太赫兹合成孔径雷达成像运动补偿算法

合成孔径雷达(SAR)成像理论分析和工程经验表明当雷达平台的运动误差幅度达到亚波长量级时,会影响图像的聚焦质量。相对传统微波SAR,太赫兹合成孔径雷达(THz-SAR)工作在波长更短的太赫兹频段,对搭载雷达平台的稳定性要求更苛刻,需要达到微米级的控制和测量精度,目前的平台控制和测量技术还不能满足要求。该文提出一种基于回波数据的THz-SAR成像运动补偿算法,通过惯性测量单元输出的姿态信息完成由运动误差引起的距离徙动的校正,结合天线方向图和粗聚焦图像中特显点的最大幅值估计最优位置并构建理想回波。利用实际回波和理想回波数据提取由平台运动误差引起回波的相位误差并进行补偿,有效地实现了THz-SAR高分辨率成像。采用中心频率0.2 THz的SAR系统进行室外车载实验,对目标进行2维高分辨成像,得到角反射器和金属条的SAR图像。实验结果验证了所提运动补偿算法的正确性和有效性。     

基于ISAR技术的太赫兹目标RCS测量

对目标RCS的研究主要包括电磁计算与基于成像的测量方法.由于受到计算机内存与运行时间的限制,电磁计算方法难以在太赫兹波段得到广泛应用.在基于图像的测量中常使用逆合成孔径雷达成像技术.后向散射算法(BP)常用于目标的反射图的重建.由于BP算法不能在图像中反映太赫兹波段目标显著的角闪烁现象,因此,使用子孔径成像技术对太赫兹目标RCS进行测量,并进行了仿真验证所提出算法的有效性.     

太赫兹ISAR成像系统误差校正算法

针对非线性系统误差对太赫兹雷达成像质量的影响,提出一种最小熵系统误差校正算法。在实测的太赫兹逆合成孔径雷达成像实验中,非线性误差会对回波相位产生影响,从而使得脉压后的距离像能量分散,进而降低成像质量。经过对误差形式的理论分析,建立一维距离像的相位误差补偿模型,并基于最小熵的优化准则迭代校正此系统误差。实验结果表明,与基于参考点目标的方法相比,所提方法自适应性更强,且具有更好的校正效果。     

太赫兹相位成像技术的研究

作为太赫兹技术的一个重要研究及应用方向,太赫兹成像有着其他成像方法所不具备的独特优势.太赫兹成像有着多种方法,本文中针对其中的多波长相位成像方法,进行了相关研究.     

太赫兹频段的近程ISAR成像系统

介绍了一种THz频段的近程逆向合成孔径雷达(ISAR)成像系统.该系统采用EIO作为THz功率源,工作频率345 GHz,探测距离5～20 km,探测精度可达3.75 m,并具有较小的波束宽度、较高的分辨率和突出的抗干扰能力.在此基础上,对ISAR成像系统的技术指标进行分析.包括天线增益与探测距离和雷达发射功率之间的关系.该近程ISAR成像系统,可以进一步改进低空目标探测技术,未来随着太赫兹技术的发展,将会在低空探测和近程反导方面得到广泛应用.     

基于Simulink的太赫兹SAR成像算法仿真

高分辨成像是合成孔径雷达的主要功能之一。为对即将搭建的某多频段复用太赫兹雷达成像系统进行验证,以距离徙动算法为例,用Matlab/Simulink对一个载频675 GHz、带宽20 GHz的太赫兹雷达系统进行了二维成像仿真,设计了基于 Simulink 的回波生成、距离压缩和快速傅里叶变换等模块,得到了高分辨率的目标二维像。仿真结果与设计的目标和场景一致,验证了仿真系统的正确性。最后对仿真结果存在问题进行了改进和分析。     

太赫兹时域雷达成像研究

该文在太赫兹时域雷达基础上,通过改进后的后向投影(BP)算法对多种模型进行了系统的成像研究,验证了散射太赫兹时域信号的成像机制.成像结果显示实验实现了分辨6mm的空间间隔;同时理论计算证明太赫兹时域雷达具有0.125mm的横向和0.125mm的纵向分辨率潜力.该文还对后向投影算法所产生的环形中心增强现象进行了分析讨论,并讨论了成像背景圆环的原因与抑制方法.      

