像系统的影响要小于光学成像系统，并且微波还可以穿透一些对可见光不透明的物体。由于这些优点，微波成像已广泛用于环境和目标遥感，安全屏幕，自动驾驶，机场检查，安全检查，乳腺癌检测等领域。微波成像的优点是其波长比可见光和红外光的波长长得多，但是此功能也使微波成像系统的分辨率降低。众所周知，当给定波长时，孔径越大，成像系统的分辨率越高。因此，当确定波长时，必须增加成像系统的孔径以获得足够的分辨率。. 在过去的十年中，光学成像领域出现了一种新的成像方法，称为压缩传感成像。在压缩感知和计算成像技术发展的同时，超材料和超表面技术也在电磁场和光学领域迅速发展。超材料和超表面是由亚波长单位的周期性排列形成的人造电磁结构。特别是指二维超材料的超表面由于损失较少而比其他超材料更常用。根据广义斯涅尔定律，超表面可以灵活有效地调节电磁波的极化，振幅，相位，极化模式和传播模式。因此，超表面可以用于微波频带中的压缩感知计算成像。. 从信息论的角度来看，要成像的目标是成像系统的信息源。与通信系统中的源编码类似，如果在编码期间已知并使用了源的一些先验信息，则可以提高成像效率或图像质量。因此，只有通过传感装置和成像处理程序的共同优化，才能实现计算成像的真正潜力。. 本项目获得了基于超表面天线的编码孔径雷达成像理论，超表面天线设计方法、编码优化设计方法和认知成像方法，并搭建了基于超表面天线的编码孔径雷达认知成像实验系统，完成了实验验证。