【摘要】：太赫茲波泛指頻率在0.1~10THz之間的電磁波,位于微波與紅外之間,處于電子學(xué)向光學(xué)的過渡頻段。太赫茲雷達(dá)相比傳統(tǒng)微波/毫米波雷達(dá)具有成像分辨率高和多普勒敏感等獨(dú)特優(yōu)勢,是目標(biāo)探測與識別領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。本課題以彈道導(dǎo)彈防御和空間態(tài)勢感知為應(yīng)用背景,系統(tǒng)研究了太赫茲頻段目標(biāo)微動特征提取方法。具體地,本課題研究內(nèi)容主要包括以下幾個方面:第一章闡述了課題研究背景及意義,歸納了太赫茲雷達(dá)技術(shù)和太赫茲頻段目標(biāo)微動特征提取方面的研究現(xiàn)狀,總結(jié)了該領(lǐng)域研究目前采取的主要技術(shù)途徑和存在的主要問題。最后介紹了本課題的主要研究工作和文章結(jié)構(gòu)安排。第二章進(jìn)行了太赫茲頻段目標(biāo)微動特性分析。對太赫茲頻段影響比較顯著的微多普勒模糊特性和目標(biāo)表面粗糙散射特性進(jìn)行了理論分析和仿真驗(yàn)證,為后文的微動特征提取提供了理論基礎(chǔ)。此外,還介紹了太赫茲頻段目標(biāo)微動研究實(shí)驗(yàn)設(shè)計,重點(diǎn)介紹了太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)、微動模擬裝置、運(yùn)動模擬裝置和一些配套設(shè)備等。第三章研究了非理想條件下的太赫茲頻段微動目標(biāo)參數(shù)估計方法。非理想條件主要指的是由太赫茲頻段微多普勒敏感性帶來的微多普勒模糊問題和微小振動干擾問題。針對微多普勒模糊問題,提出了基于脈內(nèi)干涉的解模糊算法,其本質(zhì)是充分利用寬帶信號特征,將帶寬內(nèi)不同采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行干涉處理以降低等效載頻,有效實(shí)現(xiàn)了微多普勒解模糊參數(shù)估計。針對微小振動干擾問題,提出了基于時頻域?yàn)V波的微動參數(shù)估計方法,該方法通過將時頻域?yàn)V波與時頻分析、Radon變換等手段有效結(jié)合,在微動目標(biāo)高精度參數(shù)估計的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了微小振動干擾的參數(shù)估計和信號補(bǔ)償。第四章進(jìn)行了基于微尺度特征的太赫茲頻段微動目標(biāo)參數(shù)估計。這里的微尺度特征主要包括尺寸微尺度和運(yùn)動微尺度,反映在微動目標(biāo)特征提取中,即為目標(biāo)表面粗糙和目標(biāo)微小運(yùn)動。對于粗糙表面微動目標(biāo),在分析其太赫茲頻段回波特性的基礎(chǔ)上,提出了基于時頻峰值的算法,有效實(shí)現(xiàn)了微動參數(shù)估計和目標(biāo)尺寸反演。對于目標(biāo)微小運(yùn)動,提出了基于相位測距和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解相結(jié)合的算法,其中相位測距實(shí)現(xiàn)微小運(yùn)動的位移測量,而經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解對該位移進(jìn)行分離和降噪。所提算法均經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并進(jìn)行了性能分析。第五章研究了太赫茲雷達(dá)微動目標(biāo)高分辨成像方法。首先提出了一種基于微動角的微動目標(biāo)高分辨/高幀頻成像算法并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并利用其成像結(jié)果進(jìn)行了高精度微動參數(shù)反演。然后針對粗糙表面微動目標(biāo),采用了卷積逆投影成像算法,取得了較好的結(jié)果。最后,針對太赫茲頻段的特殊性,分析了目標(biāo)或者雷達(dá)平臺振動對成像的影響,并分別提出了基于自聚焦和基于特顯點(diǎn)的振動補(bǔ)償算法,得到了聚焦良好的目標(biāo)二維像。第六章進(jìn)行了微動目標(biāo)平動補(bǔ)償研究。對于“平動+微動”目標(biāo),為了對其進(jìn)行高精度參數(shù)估計和高分辨成像,首先需要進(jìn)行平動補(bǔ)償,但是由于微動的存在,平動補(bǔ)償變得比較復(fù)雜。第六章從目標(biāo)低速運(yùn)動和高速運(yùn)動兩個角度出發(fā),對于低速運(yùn)動目標(biāo),不考慮參考距離的時變性,提出了基于多項(xiàng)式擬合的平動補(bǔ)償算法;對于高速運(yùn)動目標(biāo),考慮參考距離的時變性,提出了基于二次補(bǔ)償?shù)钠絼友a(bǔ)償算法和基于多層感知器的平動補(bǔ)償算法。所有算法均經(jīng)過了詳細(xì)的理論推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,并給出了性能曲線。第七章對論文的研究工作和主要創(chuàng)新點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié),并指出了需要進(jìn)一步研究的方向和潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。
【學(xué)位授予單位】：國防科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN958
【圖文】：

