基于MIMO线阵天线的无人机载下视3D-SAR成像研究

摘要

基于多输入多输出(Multiple-Input Multiple-Output)线性阵列天线(Linear-Array)的无人机载下视三维成像雷达(Airborne Downlooking Three Dimensional Imaging SAR of Unmanned Aerial Vehicle)作为一种新兴雷达技术，被广大科研人员关注并研究。该雷达综合利用阵列与分集技术，使其在目标检测、参数估计和成像识别等多方面性能上，相对于传统雷达得到了改善与提高。因此，该雷达具有广阔的应用前景。论文针对ADL-3D-SAR应用中的对地球表面目标的成像探测问题，开展了成像算法研究，主要工作分为五个部分：
　　第一部分绪论，对基于MIMO线阵的ADL-3D-SAR的研究课题背景及其意义做了介绍。其中主要从MIMO-SAR的概念、分类和研究动态详细介绍了它的研究情况。
　　第二部分：对基于MIMO线阵的ADL-3D-SAR所运用的具体技术进行了介绍。其中主要阐述了ADL-3D-SAR的主要原理和基于PCA原理的MIMO技术的线阵设计方法。
　　第三部分：采用了MIMO线阵里的特殊方式单发多收线阵天线建立了ADL-3D-SAR的信号模型，提出了适于单发多收ADL-3D-SAR的三维成像算法，推导出二维分辨解析表达式，导出了满足俯仰向角度不模糊的接收天线阵元间距的约束条件，通过仿真对提出的信号模型和成像算法进行了验证并对多发单收线阵模式的ADL-3D-SAR进行了尝试性设想。
　　第四部分：针对ADL-3D-SAR二维顶视像内在的稀疏结构，提出了一种基于散射中心的顶视像目标检测算法（以舰船为参考实例）。运用稀疏字典学习方法对顶视像(由于目前无条件获取顶视像所以采取近似的SAR图像来代替)进行滤波预处理，通过散射中心模型构造超完备字典将图像目标信息投影到频率-方位角二维空间中，实现图像的稀疏表示，最后通过聚类检验法，实现了对目标像素与背景像素的分类。实验结果表明，该算法对一定门限高度范围内的目标有较好的检测效果。
　　最后，对本文所做的工作进行了总结，指出了研究过程中存在的不足，并对下一步研究工作进行了展望。

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图表目录

缩略词

第一章 绪论

1.1 研究课题背景及意义

1.2 MIMO-SAR研究现状

1.3 本文的主要工作与内容安排

第二章 机载下视3D-SAR天线阵列设计

2.1 引言

2.2 下视3D-SAR原理

2.3 下视3D-SAR的MIMO线阵天线设计

2.4 小结

第三章 ADL-3D-SAR三维成像算法研究

3.1 引言

3.2 信号模型

3.3 三维成像处理算法

3.4 阵元间距约束条件分析

3.5 仿真分析

3.6 多发单收模型的设想

3.7 小结

第四章 基于MIMO线阵ADL-3D-SAR顶视像的目标检测

4.1 引言

4.2 目标检测算法

4.3 仿真实验结果及分析

4.4 小结

第五章 工作总结与展望

参考文献

致谢

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