毫米波輻射特性及成像研究.pdf

1、毫米波輻射成像技術(shù)在遙感、軍事、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、公安、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域具有十分重要的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。然而受天線孔徑的限制，毫米波輻射探測(cè)器獲得的圖像空間分辨率太低，極大地限制了作用的距離。與先前8mm波段的研究相比較，本文系統(tǒng)研究了3mm波段的輻射特性、成像機(jī)制和改善圖像分辨率的方法，并對(duì)金屬目標(biāo)的毫米波輻射探測(cè)與識(shí)別進(jìn)行了應(yīng)用研究，主要工作包括以下五個(gè)方面的內(nèi)容：1)華中科技大學(xué)微波遙感研究室在1982-1983年和1994-19

2、95年所測(cè)得的大量微波輻射特性數(shù)據(jù)，建立了8mm波段典型面目標(biāo)輻射特性數(shù)據(jù)庫(kù)。作為后續(xù)研究，本文進(jìn)行了3mm波段面目標(biāo)輻射特性的測(cè)量、反演與建模工作，與8mm波段面目標(biāo)輻射特性進(jìn)行了對(duì)比分析與研究。提出了利用最小二乘余弦多項(xiàng)式與三次樣條插值對(duì)3mm波段輻射特性數(shù)據(jù)建模的方法；分析了3mm波段地物目標(biāo)與8mm波段地物目標(biāo)輻射特性的差異，得出3mm地物目標(biāo)的天線溫度及亮溫普遍高于8mm地物目標(biāo)的結(jié)論；3mm波段水面亮溫的兩種反演結(jié)果驗(yàn)證了水

3、面亮溫的理論計(jì)算模型；驗(yàn)證了3mm波段地物目標(biāo)的極化效應(yīng)與其自身的粗糙程度的關(guān)系。在3mm輻射特性報(bào)道少見(jiàn)于國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)報(bào)道的情況下，3mm波段面目標(biāo)輻射測(cè)量和輻射特性的研究工作可為國(guó)防與科學(xué)研究提供數(shù)據(jù)與理論支持，位于國(guó)內(nèi)前列。2)毫米波輻射成像具有直觀、易于目標(biāo)識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，而處于大氣窗口頻率的3mm和8mm波段輻射成像的對(duì)比研究具有巨大的實(shí)用價(jià)值與重要的理論意義。3mm波段的輻射成像研究在我國(guó)剛剛起步，本文研究了3mm輻射成像機(jī)制，開(kāi)

4、發(fā)出一套基于PC機(jī)－單片機(jī)控制的可兼容3mm和8mm波段的毫米波輻射成像系統(tǒng)，對(duì)各類成像參數(shù)下的3mm波段輻射成像效果進(jìn)行了分析，提出了利用軟積分和復(fù)合結(jié)構(gòu)形態(tài)濾波改善實(shí)時(shí)成像質(zhì)量的方法。與8mm波段的輻射成像相比較，得出了3mm輻射圖像的空間分辨率高于8mm輻射圖像的結(jié)論，具有國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。3)多源傳感器的圖像融合是目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)，圖像的融合技術(shù)已經(jīng)涉及到可見(jiàn)光圖像、紅外圖像和SAR圖像等，但甚少涉及到毫米波輻射圖像。所以毫米波

5、輻射圖像與其它高分辨率圖像的融合可獲取更多的有用信息，增加決策的科學(xué)性與正確性。多傳感器圖像融合的理論方法和工程實(shí)現(xiàn)是一項(xiàng)很有意義的工作，本文對(duì)毫米波輻射圖像與光學(xué)圖像的融合方法進(jìn)行了嘗試。提出了毫米波輻射圖像與源于光學(xué)圖像的毫米波輻射模擬圖像的基于小波的融合模型，融合圖像可以在一定程度上彌補(bǔ)毫米波輻射圖像低分辨率的固有缺陷。4)毫米波輻射圖像的復(fù)原與毫米波輻射測(cè)量數(shù)據(jù)的反演是一致的。低分辨率的毫米波輻射圖像的恢復(fù)技術(shù)是本文的一項(xiàng)重要研

6、究?jī)?nèi)容。根據(jù)毫米波輻射成像機(jī)制深入地分析了毫米波輻射成像的特點(diǎn)和圖像的退化模型，進(jìn)行了毫米波輻射圖像的重建與增強(qiáng)、幾何校正、圖像復(fù)原與超分辨率的研究。提出了利用天線方向圖對(duì)3mm波段輻射圖像進(jìn)行反演恢復(fù)的方法，取得了階段性的成果，為以后進(jìn)一步的研究打下了基礎(chǔ)。5)金屬目標(biāo)的輻射特性是毫米波制導(dǎo)的主要研究?jī)?nèi)容之一，基于有源雷達(dá)的隱身技術(shù)已經(jīng)獲得突破性進(jìn)展，因而無(wú)源雷達(dá)反隱身探測(cè)技術(shù)的發(fā)展就成為當(dāng)前關(guān)注的焦點(diǎn)。無(wú)源微波探測(cè)的基本設(shè)備是微波輻

7、射計(jì)，它用于制導(dǎo)、跟蹤的基本可測(cè)參數(shù)是當(dāng)背景上有目標(biāo)或無(wú)目標(biāo)時(shí)，輻射計(jì)接收到的功率變化量，稱之為天線溫度對(duì)比度。而等效輻射截面和等效輻射截面系數(shù)是進(jìn)行實(shí)際工程測(cè)量的基礎(chǔ)，根據(jù)相似縮比測(cè)量原理，利用3mm和8mm輻射計(jì)對(duì)金屬目標(biāo)進(jìn)行了探測(cè)與分析，從對(duì)比度、信號(hào)特征和目標(biāo)識(shí)別三個(gè)方面進(jìn)行了研究。在靈敏度相差不大的條件下，得出了金屬目標(biāo)的3mm輻射探測(cè)優(yōu)于8mm輻射探測(cè)的結(jié)論?？傊?，測(cè)量及成像中所采用的輻射計(jì)都來(lái)自于本實(shí)驗(yàn)室自制的8mm和3m