基于电磁散射理论的微波三维成像机理与算法研究

微波三维成像技术是指能获取目标电磁散射系数在三维空间中分布的微波遥感技术。该技术可用于目标散射机理研究、雷达散射截面积测量及目标电磁特征识别库构建等领域。其基本原理是利用面阵天线获得俯仰角/方位角分辨，并利用雷达测距获得距离向分辨率，最终实现对目标的三维成像。作为一种新兴的微波成像技术，微波三维成像在成像机理和算法方面仍存在亟待解决的基础性、关键性问题。.本课题针对微波三维成像技术中成像机理、高精度成像算法等基本性、关键性问题，以电磁散射理论中的电场方程及信号处理中的稀疏信号重建技术为切入点，开展微波三维成像机理及成像处理研究，建立精确的微波三维成像模型，提出高精度成像算法，完善微波三维成像理论。本课题的研究成果对于加深人们对微波三维成像技术的理解，拓展微波三维成像技术的应用广度和深度具有重要意义。

微波三维成像技术是指能获取目标电磁散射系数在三维空间中分布的微波遥感技术，可用于目标散射机理研究、雷达散射截面积测量及目标电磁特征识别库构建等领域。本课题研究主要围绕微波三维SAR散射机理、稀疏成像方法和高效成像方法三个方面开展，并进一步将稀疏成像和高效GPU算法应用于分布式雷达组网多目标定位及SAR、干涉SAR成像处理方面。.在散射理论方面，课题组通过实测三维SAR数据处理，发现原有三维SAR工作模式的不足，提出固定发射三维SAR成像模式，设计相应的成像实验，并对实验结果进行分析，验证了该模式对角反射器等目标成像的能力。在此基础上，课题组利用电磁散射理论，对所提工作模式得到的三维SAR图像散射机理进行解释，并开展了基于三维SAR图像的RCS反演技术研究。.在稀疏重建方面，课题组首先阐述了三维SAR图像稀疏性的原因，为稀疏重建算法研究奠定基础；其次，将现有稀疏重建方法应用于三维SAR稀疏重建，并分析各算法性能。在此基础上，课题组分析现有稀疏重建方法不足，采用非凸最优化技术，提出了基于反正切函数的正则化方法和基于双门限S型函数的正则化方法。与传统的迭代加权最小二乘方法相比，课题所提出的方法受正则化参数影响更小，算法更加稳定。最后，课题组将三维SAR稀疏成像技术用于阵列三维SAR分辨率增强及分布式雷达组网多目标定位问题，取得了较好的效果。.在高效成像方面，课题组从算法设计和平台优化两方面入手，开展了高效三维SAR成像技术研究。算法优化设计方面，课题组提出了基于子孔径逼近的成像算法。该方法利用三维SAR图像的稀疏特性，通过对目标区域进行迭代估计，减少不必要的运算，提高数据处理效率，并通过实测数据处理验证该方法的有效性。在平台优化方面，课题组研究了基于GPU并行化的三维SAR仿真成像技术，开发了相应的并行化仿真成像算法，大大提高了三维SAR研究效率，并将该技术和方法应用于传统SAR和干涉SAR成像处理，取得了良好的效果。.通过上述内容的研究，课题组发表SCI论文5篇，核心期刊论文1篇，会议论文7篇，获第二届高分辨率对地观测学术年会青年创新基金论文奖1项，2013年电子科学技术与信息产业发展全国博士后学术论坛优秀论文1项，授权国家发明专利2项，培养硕士研究生2人。.本课题的研究成果对于加深人们对微波三维成像技术的理解，拓展微波三维成像技术的应用广度和深度具有重要意义。