太赫兹二维成像技术研究进展

太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术,包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术,综述各类成像技术的研究背景,分析了具体的成像方法和成像结果,总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。     

低损耗太赫兹波导及其成像应用

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0. 1 THz处低损耗的太赫兹波导,其理论损耗低至0. 012 cm~(-1).然后使用3D打印技术制备波导实物,实验测得其损耗为0. 015 3 cm-1,波导末端光束发散角为6±0. 5°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置,分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像,在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.     

太赫兹近场成像雷达系统误差补偿方法

太赫兹成像雷达具有合成孔径时间短、分辨力高的优点,适用于近场探测,但由于器件成熟度相对不高,雷达系统常存在较大的系统失真,会降低信号质量;同时,系统固有延时的存在会引起距离测量误差,二者均会恶化雷达成像的质量。针对系统失真和固有延时,提出了最小二乘法估计的幅相误差补偿方法和固有延时补偿方法,并给出了系统误差的测量方法。试验测试结果表明,用该方法对系统进行补偿后能有效提高图像空间分辨力,改善图像质量。     

适于双站SAR的后向投影高分辨率成像算法

为了研究在双站合成孔径雷达中直达波对成像分辨率的影响,提出基于后向投影的直达波消除高分辨率成像算法。首先,分析直达波的波达时间,获取收发端的距离信息及直达波的空间电磁分布;其次,分析电磁波历经多目标的成像空间后的接收信号(包含目标的反射回波及直达波);最后,分析此时空间的成像谱,并减去先验得到的直达波空间电磁分布,从而提高成像分辨率。研究表明:所提方法,不仅得到目标清晰的像,还适应不同接收器排布的情况,提高双站SAR系统成像分辨率的同时,还增加系统的应用灵活性。并在噪声中表现出良好的分辨率特性。     

0.67 THz ISAR成像雷达收发链路设计

介绍了一种工作频率为0.67 THz的逆合成孔径雷达(ISAR)成像系统,该系统作用距离为2 m~8 m,成像分辨力1 cm×1 cm,采用收发分开的天线,发射信号形式为宽带线性调频连续波信号,可应用于安检和无损检测等多个领域。给出了其收发链路的设计方案,对作用距离、发射功率、信号相噪、分辨率、接收灵敏度、接收增益等指标进行了具体论证,并对收发链路各功能模块的组成结构进行了详细描述,为后续开展成像雷达系统的整机研制工作提供理论基础和技术支持。     

逆合成孔径雷达图像仿真研究

实现了从目标建模、散射计算到雷达图像仿真的全过程.首先使用AutoCAD软件对目标建模并进行三角面元离散,采用反方向光学射线追踪技术进行消隐,以物理光学近似理论计算目标的后向散射,最后利用逆合成孔径雷达成像方法得到了目标的雷达仿真图像.球体的计算结果验证了物理光学的正确性,坦克和飞机模型的仿真成像结果与实验结果和CAD模型的对比进一步证实了目标仿真成像系统的有效性.     

基于MIMO的ISAR成像算法研究

基于RD算法的ISAR成像在实际应用中由于很多复杂的因素导致可利用的成像积累时间短,有可能达不到所要求的方位向分辨率。在此研究了几种不同情况下,结合MIMO技术对同一目标ISAR成像的算法。它采用多个收发雷达对同一目标发射一组射频信号,通过对接收到的回波信号进行匹配滤波实现距离像压缩,将不同雷达接收到的距离像进行选取、插值、组合,最后对组合后数据进行方位向多普勒分辨成像。理论推导以及仿真实验结果证明,该方法在不同情况下都可以在达到方位向分辨率的前提下,缩短成像所需时间,或者在确保成像时间的前提下,提高成像的分辨率。这样缩短成像时间的方法扩大了ISAR成像的应用范围,提高了ISAR成像效果。     

