【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,處于電子學向光學的過渡頻段。太赫茲雷達相比傳統(tǒng)微波/毫米波雷達具有成像分辨率高和多普勒敏感等獨特優(yōu)勢,是目標探測與識別領域的重要發(fā)展方向。本課題以彈道導彈防御和空間態(tài)勢感知為應用背景,系統(tǒng)研究了太赫茲頻段目標微動特征提取方法。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,歸納了太赫茲雷達技術(shù)和太赫茲頻段目標微動特征提取方面的研究現(xiàn)狀,總結(jié)了該領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。第二章進行了太赫茲頻段目標微動特性分析。對太赫茲頻段影響比較顯著的微多普勒模糊特性和目標表面粗糙散射特性進行了理論分析和仿真驗證,為后文的微動特征提取提供了理論基礎。此外,還介紹了太赫茲頻段目標微動研究實驗設計,重點介紹了太赫茲雷達系統(tǒng)、微動模擬裝置、運動模擬裝置和一些配套設備等。第三章研究了非理想條件下的太赫茲頻段微動目標參數(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)不同采樣點的數(shù)據(jù)進行干涉處理以降低等效載頻,有效實現(xiàn)了微多普勒解模糊參數(shù)估計。針對微小振動干擾問題,提出了基于時頻域濾波的微動參數(shù)估計方法,該方法通過將時頻域濾波與時頻分析、Radon變換等手段有效結(jié)合,在微動目標高精度參數(shù)估計的基礎上,實現(xiàn)了微小振動干擾的參數(shù)估計和信號補償。第四章進行了基于微尺度特征的太赫茲頻段微動目標參數(shù)估計。這里的微尺度特征主要包括尺寸微尺度和運動微尺度,反映在微動目標特征提取中,即為目標表面粗糙和目標微小運動。對于粗糙表面微動目標,在分析其太赫茲頻段回波特性的基礎上,提出了基于時頻峰值的算法,有效實現(xiàn)了微動參數(shù)估計和目標尺寸反演。對于目標微小運動,提出了基于相位測距和經(jīng)驗模態(tài)分解相結(jié)合的算法,其中相位測距實現(xiàn)微小運動的位移測量,而經(jīng)驗模態(tài)分解對該位移進行分離和降噪。所提算法均經(jīng)過實驗驗證,并進行了性能分析。第五章研究了太赫茲雷達微動目標高分辨成像方法。首先提出了一種基于微動角的微動目標高分辨/高幀頻成像算法并進行了實驗驗證,并利用其成像結(jié)果進行了高精度微動參數(shù)反演。然后針對粗糙表面微動目標,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,分析了目標或者雷達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的振動補償算法,得到了聚焦良好的目標二維像。第六章進行了微動目標平動補償研究。對于“平動+微動”目標,為了對其進行高精度參數(shù)估計和高分辨成像,首先需要進行平動補償,但是由于微動的存在,平動補償變得比較復雜。第六章從目標低速運動和高速運動兩個角度出發(fā),對于低速運動目標,不考慮參考距離的時變性,提出了基于多項式擬合的平動補償算法;對于高速運動目標,考慮參考距離的時變性,提出了基于二次補償?shù)钠絼友a償算法和基于多層感知器的平動補償算法。所有算法均經(jīng)過了詳細的理論推導和實驗驗證,并給出了性能曲線。第七章對論文的研究工作和主要創(chuàng)新點進行了總結(jié),并指出了需要進一步研究的方向和潛在的應用領域。
【學位授予單位】：國防科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN958
【圖文】：

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

圖 1. 2 JPL 580GHz 雷達系統(tǒng)隱藏目標成像 年，JPL 的 K. B. Cooper 等人研制了一套 675GHz 太赫茲成像雷近 30GHz，在 25m 的作用距離進行了人體隱匿物體成像實驗，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，茲雷達站開式成像應用至關重要，高幀率可以防止由雷達和目起的模糊和條帶效應，提升成像質(zhì)量。為了實現(xiàn)更高幀速的成通過時分復用多徑技術(shù)將單波束變成雙波束先后照射目標，另集成陣列收發(fā)器實現(xiàn)多像素點同時掃描成像，大大縮短成像時率的成像[39, 40]。

圖 1. 2 JPL 580GHz 雷達系統(tǒng)隱藏目標成像 2011 年，JPL 的 K. B. Cooper 等人研制了一套 675GHz 太赫茲成像雷達[3寬接近 30GHz，在 25m 的作用距離進行了人體隱匿物體成像實驗，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，成像太赫茲雷達站開式成像應用至關重要，高幀率可以防止由雷達和目標之動引起的模糊和條帶效應，提升成像質(zhì)量。為了實現(xiàn)更高幀速的成像，方面通過時分復用多徑技術(shù)將單波束變成雙波束先后照射目標，另一方前端集成陣列收發(fā)器實現(xiàn)多像素點同時掃描成像，大大縮短成像時間，高幀率的成像[39, 40]。

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