國防科技大學(xué)研究生院博士學(xué)位論文and Space Administration, NASA)、DARPA 等研究機(jī)構(gòu)和以及其他多個著名院校、研究所和實(shí)驗(yàn)室。，馬薩諸塞大學(xué)（University of Massachusetts）的 R. E. M基于擴(kuò)展互作用振蕩器（Extended Interaction Oscillator, E干脈沖雷達(dá)，主要用于地貌測量。這是公開報道的最早。1991 年，佐治亞理工學(xué)院（Georgia Institute of Technollan 等人為美國軍方提出并實(shí)現(xiàn)了一部 225GHz 脈沖相干 EIO 做為發(fā)射，以 1/4 次諧波混頻器實(shí)現(xiàn)全固態(tài)接收，雷達(dá)是第一部太赫茲頻段的相參雷達(dá)，但是受限于真空器現(xiàn)大帶寬發(fā)射信號，因此只進(jìn)行了目標(biāo)多普勒回波測量實(shí)。

圖 1. 2 JPL 580GHz 雷達(dá)系統(tǒng)隱藏目標(biāo)成像 年，JPL 的 K. B. Cooper 等人研制了一套 675GHz 太赫茲成像雷近 30GHz，在 25m 的作用距離進(jìn)行了人體隱匿物體成像實(shí)驗(yàn)，其系統(tǒng)光路和典型成像結(jié)果如圖 1. 3、圖 1. 4 所示。分析指出，茲雷達(dá)站開式成像應(yīng)用至關(guān)重要，高幀率可以防止由雷達(dá)和目起的模糊和條帶效應(yīng)，提升成像質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)更高幀速的成通過時分復(fù)用多徑技術(shù)將單波束變成雙波束先后照射目標(biāo)，另集成陣列收發(fā)器實(shí)現(xiàn)多像素點(diǎn)同時掃描成像，大大縮短成像時率的成像[39, 40]。

圖 1. 2 JPL 580GHz 雷達(dá)系統(tǒng)隱藏目標(biāo)成像 2011 年，JPL 的 K. B. Cooper 等人研制了一套 675GHz 太赫茲成像雷達(dá)[3寬接近 30GHz，在 25m 的作用距離進(jìn)行了人體隱匿物體成像實(shí)驗(yàn)，成像Hz，其系統(tǒng)光路和典型成像結(jié)果如圖 1. 3、圖 1. 4 所示。分析指出，成像太赫茲雷達(dá)站開式成像應(yīng)用至關(guān)重要，高幀率可以防止由雷達(dá)和目標(biāo)之動引起的模糊和條帶效應(yīng)，提升成像質(zhì)量。為了實(shí)現(xiàn)更高幀速的成像，方面通過時分復(fù)用多徑技術(shù)將單波束變成雙波束先后照射目標(biāo)，另一方前端集成陣列收發(fā)器實(shí)現(xiàn)多像素點(diǎn)同時掃描成像，大大縮短成像時間，高幀率的成像[39, 40]。

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