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毫米波雷达层析图像高精度配准方法研究

李雨亭  
【摘要】:毫米波雷达具有大带宽和小天线孔径等优点,能够精细分辨目标特征。毫米波雷达层析系统在高度向上获取多轨迹子图像序列集,利用不同高度对目标的相位差异合成虚拟孔径获得高度向分辨能力,实现高价值目标的高精度三维成像,在安检等领域有重要的应用价值。由于毫米波雷达层析系统不可避免会存在轨迹间差异和平台运动误差,导致不同高度向的二维图像存在位置差异。多轨迹子图像序列集是否配准并保留相位,是三维成像结果的高度向分辨率高低的决定性因素之一。本文以近场轨道毫米波雷达为例,围绕毫米波雷达层析系统回波模型、层析图像序列集配准等问题,进行了理论分析及实验验证等工作,主要研究内容如下:1.构建毫米波雷达层析系统几何与回波信号模型,分析层析子图像间轨迹误差,为后续毫米波雷达层析图像配准方法研究奠定了理论基础。2.研究配准方法的实现机理,建立图像变换模型,分析适用于全局图像配准的仿射变换模型。3.提出了基于子图像轨迹误差估计的保相配准方法,利用比例梯度计算方法改进图像特征点提取的精确度和特征点描述的准确度,多幅子图像中的特征点进行匹配获取配准偏移量,并根据子图像轨迹误差与配准偏移量关联性分析实现线性误差轨迹纠正,最终实现了毫米波雷达层析图像高精度配准并保留相位信息。4.提出了基于属性散射中心估计的保相配准方法,利用快速自迭代收缩阈值算法对解耦合后的属性散射中心模型参数进行估计,基于模型参数建立点特征描述子,子图像间进行配准获取配准偏移量后纠正线性误差轨迹,最终实现毫米波雷达层析系统高精度保相配准。以上的模型和方法均通过仿真数据和实测数据进行了验证,实验结果表明,本文提出的毫米波雷达层析图像高精度配准方法可以有效实现层析图像序列集层析向包络对齐,图像域之间高精度坐标对齐,并且保留相位信息。


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