Fourier变换近程目标毫米波全息成像算法分析(5)

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除都有非线性相位项外，三种成像体制还有一个共同点就是每种体制都涉及了模型的病态，这是因为成像是辐射的逆问题。对于被动焦平面全功率辐射计机械扫描成像，主要的影响因素是天线的方向图，由于孔径有限，其波束宽度不能无限窄，方向图在空间频率域上体现为一个低通滤波器，高频成分受到抑制。被动合成孔径成像的病态同样体现在有限孔径上，而主动阵列全息成像的病态还有倏逝波的衰减。倏逝波代表成像中的高频成分，对提高成像的分辨率有重要意义，但由于其快速衰减，也给成像带来了病态。文中给出了多种方法克服模型的病态，如在图像恢复中的正则化方法等，总体来说提高分辨率和降低病态是相互制约的。

在信号处理方面，由于被动焦平面全功率辐射计机械扫描成像系统直接输出图像，只能对得到的毫米波图像进行再加工，而其它两种成像系统可以得到电磁波的幅值和相位信息，因此信号处理灵活性大，不仅可以对所得到得毫米波图像进行处理，而且可以对成像算法做各种改进。如被动合成孔径成像可以使用Fourier变换，也可以采用分数阶Fourier变换和Rodon-Wigner变换等，主动阵列全息成像除Fourier变换外，也可以使用边界元法和Helmholtz方程最小二乘法等。此外成像算法的灵活性还体现在被动合成孔径成像可以采用四阶累积量用于孔径扩展和最小冗余阵列的优化，主动阵列全息成像可以在球面坐标系或者柱面坐标系下成像等。源:自~751·论`文'网·www.751com.cn/

算法的灵活性是以提高硬件复杂度为代价的。被动焦平面全功率辐射计机械扫描成像的硬件结构最简单，经过混频后，再检波和放大就可以得到图像。而被动合成孔径要复杂许多，要通过混频、放大、滤波和正交解调等，而且还要保证信号相位的稳定性和通道间的一致性等，因此软件和硬件也相互制约。

成像距离也是近程成像的关键参数。按天线场区把成像距离由近及远划分为感应区、Fresnel区和Fraunhofer区。被动焦平面全功率辐射计机械扫描成像系统采用Cassegrain天线，适合于Fraunhofer区远程成像，对于近程成像则由于成像特性的改变而使性能下降，其改进措施是采用旋转椭球面天线，或者就是根据成像特性进行后继图像恢复。被动合成孔径成像系统也适合于Fraunhofer区远程成像，在增加相位补偿后，就能够在Fresnel区进行成像了。主动阵列全息成像能够探测倏逝波，尤其适合在感应区成像，但Fresnel区成像也能得到较理想的效果。

在自主探测或者导航等场合，成像距离是未知的，这是就需要系统自身探测目标的距离。其中被动焦平面全功率辐射计机械扫描成像是没有测距功能的，而被动合成孔径成像可以通过提取探测到的球面波的波前曲率来估计目标距离，但是这个估计精度是随着距离的增加成平方率衰减的，因此被动合成孔径测距只在近程有较理想的分辨率。窄带主动全息阵列成像虽然是主动成像，但是所成的像中并没有目标的距离信息，只有通过宽带主动全息阵列成像才能够获得较为理想的目标距离信息，也就是主动全息阵列成像的距离分辨率和带宽是相互制约的。

通过上面的分析可知，每种成像方式都有各自的特点，某些性能之间相互制约，不存在绝对优良的体制。实际应用中，要根据不同的环境选择不同的成像体制和设计不同的系统参数