毫米波综合孔径辐射计近场成像技术研究

With the advantages of high resolution, good real-time, strong penetrability and non-pollution, millimeter wave synthetic aperture imaging radiometer (SAIR) has good application prospect in near-field target detection (such as airport security and counter-terrorism riot). However, the short imaging distance can't satisfy the far-field conditions, and the accuracy requirement of signal acquisition and processing is more precise in near-field SAIR. Thus, the traditional imaging method based on far-field conditions can’t be accurately applied to the near-field SAIR. It limits the near-field applications of millimeter wave SAIR. This project is proposed to investigate the near-field imaging mechanism of SAIR, build a synthetic aperture imaging simulator for researching the near-field synthetic aperture imaging characteristics accurately and visually. For improving the near-field imaging precision, the precise synthetic aperture imaging model and inversion algorithm will also be researched in this project. Our results would provide the theoretical and experimental evidence for the near-field imaging of millimeter wave SAIR.

毫米波综合孔径辐射计具有分辨率高、实时性好、穿透性强、无污染的优点，在近距目标探测（如机场安检、反恐防暴等）中具有良好的应用前景。但近距离探测时成像距离短无法满足远场近似条件，且近场综合孔径成像对信号的获取与处理精度要求更高，使得传统的远场综合孔径成像方法无法准确应用于近场综合孔径反演，限制了毫米波综合孔径辐射计的近场成像应用。本项目拟从综合孔径成像原理出发，对毫米波综合孔径辐射计的近场成像机理展开研究，构建集目标毫米波辐射、成像系统结构仿真及目标图像反演于一体的综合孔径成像模拟器；并据此对毫米波综合孔径辐射计的近场成像特性展开深入研究，构建可以准确应用于近场综合孔径成像的反演模型及成像算法；为综合孔径辐射计的近场应用提供坚实的理论依据及技术支持。

毫米波综合孔径成像技术具有更高的空间分辨率和较好的实时性，可在沙尘、烟雾、夜晚等恶劣条件下实现高分辨率的实时成像，已被广泛应用于军事、导航、医疗和交通安检等领域；然而受近场球面波的影响，近场条件下的综合孔径成像探测精度较低，无法满足近场高分辨成像应用的需求。因此针对近场综合孔径的成像特性，本项目对毫米波综合孔径近场成像技术展开了深入的研究分析，取得的主要研究结果如下：.（1）通过对综合孔径近场成像机理的深入研究分析，构建了一套高精度的近场SAIR成像模拟器，实现了对SAIR成像过程的全模拟仿真；明确了近场球面波对综合孔径成像的影响，并给出了相关校正补偿方法。.（2）在前期研究基础上提出了一种多尺度融合的综合孔径成像方法，通过多次测量、数据融合、TV稀疏反演的方法实现更高精度的成像反演。针对RS-SAIR的数据探测特点，提出了基于余弦抽取的CMI成像方法，有效提高了RS-SAIR的成像精度；并针对动目标探测应用，提出了一种高阶动目标跟踪算法，扩展了SAIR的应用范围。.（3）自主设计实现了一套毫米波SAIR成像样机，并为其开发了配套的信号处理及控制系统。此外，对综合孔径超分辨成像进行了初步的探索，提出了一种双频融合的综合孔径成像体制。