毫米波辐射特性及成像研究.pdf

毫米波辐射成像技术在遥感、军事、工业、医学、公安、环境监测等领域具有十分重要的实用价值和广阔的应用前景。然而受天线孔径的限制，毫米波辐射探测器获得的图像空间分辨率太低，极大地限制了作用的距离。与先前8mm波段的研究相比较，本文系统研究了3mm波段的辐射特性、成像机制和改善图像分辨率的方法，并对金属目标的毫米波辐射探测与识别进行了应用研究，主要工作包括以下五个方面的内容：1)华中科技大学微波遥感研究室在1982-1983年和1994-1995年所测得的大量微波辐射特性数据，建立了8mm波段典型面目标辐射特性数据库。作为后续研究，本文进行了3mm波段面目标辐射特性的测量、反演与建模工作，与8mm波段面目标辐射特性进行了对比分析与研究。提出了利用最小二乘余弦多项式与三次样条插值对3mm波段辐射特性数据建模的方法；分析了3mm波段地物目标与8mm波段地物目标辐射特性的差异，得出3mm地物目标的天线温度及亮温普遍高于8mm地物目标的结论；3mm波段水面亮温的两种反演结果验证了水面亮温的理论计算模型；验证了3mm波段地物目标的极化效应与其自身的粗糙程度的关系。在3mm辐射特性报道少见于国内外文献报道的情况下，3mm波段面目标辐射测量和辐射特性的研究工作可为国防与科学研究提供数据与理论支持，位于国内前列。2)毫米波辐射成像具有直观、易于目标识别的优点，而处于大气窗口频率的3mm和8mm波段辐射成像的对比研究具有巨大的实用价值与重要的理论意义。3mm波段的辐射成像研究在我国刚刚起步，本文研究了3mm辐射成像机制，开发出一套基于PC机－单片机控制的可兼容3mm和8mm波段的毫米波辐射成像系统，对各类成像参数下的3mm波段辐射成像效果进行了分析，提出了利用软积分和复合结构形态滤波改善实时成像质量的方法。与8mm波段的辐射成像相比较，得出了3mm辐射图像的空间分辨率高于8mm辐射图像的结论，具有国内先进水平。3)多源传感器的图像融合是目前国内外研究的热点，图像的融合技术已经涉及到可见光图像、红外图像和SAR图像等，但甚少涉及到毫米波辐射图像。所以毫米波辐射图像与其它高分辨率图像的融合可获取更多的有用信息，增加决策的科学性与正确性。多传感器图像融合的理论方法和工程实现是一项很有意义的工作，本文对毫米波辐射图像与光学图像的融合方法进行了尝试。提出了毫米波辐射图像与源于光学图像的毫米波辐射模拟图像的基于小波的融合模型，融合图像可以在一定程度上弥补毫米波辐射图像低分辨率的固有缺陷。4)毫米波辐射图像的复原与毫米波辐射测量数据的反演是一致的。低分辨率的毫米波辐射图像的恢复技术是本文的一项重要研究内容。根据毫米波辐射成像机制深入地分析了毫米波辐射成像的特点和图像的退化模型，进行了毫米波辐射图像的重建与增强、几何校正、图像复原与超分辨率的研究。提出了利用天线方向图对3mm波段辐射图像进行反演恢复的方法，取得了阶段性的成果，为以后进一步的研究打下了基础。5)金属目标的辐射特性是毫米波制导的主要研究内容之一，基于有源雷达的隐身技术已经获得突破性进展，因而无源雷达反隐身探测技术的发展就成为当前关注的焦点。无源微波探测的基本设备是微波辐射计，它用于制导、跟踪的基本可测参数是当背景上有目标或无目标时，辐射计接收到的功率变化量，称之为天线温度对比度。而等效辐射截面和等效辐射截面系数是进行实际工程测量的基础，根据相似缩比测量原理，利用3mm和8mm辐射计对金属目标进行了探测与分析，从对比度、信号特征和目标识别三个方面进行了研究。在灵敏度相差不大的条件下，得出了金属目标的3mm辐射探测优于8mm辐射探测的结论。总之，测量及成像中所采用的辐射计都来自于本实验室自制的8mm和3mm波段Dicke辐射计，对应的中心工作频率分别为35GHz和94GHz。所有的研究工作都是围绕着3mm和8mm波段辐射特性、成像及应用研究展开的，取得了一定的成果。但是也深知研究中存在的一些不足和缺点，例如融合与超分辨率图像的量化评价问题，但其中的一些新思想和新方法会在以后的工作中不断地改进和完善。

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