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空中目标微波辐射特性及检测方法研究

倪炜  
【摘要】:微波辐射探测技术利用目标自身固有的热辐射信号来探测目标。在天空冷背景下,空中目标因其自身的热辐射和对地面高温背景辐射的反射成为明显的高温目标,容易被微波辐射计所探测到。 综合孔径微波辐射计阵列成像技术,将多个小口径天线合成为一个等效的大口径电扫描天线,无需机械扫描即可瞬时高分辨成像。而且还保持了微波辐射探测技术原有的隐蔽性好、全天时、基本不受恶劣天气和战场烟尘环境影响等优点,成为无源探测领域的新研究热点。 论文从物体的微波辐射机理出发,对空中目标、大气及地物背景环境和综合孔径微波辐射计的微波辐射特性进行系统的研究,建立完整的综合孔径辐射计探测空中目标的微波辐射信号模型,并结合综合孔径微波辐射计反演图像的统计特性,研究适用于综合孔径微波辐射计探测空中目标的背景抑制及目标检测方法。主要内容包括: 系统研究了空中目标的微波辐射特性,深入分析了空中目标各组成部分的微波辐射产生的机理,给出了各组成部分的微波辐射亮温计算方法,从而推导出完整的空中目标微波辐射亮温的解析表达式。针对各向通行和各向异性这两种典型的空中目标所涂覆吸波材料的不同特征,分别利用等效传输线方法和物理光学法,推导出各向同性和各向异性吸波材料的微波辐射系数的解析表达式。 研究了晴朗大气(不含液态水凝物的理想大气)和复杂天气(云、雾、雨)条件下的微波辐射信号传输特性,分析了晴朗大气和复杂大气内微波波谱特性模型,考虑大气折射和地球曲率的影响,建立了适用于远距离空中目标探测的晴朗大气和复杂天气的微波辐射信号的分层传输模型,并给出了几种典型天气条件下的天空微波辐射图像仿真结果。 利用射线追踪法建立了从信源、信道到信宿的集空中目标、大气及地物背景环境以及综合孔径微波辐射计于一体的空中目标探测模型。并依据该模型,分析比较了微波辐射计对金属目标和隐身目标的探测性能,分析了云、雾、雨等复杂大气下综合孔径微波辐射计探测空中目标的性能。 建立了综合孔径辐射计阵列系统探测空中目标的反演图像的统计分布模型,提出了综合孔径辐射计图像的目标检测概率计算方法,推导了综合孔径辐射计探测空中目标的最大探测距离方程。 针对综合孔径辐射射图像的特有特征,提出一种基于非参数统计的综合孔径微波辐射计系统单帧图像的弱小目标检测方法。引入非参数统计中的秩分析方法描述综合孔径辐射图像中特有的边缘过渡纹理特征,利用目标及复杂背景边缘秩相关系数的不同特征,分离目标和复杂背景,实现弱小目标的检测。


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