太赫兹雷达成像算法研究.pdf

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1、电子科技大学UNIVERSITYOFELECTRONICSCIENCEANDTECHNOLOGYOFCHINA博士学位论文DOCTORALDISSERTATION（电子科技大学图标）论文题目太赫兹雷达成像算法研究学科专业信号与信息处理学号201011020128作者姓名张彪指导教师皮亦鸣教授万方数据分类号密级注1UDC学位论文太赫兹雷达成像算法研究（题名和副题名）张彪（作者姓名）指导教师皮亦鸣教授电子科技大学成都（姓名、职称、单位名称）申请学位级别博士学科专业信号与信息处理提交论文日期2014.10.24论文答辩日期2014.12.05学位授予单位和日期电子科技大学2014年12月25

2、日答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。万方数据RESEARCHONIMAGINGALGORITHMSOFTERAHERTZRADARADoctorDissertationSubmittedtoUniversityofElectronicScienceandTechnologyofChinaMajor:SignalandInformationProcessingAuthor:ZhangBiaoAdvisor:Prof.PiYimingSchool:SchoolofElectronicEngineering万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导

3、下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。作者签名：日期：年月日论文使用授权本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在

4、解密后应遵守此规定）作者签名：导师签名：日期：年月日万方数据摘要摘要对太赫兹频段电磁波的特性以及潜在的应用技术研究是当前科学领域的前沿课题之一。利用太赫兹波超强的光谱分辨本领可以实现对物体组成成分的有效辨别；利用太赫兹波光子能量低的属性可以更加安全地实现对人体的安全检查以及对生物样品的无害检测；利用太赫兹波对介电材料和非极性液体材料具有的良好穿透性，可以实现对物体的透视成像。在太赫兹波诸多的潜在应用中，采用太赫兹成像技术对物体的形状进行辨别和对物质的组分进行鉴别是太赫兹技术研究中的一个热点。利用太赫兹波对物质的穿透性以及极易实现调制信号大带宽的特点，与雷达成像系统中采用合成孔径获得方位

5、向高分辨的特征相结合，建立具有透视功能的高分辨实时成像系统是开展本课题研究的最终愿景。太赫兹高分辨实时透视成像系统可用于战场环境侦查、医学疾病诊断、重点防区安全检查、无损探伤等领域。正是基于此，本课题将太赫兹波和雷达领域中的合成孔径成像技术结合起来，对基于太赫兹频段的合成孔径雷达成像技术进行了研究。开展此项研究工作，不仅能够逐步提高我国自主研制太赫兹雷达系统的能力，而且能对基于太赫兹频段的合成孔径高分辨成像技术研究起到积极的推动作用。本文针对太赫兹频段下的目标二维和三维高分辨成像问题，结合太赫兹雷达系统结构，分别对远场与近场条件下的逆合成孔径和圆周合成孔径雷达成像机理、回波模型以及成像

6、算法等关键技术进行了研究。论文的主要内容及贡献包括以下几个方面：1.基于目前太赫兹雷达相关器件的研制水平以及对常规雷达系统结构的分析，给出了基于单频率源驱动和基于双频率源驱动的两种太赫兹雷达系统结构方案。对比分析了常规雷达系统、双频率源雷达系统以及单频率源雷达系统之间的结构差异及关键部件的实现方式。针对太赫兹雷达系统中信号相位在不同阶段的变化过程，从理论上论证了雷达系统相干接收的可行性；对太赫兹雷达系统调频信号非线性导致的距离向分辨率恶化问题，提出了相应的非线性校正方法，并利用太赫兹雷达实测数据验证了非线性校正方法的有效性。此外，对太赫兹雷达系统具有的相位噪声抑制功能进行了分析，并给出

7、了基于实测数据的相位噪声抑制指标；针对太赫兹雷达系统去调频接收的结构特点，分析了太赫兹雷达一维距离向分辨率指标，结合实测数据对一维距离向理论分辨率进行了验证。2.为便于对后续太赫兹雷达成像条件进行说明，针对雷达天线的辐射场区进行了介绍。讨论了天线的感应场、辐射近场以及辐射远场的范围，并将该讨论延I万方数据摘要伸至合成孔径雷达中，提出了辐射近场区和远场区的划分标准，总结了远场成像与近场成像各自的特点。3.针对远场条件下太赫兹逆合成孔径雷达的二维成