目标三维电磁散射参数化模型反演方法研究

摘要

目标电磁散射建模是基于模型的雷达目标识别系统的核心内容之一。目标三维电磁散射参数化模型，特别是基于典型散射结构的参数化模型，用一组简洁的参数描述目标，能够为识别系统提供物理意义明确的多层次目标特征。从电磁散射测量数据中反演目标参数化模型是一个具有挑战性的任务。论文围绕从多角度合成孔径雷达数据中建立目标三维散射特性参数化模型的问题，研究了反演框架以及其中的多个关键问题。
　　在阐述清楚目标三维电磁散射参数化模型反演的内涵、研究内容和面临挑战的基础上，论文第二章提出了一种基于典型散射结构的目标参数化模型反演框架，反演参数的物理意义更加清晰。该框架由模型初始化和参数优化两部分组成，利用多角度合成孔径雷达数据反演目标参数化模型，具有较强的灵活性，便于综合运用多种技术途径完成建模任务。
　　针对模型初始化问题，论文重点研究了目标二维/三维散射中心特征提取方法。基于稀疏表示与压缩感知理论，论文第三章提出了一种二维散射中心提取方法，论文第四章提出了雷达目标三维成像方法和三维散射中心提取方法。所提方法利用目标图像的先验信息和模型时域响应的特点降低稀疏重构的维度和数据量，在模型维度较高的情况下仍可保证较高的效率。论文第五章提出了基于位置聚类分析、散射中心参数匹配、压缩感知等三种利用多个二维散射中心重构三维散射中心的方法，这些方法降低了对多角度数据的要求，适应处理宽基线多角度合成孔径雷达数据，重构结果与目标结构对应性较好。
　　针对目标典型散射结构参数化模型的参数优化问题，论文第六章分别从图像域约束准则和多角度图像分割两个角度提出了优化方法，扩大收敛范围，提高了参数优化稳健性。
　　基于上述反演框架和关键方法，论文第七章提出了典型散射结构和点散射模型相结合的复杂目标参数化建模方法，实现了目标三维电磁散射参数化模型反演原型系统,利用目标的电磁计算数据反演了目标全方位角-大俯仰角的三维电磁散射参数化模型的反演，并分析了模型的精度。实验结果验证了所提框架和方法的可行性及有效性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文的主要工作及内容安排

第二章 目标电磁散射参数化模型反演框架

2.1 引言

2.2 目标参数化模型表示形式

2.3 研究内容和需要解决的关键问题

2.4 基础散射源参数化模型

2.5 反演数据源

2.6 坐标系及几何投影变换

2.7 反演技术框架

2.8 小结

第三章 时域稀疏表示的一维/二维散射中心提取

3.1 引言

3.2 稀疏表示理论回顾

3.3 基于时域稀疏表示的一维散射中心参数估计

3.4 基于时域稀疏表示的二维散射中心参数估计

3.5 小结

第四章 时域压缩感知的三维成像及散射中心提取

4.1 引言

4.2 多角度SAR数据时域压缩感知模型

4.3 基于时域压缩感知的目标三维成像

4.4 基于时域压缩感知的目标三维散射中心提取

4.5 小结

第五章 特征层融合的三维散射中心重构

5.1 引言

5.2 基于聚类分析的三维点散射中心重构

5.3 基于摄影测量和参数匹配的属性散射中心三维位置重构

5.4 特征层压缩感知的三维散射中心重构

5.5 三维散射中心模型的不确定性扩展

5.6 小结

第六章 典型散射结构参数化模型参数优化

6.1 引言

6.2 典型散射结构参数化模型

6.3 典型散射结构模型二维几何投影

6.4 典型散射结构参数优化的约束准则

6.5 基于图像分割的参数优化算法

6.6 小结

第七章 目标宽角度三维电磁散射参数化模型反演

7.1 目标宽角度三维散射中心模型反演

7.2 基于典型散射结构的目标宽角度参数化模型反演

7.3 实验结果

7.4 小结

第八章 总结与展望

8.1 总结

8.2 展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果

作者在学期间参加的科研项目

附录A 典型散射结构图像域约束收敛性实验结果