埋藏金属的无源毫米波穿透特性与图像处理研究

作     者：史强 

作者单位：南京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张光锋

授予年度：2021年

学科分类：0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

主      题：毫米波辐射计 金属目标 穿透深度 辐射图像 图像处理 

摘      要：毫米波可以穿透物体比如沙土探测到埋藏在里面的目标尤其是金属目标,并且无源毫米波探测系统的优点在于隐蔽性好、体积小、功耗低,可以全天时全天候的工作,所以应用前景巨大,被广泛使用在卫星遥感、环境污染物检测、安全检查、军事隐藏与探测等领域。在毫米波单片前端等高新技术的推动下,毫米波被动探测和无源成像技术都在快速发展,这都是利用物体的毫米波辐射特性差异来实现的。现阶段对金属目标隐蔽探测的实现以及穿透成像还有很大的研究空间,同时典型地物的双极化辐射特性数据也有待补充,基于这些问题,本文研究工作如下:（1）建立了平面及立体金属目标的毫米波辐射模型,仿真了平面金属板的辐射温度与探测角度的关系,并探测了不同面积的圆形及椭圆形金属平面的辐射特性,对比分析得到有关结论;使用辐射计对浅埋在沙土中的金属平面目标进行成像,探究毫米波成像技术的分辨效果。（2）与光学图像相比,由于毫米波的波长较长故图像的分辨率不高,针对这个问题,本文采用经典的滤波与图像增强算法对毫米波图像进行滤波降噪与增强,并分析处理效果;提出采用基于主动轮廓模型的边缘提取算法对图像的边缘信息进行提取,并与传统的边缘检测算子进行分析比较;对目标区域的特征进行了分析,对比成像结果与实际目标相对位置、大小并分析造成误差的原因。（3）针对目前典型地物目标的毫米波双极化辐射特性数据库还不完善的问题,使用双通道辐射计开展外场实验,获取天空、水面、植被土地和路面的双极化辐射特性,丰富双极化辐射特性数据库;分析了瓷砖和沙土厚度与发射率的关系,对求解有效反射率的方法进行了仿真,并在外场对瓷砖、玻璃和沙土的穿透特性进行了实测,为隐蔽探测的实现提供了数据支持。辐射计对地探测穿透厚度有限,而对空探测可以将“冷空利用起来得到较大的穿透厚度,可以将被动探测系统埋于地下实现隐蔽探测,为进一步实际地空应用研究提供了理论与数据支持。