本文關(guān)鍵詞：太赫茲雷達成像算法研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：對太赫茲頻段電磁波的特性以及潛在的應用技術(shù)研究是當前科學領域的前沿課題之一。利用太赫茲波超強的光譜分辨本領可以實現(xiàn)對物體組成成分的有效辨別;利用太赫茲波光子能量低的屬性可以更加安全地實現(xiàn)對人體的安全檢查以及對生物樣品的無害檢測;利用太赫茲波對介電材料和非極性液體材料具有的良好穿透性,可以實現(xiàn)對物體的透視成像。在太赫茲波諸多的潛在應用中,采用太赫茲成像技術(shù)對物體的形狀進行辨別和對物質(zhì)的組分進行鑒別是太赫茲技術(shù)研究中的一個熱點。利用太赫茲波對物質(zhì)的穿透性以及極易實現(xiàn)調(diào)制信號大帶寬的特點,與雷達成像系統(tǒng)中采用合成孔徑獲得方位向高分辨的特征相結(jié)合,建立具有透視功能的高分辨實時成像系統(tǒng)是開展本課題研究的最終愿景。太赫茲高分辨實時透視成像系統(tǒng)可用于戰(zhàn)場環(huán)境偵查、醫(yī)學疾病診斷、重點防區(qū)安全檢查、無損探傷等領域。正是基于此,本課題將太赫茲波和雷達領域中的合成孔徑成像技術(shù)結(jié)合起來,對基于太赫茲頻段的合成孔徑雷達成像技術(shù)進行了研究。開展此項研究工作,不僅能夠逐步提高我國自主研制太赫茲雷達系統(tǒng)的能力,而且能對基于太赫茲頻段的合成孔徑高分辨成像技術(shù)研究起到積極的推動作用。本文針對太赫茲頻段下的目標二維和三維高分辨成像問題,結(jié)合太赫茲雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分別對遠場與近場條件下的逆合成孔徑和圓周合成孔徑雷達成像機理、回波模型以及成像算法等關(guān)鍵技術(shù)進行了研究。論文的主要內(nèi)容及貢獻包括以下幾個方面:1.基于目前太赫茲雷達相關(guān)器件的研制水平以及對常規(guī)雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析,給出了基于單頻率源驅(qū)動和基于雙頻率源驅(qū)動的兩種太赫茲雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。對比分析了常規(guī)雷達系統(tǒng)、雙頻率源雷達系統(tǒng)以及單頻率源雷達系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)差異及關(guān)鍵部件的實現(xiàn)方式。針對太赫茲雷達系統(tǒng)中信號相位在不同階段的變化過程,從理論上論證了雷達系統(tǒng)相干接收的可行性;對太赫茲雷達系統(tǒng)調(diào)頻信號非線性導致的距離向分辨率惡化問題,提出了相應的非線性校正方法,并利用太赫茲雷達實測數(shù)據(jù)驗證了非線性校正方法的有效性。此外,對太赫茲雷達系統(tǒng)具有的相位噪聲抑制功能進行了分析,并給出了基于實測數(shù)據(jù)的相位噪聲抑制指標;針對太赫茲雷達系統(tǒng)去調(diào)頻接收的結(jié)構(gòu)特點,分析了太赫茲雷達一維距離向分辨率指標,結(jié)合實測數(shù)據(jù)對一維距離向理論分辨率進行了驗證。2.為便于對后續(xù)太赫茲雷達成像條件進行說明,針對雷達天線的輻射場區(qū)進行了介紹。討論了天線的感應場、輻射近場以及輻射遠場的范圍,并將該討論延伸至合成孔徑雷達中,提出了輻射近場區(qū)和遠場區(qū)的劃分標準,總結(jié)了遠場成像與近場成像各自的特點。3.針對遠場條件下太赫茲逆合成孔徑雷達的二維成像以及圓周合成孔徑雷達的三維成像問題,結(jié)合各自孔徑模式的特點,從雷達與目標之間的距離入手,對遠場條件下距離的近似方法進行了研究,建立了遠場條件下太赫茲雷達回波模型。結(jié)合回波模型特點,提出了逆合成孔徑雷達遠場二維成像的三種算法并對每種算法進行了指標分析和仿真驗證,比較了算法之間的異同。針對遠場條件下太赫茲雷達系統(tǒng)的三維成像問題,結(jié)合圓周合成孔徑自身的優(yōu)勢,分析了距離近似后脈壓數(shù)據(jù)的變化特征,提出了基于廣義Radon變換與CLEAN技術(shù)相結(jié)合實現(xiàn)目標遠場三維成像的方法,并通過數(shù)值仿真驗證了算法的有效性。4.研究了太赫茲雷達系統(tǒng)近場條件下二維和三維成像問題。通過分析太赫茲頻段下逆合成孔徑雷達中近場原始回波模型在時域和頻域的特點,推導了逆合成孔徑模式下二維近場成像后向投影算法的過程,提出了基于格林函數(shù)分解的逆合成孔徑雷達二維成像算法。