THz雷达特征增强成像技术研究

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由于太赫兹的成像高分辨率的特点和反隐身、抗干扰等优势,其在雷达成像领域具有相当的潜力。本文的研究着眼于提高太赫兹雷达的成像质量,凸显目标特征的成像方法,主要工作如下:第一章首先说明选题背景和意义,介绍了国内外在太赫兹雷达成像以及雷达图像特征增强方面的研究现状,给出了文章的组织结构。第二章研究太赫兹雷达转台成像的基本原理。首先建立了转台成像的观测模型,介绍了投影-切片定理,简要地推导了卷积反投影算法,从空间频率域的角度出发,推导了瑞利分辨率与最大不模糊距离。然后介绍了基于正则化的转台成像方法,从求解逆问题的角度给出了转台成像的正则化框架,给出了正则化方法的统计学角度的解释。由于太赫兹雷达数据量大,为了减小内存开销,改进了现有的成像模型,提出了稀疏化矩阵成像模型,为数据处理提供了便利。分析了太赫兹雷达目标转台成像的特征,得出了太赫兹频段下目标兼具点散射中心和面块特征的结论。第三章建立了正则化框架下的太赫兹雷达点特征增强成像模型。根据太赫兹雷达目标具有强散射点的特性,根据几何绕射理论,得出了点稀疏的先验模型。然后分析了正则项_k-范数中,k的取值与先验信息之间的联系,得出了k值越小,点增强正则项越能保留强散射点的结论。然后推导了基于拟牛顿法的优化问题求解算法,进行了一系列仿真及实测实验。仿真展示了算法的频率展宽特性,迭代中的快速收敛特性,对初始条件的不敏感性以及良好的抗噪声性能。雷达转台实测实验得到了较好的结果。第四章建立了正则化框架下的太赫兹雷达面特征增强成像模型。对范数中k的取值与先验的关系进行了与第三章类似的分析,得出了k值越小,面增强正则项越能平滑目标表面,保留面块边缘的结论。通过仿真实验,指出了面特征增强无法抑制散斑水平的问题并进行了点面结合的特征增强,然后在此基础之上提出了区域加权的太赫兹雷达特征增强成像模型,并用仿真验证了结果。另用仿真测试了算法的收敛性,对初始条件的敏感性和抗噪声特性。结果显示出算法抗噪声性能较好,但初始条件的变化可能会对结果产生影响,无法成像。第五章对论文的工作进行了总结,并指出了未来的研究方向。
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