本文關(guān)鍵詞：太赫茲雷達(dá)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(yīng)用技術(shù)研究是當(dāng)前科學(xué)領(lǐng)域的前沿課題之一。利用太赫茲波超強(qiáng)的光譜分辨本領(lǐng)可以實(shí)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(shí)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(shí)現(xiàn)對物體的透視成像。在太赫茲波諸多的潛在應(yīng)用中,采用太赫茲成像技術(shù)對物體的形狀進(jìn)行辨別和對物質(zhì)的組分進(jìn)行鑒別是太赫茲技術(shù)研究中的一個(gè)熱點(diǎn)。利用太赫茲波對物質(zhì)的穿透性以及極易實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)大帶寬的特點(diǎn),與雷達(dá)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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)透視成像系統(tǒng)可用于戰(zhàn)場環(huán)境偵查、醫(yī)學(xué)疾病診斷、重點(diǎn)防區(qū)安全檢查、無損探傷等領(lǐng)域。正是基于此,本課題將太赫茲波和雷達(dá)領(lǐng)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(dá)成像技術(shù)進(jìn)行了研究。開展此項(xiàng)研究工作,不僅能夠逐步提高我國自主研制太赫茲雷達(dá)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(dòng)作用。本文針對太赫茲頻段下的目標(biāo)二維和三維高分辨成像問題,結(jié)合太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu),分別對遠(yuǎn)場與近場條件下的逆合成孔徑和圓周合成孔徑雷達(dá)成像機(jī)理、回波模型以及成像算法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。論文的主要內(nèi)容及貢獻(xiàn)包括以下幾個(gè)方面:1.基于目前太赫茲雷達(dá)相關(guān)器件的研制水平以及對常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的分析,給出了基于單頻率源驅(qū)動(dòng)和基于雙頻率源驅(qū)動(dòng)的兩種太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方案。對比分析了常規(guī)雷達(dá)系統(tǒng)、雙頻率源雷達(dá)系統(tǒng)以及單頻率源雷達(dá)系統(tǒng)之間的結(jié)構(gòu)差異及關(guān)鍵部件的實(shí)現(xiàn)方式。針對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)中信號(hào)相位在不同階段的變化過程,從理論上論證了雷達(dá)系統(tǒng)相干接收的可行性;對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)調(diào)頻信號(hào)非線性導(dǎo)致的距離向分辨率惡化問題,提出了相應(yīng)的非線性校正方法,并利用太赫茲雷達(dá)實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了非線性校正方法的有效性。此外,對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)具有的相位噪聲抑制功能進(jìn)行了分析,并給出了基于實(shí)測數(shù)據(jù)的相位噪聲抑制指標(biāo);針對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)去調(diào)頻接收的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分析了太赫茲雷達(dá)一維距離向分辨率指標(biāo),結(jié)合實(shí)測數(shù)據(jù)對一維距離向理論分辨率進(jìn)行了驗(yàn)證。2.為便于對后續(xù)太赫茲雷達(dá)成像條件進(jìn)行說明,針對雷達(dá)天線的輻射場區(qū)進(jìn)行了介紹。討論了天線的感應(yīng)場、輻射近場以及輻射遠(yuǎn)場的范圍,并將該討論延伸至合成孔徑雷達(dá)中,提出了輻射近場區(qū)和遠(yuǎn)場區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn),總結(jié)了遠(yuǎn)場成像與近場成像各自的特點(diǎn)。3.針對遠(yuǎn)場條件下太赫茲逆合成孔徑雷達(dá)的二維成像以及圓周合成孔徑雷達(dá)的三維成像問題,結(jié)合各自孔徑模式的特點(diǎn),從雷達(dá)與目標(biāo)之間的距離入手,對遠(yuǎn)場條件下距離的近似方法進(jìn)行了研究,建立了遠(yuǎn)場條件下太赫茲雷達(dá)回波模型。結(jié)合回波模型特點(diǎn),提出了逆合成孔徑雷達(dá)遠(yuǎn)場二維成像的三種算法并對每種算法進(jìn)行了指標(biāo)分析和仿真驗(yàn)證,比較了算法之間的異同。針對遠(yuǎn)場條件下太赫茲雷達(dá)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(shí)現(xiàn)目標(biāo)遠(yuǎn)場三維成像的方法,并通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了算法的有效性。4.研究了太赫茲雷達(dá)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(dá)中近場原始回波模型在時(shí)域和頻域的特點(diǎn),推導(dǎo)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(dá)二維成像算法。通過仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)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(chǔ)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(fù)雜度。同時(shí),從目標(biāo)重建的推導(dǎo)過程中分析了該算法與基于信號(hào)相干累加的后向投影算法、聚焦因子算法的異同點(diǎn)。通過數(shù)值仿真驗(yàn)證了該算法的有效性及在運(yùn)算效率上的高效性。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲雷達(dá) 近場成像 遠(yuǎn)場成像 逆合成孔徑雷達(dá) 圓周合成孔徑雷達(dá)
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(dá)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(dá)系統(tǒng)基本理論21-41
• 2.1 引言21
• 2.2 太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及信號(hào)分析21-37
• 2.2.1 太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)22-28
• 2.2.2 太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)分析28-37
• 2.3 太赫茲雷達(dá)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(dá)遠(yuǎn)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(dá)遠(yuǎn)場成像分析43-49
• 3.3 合成孔徑雷達(dá)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(dá)遠(yuǎn)場成像算法52-97
• 4.1 引言52
• 4.2 太赫茲雷達(dá)遠(yuǎn)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(yuǎn)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(yuǎn)場二維成像算法59-78
• 4.3.1 逆合成孔徑雷達(dá)遠(yuǎn)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(biāo)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析74-78
• 4.4 圓周合成孔徑模式遠(yuǎn)場三維成像算法78-96
• 4.4.1 圓周合成孔徑雷達(dá)遠(yuǎn)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(shí)驗(yàn)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(dá)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(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析108-112
• 5.2.5 實(shí)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(shí)驗(yàn)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(xiàn)135-143
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的成果143-144

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

本文編號(hào)：322355