毫米波三维全息成像图像重构算法研究

摘要

毫米波具有较好的穿透性能，毫米波成像已广泛应用于公共场所人体违禁物品毫米波成像检测、飞机盲降、战场环境侦测等领域。本文以光学全息术为基础有针对性的介绍毫米波三维全息成像系统，围绕毫米波频率步进脉冲雷达平面扫描成像图像重构算法展开研究。
　　本文对频率步进信号(Frequency Stepped Pulse Signal，FSPS)模型分析基础上，对基于波数域全息雷达成像模型进行了分析推导。模型包括一维距离像(One dimensional rangeprofile,1DRP)、二维冠状面(Two dimensional coronal profile，2DCP)和横断面像(Twodimensional cross-section，2DCS)以及三维全息成像(three-dimensional holographic imaging，3DHI)。针对2DCS和3DHI算法中波数域到空域转换过程中使用色散关系式所导致kx-kz域不均匀问题，采用Stlot插值予以解决。实验室利用平面扫描成像系统对仿真目标（缩比金属飞机模型）进行成像实验。实验数据重构的效果验证了本文方法的有效性。
　　引入了基于NUFFT的全息成像算法，详细推导了基于NUFFT算法的2DCS及3DHI算法流程，并对算法进行了改进优化，对算法进行了编程实现，使用该算法与传统波数域成像算法成像结果比较，无论在成像精度上还是图像重构时间开销上，都有很大提升。
　　针对采用平面扫描成像过程中由于距离抖动和散焦、外部复杂环境和硬件系统自身问题而丢失部分数据、采样数据不可靠而不得不放弃等问题，提出了一种优化的基于波数域外推的匹配滤波全息算法。详细推导了算法流程，编程仿真验证了算法的正确性，使用优化算法对试验数据进行重构，重构效果图与传统波数域算法效果图进行对比分析，验证了算法的实用性。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 本文研究目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 被动式毫米波成像发展现状

1．2．2 主动式毫米波成像发展现状

1．3 论文结构及主要工作

2 频率步进脉冲体制雷达全息成像理论基础

2．1 毫米波全息成像技术原理

2．1．1 光学全息术原理简介

2．1．2 毫米波全息雷达成像原理

2．1．3 合成孔径技术

2．2 宽带毫米波全息成像模型建立

2．2．1 成像模型建立

2．2．2 方位向分辨率

2．2．3 距离向分辨率

2．3 毫米波全息雷达成像系统

2．3．1 成像系统组成

2．3．2 收发组件

2．3．3 天线单元

2．3．4 机械扫描机构

2．4 成像目标特性分析

2．4．1 近程定义及成像特性

2．4．2 试验目标散射特征

2．5 本章小结

3 基于波数域的全息成像方法

3．1 FSPS信号模型

3．2 基于波数域的一维成像算法

3．2．1 一维距离成像分析

3．2．2 一维距离仿真及提高测距精度方法研究

3．3 基于波数域的二维平面成像算法

3．3．1 二维噩状面成像算法、仿真及实测数据成像

3．3．2 二维横断面成像算法、仿真及实测数据成像

3．4 基于波数域的三维全息成像算法

3．4．1 三维平面扫描全息成像算法、仿真及实测数据成像

3．4．2 三维圆柱面扫描全息成像算法及仿真

3．5 本章小结

4 改进的波数域全息成像算法

4．1 基于NUFFT替换stIot插值的波数域全息成像算法

4．1．1 NUFFT及通用NUFFT算法

4．1．2 改进的基于NUFFT全息成像算法

4．1．3 实测数据成像及性能对比

4．2 一种改进的基于波数域外推的匹配滤波全息成像算法

4．2．1 基于波数域外推的成像算法

4．2．2 改进的波数域外推的匹配滤波全息成像算法

4．2．3 仿真和实测数据成像性能对比

4．3 本章小结

5 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科学研究情况

攻读硕士学位期间学术成果获奖情况