基于SAR成像的三维电磁散射特性反演方法的研究

摘要

微波三维成像技术较传统的合成孔径雷达(SAR)成像技术可获得更丰富的信息,它能够准确地从背景噪声中分离出目标的空间位置及散射信息,有利于人们更加细致和精确地认识目标的三维散射系数的分布,适用于目标电磁散射特性的外场分析和研究。因而从三维SAR成像的角度研究目标的散射特性是目前的一个新兴的热门课题。本文以此为背景,通过分析三维SAR成像的电磁学机理,研究了基于SAR成像的三维近场电磁散射特性反演方法和基于SAR成像的三维电磁散射特性的近远场变换算法,可为基于三维SAR成像的RCS测量系统的研制提供一定的技术支持。本文主要工作如下:
　　1.介绍了基于固定发射机的线阵三维SAR成像的系统模型,简要分析了该模型的三维分辨率,概述了线阵三维SAR成像原理;为满足三维SAR距离向高分辨需要,本文以步进频率(SF)信号作为发射信号,研究了三维后向投影(BP)成像算法、三维距离—多普勒(RD)成像算法和三维波数域成像算法,并利用 FEKO软件进行了仿真实验,获得了汽车的三维高分辨SAR图像,验证了三种算法的有效性;然后通过实测和仿真实验简要探讨了三维SAR成像技术应用在RCS测量上的优势。
　　2.研究了基于SAR成像的三维近场电磁散射特性反演方法。首先介绍了几个有关雷达目标散射特性的概念;然后由Stratton-Chu电场积分方程出发,从时域和频域两种角度分析了发射信号为步进频率信号时的三维SAR成像的电磁学机理,解释了三维SAR成像的物理含义,阐述了基于SAR成像的近场电磁散射特性反演的原理,提出了基于SAR成像的三维近场散射特性反演算法,通过仿真实验验证了算法的有效性;研究了系统测量误差和平台运动误差对反演精度的影响,并对误差产生的原因作了分析,为高精度散射特性的反演方法的研究奠定基础。
　　3.重点研究了两种基于SAR成像的电磁散射特性近远场变换算法。首先,详细阐述了基于多散射中心模型的RCS近远场变换原理,给出了基于多散射中心模型的RCS近远场变换算法,通过仿真实验验证了该算法的有效性;然后,从成像的角度定量分析了基于多散射中心模型的RCS近远场变换的误差,为目标的高精度RCS反演打下基础;其次,详细阐述了基于目标表面电磁流模型的RCS近远场变换原理,给出了基于该模型的RCS近远场变换算法,通过仿真实验验证了该算法在复杂目标RCS近远场变换上的有效性;最后,对比分析了两种算法的优缺点。

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第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究概况及发展动态

1.3 论文结构

第二章 线阵三维SAR成像技术

2.1 前言

2.2 线阵三维SAR成像的系统模型

2.3 三维SAR成像算法

2.4 仿真实验

2.5 三维SAR成像技术应用在RCS测量方面的优势

2.6 小结

第三章 基于SAR成像的三维近场电磁散射特性反演

3.1 前言

3.2 雷达目标的散射特性

3.3 三维SAR成像的电磁学解释

3.4 基于SAR成像的近场散射特性反演

3.5 误差分析

3.6 小结

第四章 基于SAR成像的三维电磁散射特性近远场变换

4.1 前言

4.2 基于多散射中心模型的RCS近远场变换

4.3 误差分析

4.4 基于表面电磁流模型的RCS近远场变换

4.5 两种RCS近远场变换算法的比较

4.6 小结

第五章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果