通過仿真和實測數(shù)據(jù)驗證了算法的有效性,并比較和分析了后向投影算法、格林函數(shù)分解算法以及二重積分算法的性能。在分析圓周合成孔徑近場回波模型基礎上,提出了基于球面波分解的圓周合成孔徑三維成像算法。利用球面波分解理論,將近場條件下球面波轉(zhuǎn)化為平面波的疊加,降低了算法復雜度。同時,從目標重建的推導過程中分析了該算法與基于信號相干累加的后向投影算法、聚焦因子算法的異同點。通過數(shù)值仿真驗證了該算法的有效性及在運算效率上的高效性。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲雷達 近場成像 遠場成像 逆合成孔徑雷達 圓周合成孔徑雷達
【學位授予單位】：電子科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.52
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 緒論12-21
• 1.1 太赫茲技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀12-16
• 1.2 合成孔徑雷達研究現(xiàn)狀16-19
• 1.3 研究背景及意義19-20
• 1.4 論文主要內(nèi)容及安排20-21
• 第二章 太赫茲雷達系統(tǒng)基本理論21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 太赫茲雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信號分析21-37
• 2.2.1 太赫茲雷達系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22-28
• 2.2.2 太赫茲雷達系統(tǒng)信號分析28-37
• 2.3 太赫茲雷達系統(tǒng)一維距離向分辨率分析37-40
• 2.4 本章小結(jié)40-41
• 第三章 太赫茲合成孔徑雷達遠場和近場成像原理分析41-52
• 3.1 引言41-43
• 3.2 合成孔徑雷達遠場成像分析43-49
• 3.3 合成孔徑雷達近場成像分析49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-52
• 第四章 太赫茲合成孔徑雷達遠場成像算法52-97
• 4.1 引言52
• 4.2 太赫茲雷達遠場成像基本理論52-59
• 4.2.1 空間域和波數(shù)域52-56
• 4.2.2 遠場與平面波譜的關(guān)系56-57
• 4.2.3 多散射中心的合理性57-59
• 4.3 逆合成孔徑模式遠場二維成像算法59-78
• 4.3.1 逆合成孔徑雷達遠場成像基本原理59-63
• 4.3.2 二維快速傅里葉變換算法63-67
• 4.3.3 極坐標格式算法67-71
• 4.3.4 卷積逆投影算法71-74
• 4.3.5 數(shù)值仿真實驗結(jié)果及分析74-78
• 4.4 圓周合成孔徑模式遠場三維成像算法78-96
• 4.4.1 圓周合成孔徑雷達遠場成像原理79-82
• 4.4.2 基于廣義Radon變換的成像算法82-90
• 4.4.3 數(shù)值仿真實驗結(jié)果及分析90-96
• 4.5 本章小結(jié)96-97
• 第五章 太赫茲合成孔徑雷達近場成像算法97-131
• 5.1 引言97-98
• 5.2 逆合成孔徑模式近場二維成像算法98-119
• 5.2.1 后向投影算法98-102
• 5.2.2 二重積分算法102-105
• 5.2.3 基于格林函數(shù)分解的二維成像算法105-108
• 5.2.4 數(shù)值仿真實驗結(jié)果及分析108-112
• 5.2.5 實測數(shù)據(jù)結(jié)果及分析112-119
• 5.3 圓周合成孔徑模式近場三維成像算法119-129
• 5.3.1 聚焦因子算法119-122
• 5.3.2 后向投影算法122
• 5.3.3 基于球面波分解的三維成像算法122-125
• 5.3.4 數(shù)值仿真實驗結(jié)果及分析125-129
• 5.4 本章小結(jié)129-131
• 第六章 總結(jié)與展望131-134
• 6.1 全文總結(jié)131-133
• 6.2 工作展望133-134
• 致謝134-135
• 參考文獻135-143
• 攻讀博士學位期間取得的成果143-144

  本文關(guān)鍵詞：太赫茲雷達成像算法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：322355