基于时间反转的雷达目标成像方法研究

发布时间：2018-03-31 07:43

本文选题：时间反转成像　切入点：时域同步性　出处：《电子科技大学》2017年博士论文

【摘要】：时间反转技术是将接收单元记录的辐射信号或者散射信号在时域中进行一种逆序操作,即先进后出的方式,然后将经过逆序操作的信号从相应的接收单元回传辐射至原辐射区域或者散射区域,则回传辐射信号会自适应地在辐射源或者散射体处空时能量聚焦。这种对环境自适应的空时聚焦特性使得时间反转技术在探测、通信和医疗领域拥有巨大的应用潜力。本文的研究方向主要集中在时间反转技术在成像领域的应用,在对现今主要的时间反转成像方法总结比较的基础上,进行了扩展、提高和创新,提出了一种新的时间反转成像方法:基于时域同步性的时间反转成像法(Time Reversal Imaging based on Synchronism:TRIS)。现今主要的时间反转成像方法的成像结果都是成像区域中回传辐射信号的幅值在某一时刻的“快照”,即根据聚焦时刻成像区域中的幅值来定位成像目标。新方法TRIS是根据来自于时间反转镜各个单元的回传辐射信号在成像区域的像素点上是否同时到达波形最大值,即回传辐射信号的同步性,来定位成像目标。由于成像所依据的原理不同,TRIS方法带来了一些相比于其它时间反转成像方法的优势,包括:(1)计算过程在全时域中进行,在超宽带工作条件下,相比于频域时间反转成像方法,计算效率大大提升;(2)不需要考虑从发射单元到成像区域的传播过程(格林函数),使得被动探测易于执行;(3)在主动探测中,只需要使用一个发射单元就能定位多个目标,减少了所需的测量数据,使算法执行更简单易操作;(4)在成像性能上,TRIS方法具有优良的分辨率,解决了传统成像方法中不同远近目标成像效果的差异问题,以及扩展介质目标由于聚焦时刻难于确定而影响成像准确性的问题。但是随着探测目标数量的增加,TRIS方法中的参数设置应相应地改变,即增加子阵单元数、降低子阵列数,这可能造成成像分辨率的下降。为解决这个缺陷,我们将频率采样的传输矩阵奇异值分解和TRIS方法相结合,形成了改良的TRIS方法,称之为基于频率采样矩阵分解和时间同步性的的时间反转成像方法(Frequency-Frequency Multistatic Data Matrix and TRIS:FF-MDM-TRIS),该方法能够将多目标探测近似地分解为多个单目标探测,从而充分发挥TRIS方法的优点。本文的工作可以归纳为以下三部分:1、介绍了时间反转技术的研究背景和发展动态,特别是在成像领域中的发展情况;阐述了时间反转技术的基本理论,总结了现今主要的时间反转成像方法,并结合算例分析了它们的优缺点,为后面新方法的提出做好铺垫。2、提出了新的时间反转成像方法:基于同步性的时间反转成像方法(Time Reversal Imaging based on Synchronism:TRIS)。首先,在二维标量场情况下推导出时间反转镜的回传辐射信号在目标处具有同步性,随后给出基于同步性的二维时间反转成像方法的实现步骤,并结合仿真实例验证了该方法的有效性和良好性能;然后,在三维矢量场情况下推导出时间反转镜的回传辐射信号在目标处的同步性,随后给出基于同步性的三维目标时间反转成像方法的实现步骤,并结合三维仿真实例验证了该方法的成像性能,并通过和其它时间反转成像方法的对比,体现了TRIS方法的优势。3、随着探测区域中目标数量的增多,TRIS方法中的时间反转镜分组设置中子阵列单元数量会相应地增多,子阵列数量就会减少,于是成像分辨率会随之下降。为解决这个问题,我们将频率采样传输矩阵的奇异值分解和TRIS方法结合,得到改进后的时间反转成像方法FF-MDM-TRIS:对时间反转镜记录的散射信号进行频率采样得到传输矩阵,对该矩阵进行奇异值分解可以将每一个目标的散射信号从记录的总散射信号中分离出来,将分离出来的散射信号使用于TRIS方法中,那么类似于单目标成像情况,TRIS的子阵列数量能保持为最大值(等于时间反转镜的总单元数),从而得到高分辨率成像,并且可以实现对任意目标的选择性聚焦成像。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN957.52

【参考文献】