改进的均值滤波算法在太赫兹成像中的应用

研究被动太赫兹图像的降噪算法,提出了一种改进的均值滤波算法,在原有均值滤波算法的基础上加入了阈值的概念,由被动太赫兹扫描成像的技术特点确定了滤波模块的形状,并根据图像评价参数信息熵确定了滤波模板的最佳尺寸。实验表明该算法对于被动太赫兹图像具有良好的降噪效果,可以在保留成像目标信息的基础上滤除图像背景中的噪声。该算法提高了图像质量,增加了对隐匿物的辨别能力,从而为被动太赫兹成像技术在安检工作中的应用提供了必要的保证。     

基于SRMF和序列CLEAN的空间碎片ISAR成像算法

针对太空碎片围绕其主轴进行高速自旋运动的特点,利用单距离匹配滤波（Single Range Matching Filtering,SRMF） 方法可以实现小尺寸太空碎片的逆合成孔径雷达成像。通过相干CLEAN技术的引入,SRMF-CLEAN算法可有效地解决傅里叶变换带来的高旁瓣问题。然而在低信噪比情况下,利用SRMF-CLEAN成像方法提取的散射点位置误差偏大,甚至某些弱散射点无法被提取;当散射点距离较近时,该算法提取的散射点中存在虚假散射点的情况。针对此,提出了一种改进的SRMF-CLEAN成像方法,该方法利用序列CLEAN技术可以有效地解决高旁瓣、虚假散射点问题。仿真实验结果验证了新方法的有效性。     

基于压缩感知的ISAR高分辨成像算法

针对 ISAR 在短孔径条件下存在的方位向分辨率低、易受噪声干扰等问题,基于压缩感知理论,提出了一种适用于短孔径时间模式下的基于压缩感知的ISAR方位向高分辨成像算法--PH-SL0算法。该算法首先构建部分随机化哈达玛矩阵作为量测矩阵,PH 矩阵具有重构精度高、重构需要量测个数少的优点;然后将运算速度快、重构精度高且稳健性好的平滑0-范数法（SL0, smoothed L0-norm）推广应用到雷达复数域进行信号重构,实现 ISAR的横向高分辨成像;最后对在短 CPI条件下提出的 PH-SL0算法的横向分辨率问题进行了理论分析。仿真和实测数据结果表明,所提算法具有更高的聚焦性能、分辨率以及较好的抗噪性能。     

Three-dimensional ISAR imaging of maneuvering targets using threereceivers

The conventional ISAR image is a two-dimensional (2-D) projection of a three-dimensional (3-D) object surface. The image (projection) plane is related to the motion of a target with respect to the line of radar sight (LOS). In general, the image plane and the image scale in the cross range direction can not be determined by the traditional ISAR system with one receiver unless the target motion knowledge is known. In this paper, we propose a new ISAR system with three receivers. Using the three-receiver ISAR system, 3-D images of maneuvering targets can be generated, where the knowledge of the target motion is not required.     

用反投影滤波(BPF)算法实现CT图像的ROI重建

为了实现感兴趣区域(Region of Interest,ROI)的重建,本文使用了一种利用微分和有限希尔伯特变换的局部特性的反投影滤波(back projection filteration,BPF)算法。这种算法是一种理论上精确的ROI重建算法,首先对仅仅覆盖ROI区域的投影数据微分,然后反投影到ROI区域,最后沿着覆盖ROI区域的PI线做有限希尔伯特滤波得到ROI图像。仿真实验表明BPF算法和经典的滤波反投影(filtered back projection, FBP)算法的全局重建的精度基本相同,但本文算法可以实现精确的ROI重建,而FBP算法因不具有局部特性,不能实现ROI重建。本文在实现有限希尔伯特变换时,采用了加权希尔伯特变换的方法,有效地避免了图像两边的亮条伪像。