综合孔径毫米波辐射计成像关键技术研究

摘要

阵列优化、误差校正、反演成像算法是综合孔径辐射计成像领域内的三个关键技术。本文主要研究阵列优化和误差校正，对反演算法作简要介绍并应用于前两者所研究的方案，以进行性能验证和比较。 首先，本文对综合孔径毫米波辐射计成像基本工作原理进行了介绍，讨论了阵列优化主要参数，分析了三类典型误差模型，还简要介绍了反演成像算法，为后续研究提供理论基础。 其次，重点研究了综合孔径辐射计非均匀栅格采样的圆环阵列优化，提出一种基于空洞连片数的改进目标函数，再将杂草入侵-粒子群算法成功应用于综合孔径辐射计圆阵优化领域，组成了本文优化方案。该方案比传统方案耗时大幅减少约两个数量级，分布均匀度更准确，反演成像质量更高。 最后，研究综合孔径辐射计误差校正技术，针对现有的两种综合孔径辐射计幅相误差校正算法严重依赖辅助源精确已知方位的缺陷，本文结合有源校正与自校正优势，研究了三种阵元幅相误差校正法，包括Toeplitz预处理结合辅助源法、协方差矩阵非对角元素之差法和杂草入侵-粒子群法。它们先校正幅度误差，消除低信噪比时幅度误差对噪声的作用，再校正相位误差，这些方法均不对辅助源方位作精确要求也避免了非线性高维联合求解。此外还研究了Toeplitz预处理结合特征值重构的阵元位置误差校正、阵元位置误差条件下的杂草入侵-粒子群校正算法。这些改进的误差校正方法都可应用于综合孔径辐射计误差校正中，并取得了较好的效果。

目录

声明

摘要

1绪论

1．1研究背景与意义

1．2国内外研究历史与现状

1．3论文的内容与结构安排

2综合孔径毫米波辐射计成像基本理论

2．1综合孔径辐射计成像工作原理

2．2综合孔径辐射计阵列优化主要参数

2．2．2综合孔径阵列因子

2．3综合孔径辐射计误差模型

2．3．1天线误差

2．3．2接收机通道误差

2．3．3基线误差

2．4综合孔径辐射计反演成像算法

2．5本章小结

3综合孔径毫米波辐射计阵列优化技术研究

3．1引言

3．2均匀栅格采样阵列形式与空间频率分布

3．3非均匀栅格采样阵列优化技术

3．3．1综合孔径辐射计阵列优化准则

3．3．2圆环阵常用优化目标函数及改进目标函数

3．3．3圆环阵改进优化算法

3．4仿真实验

3．4．1 UV分布

3．4．2反演成像

3．5本章小结

4综合孔径毫米波辐射计阵元误差校正技术

4．1引言

4．2阵列输出信号模型及性能分析

4．3现有综合孔径辐射计有源校正法

4．3．1 SSPJ法

4．3．2 SSPW法

4．3．3误差校正效果仿真与性能缺陷分析

4．4改进的综合孔径辐射计阵元幅相误差校正算法

4．4．1基于Toeplitz预处理结合辅助源的阵元幅相误差校正

4．4．2基于协方差矩阵非对角元素之差的阵元幅相误差校正

4．4．3基于IWO-PSO算法的阵元幅相误差校正

4．4．4误差校正效果仿真与性能分析

4．5改进的综合孔径辐射计阵元位置误差校正算法

4．5．1Toeplitz预处理结合特征值重构的阵元位置误差校正

4．5．2阵元位置误差下的IWO-PSO校正方法

4．5．3误差校正效果仿真与性能分析

4．6本章小结

5全文总结与展望

5．1总结

5．2展望

致谢

参考文献

附录