太赫茲雷達(dá)目標(biāo)探測關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、太赫茲（Terahertz，THz）波在電磁波譜中位于微波頻段向光學(xué)頻段之間的過渡區(qū)域。相比于微波頻段，太赫茲波具有較短的波長，易實現(xiàn)大時寬帶寬積信號和極窄的天線波束；同時，多普勒效應(yīng)在太赫茲頻段更加明顯，有利于對運(yùn)動目標(biāo)的檢測與跟蹤。與光學(xué)頻段相比，太赫茲波對非極性材料具有良好的穿透能力，可以應(yīng)用于隱蔽目標(biāo)的探測與成像。以上這些優(yōu)勢使得太赫茲技術(shù)在目標(biāo)探測領(lǐng)域成為研究熱點(diǎn)之一，具有重要的研究意義與廣闊的應(yīng)用前景。
　　由于太赫茲

2、波在電磁波譜中的特殊位置，傳統(tǒng)的電磁波理論和光學(xué)理論都無法準(zhǔn)確描述該頻段的電磁散射特性，這為利用太赫茲技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)探測帶來了困難。相比于微波與光學(xué)雷達(dá)，關(guān)于太赫茲雷達(dá)的研究剛剛興起，特別是由于太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)關(guān)鍵器件的研制水平相對滯后，直至近幾年來才有較為穩(wěn)定的太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)樣機(jī)問世。正是由于上述原因，對太赫茲頻段雜波和目標(biāo)特性的研究一直缺乏實測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與驗證，這也使得利用太赫茲雷達(dá)進(jìn)行目標(biāo)檢測遇到了一定的困難。本文針對上述問題，

3、在對傳統(tǒng)頻段雷達(dá)雜波與目標(biāo)特性、檢測算法進(jìn)行總結(jié)和分析的基礎(chǔ)上，以太赫茲雷達(dá)實驗為基礎(chǔ)，對太赫茲頻段目標(biāo)探測的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了一系列的研究。
　　論文的主要工作和貢獻(xiàn)包括以下幾個方面：
　　1.在總結(jié)太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)展、傳統(tǒng)雷達(dá)雜波與目標(biāo)特性、檢測理論和方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合太赫茲雷達(dá)的特點(diǎn)，分析了利用太赫茲技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)目標(biāo)探測時存在的問題。
　　2.針對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)噪聲與地雜波統(tǒng)計建模的問題，提出了基于MoLC的太赫茲雷

4、達(dá)系統(tǒng)噪聲與雜波統(tǒng)計建模方法。該方法結(jié)合傳統(tǒng)雷達(dá)噪聲與雜波分布模型，利用 MoLC對太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)噪聲與地雜波的統(tǒng)計特性進(jìn)行參數(shù)估計，并通過模型與實測結(jié)果之間的KL距離確定噪聲與地雜波的統(tǒng)計模型。針對太赫茲頻段非均勻地雜波的特點(diǎn)，對其時域與空域特性分別進(jìn)行了統(tǒng)計建模，驗證了太赫茲頻段地雜波的統(tǒng)計模型，為太赫茲雷達(dá)的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。
　　3.針對太赫茲頻段目標(biāo)散射波動劇烈的問題，提出了一種基于小角度 ISAR成像的太赫茲雷達(dá)目標(biāo)散射

5、特性測量方法。該方法利用太赫茲波長短、ISAR成像所需積累角度小的特點(diǎn)，利用小角度ISAR成像重建目標(biāo)散射分布圖，并從中提取目標(biāo)各角度的散射特性。實驗結(jié)果表明，該方法的測量結(jié)果可以準(zhǔn)確的描述太赫茲頻段復(fù)雜目標(biāo)散射的起伏特性與統(tǒng)計特性，解決了傳統(tǒng)方法中由于目標(biāo)回波波動劇烈而導(dǎo)致的測量不準(zhǔn)確的問題。
　　4.根據(jù)太赫茲寬帶雷達(dá)目標(biāo)HRRP特性，提出了使用單一分布模型和混合分布模型對太赫茲寬帶雷達(dá)目標(biāo)回波中不同類型距離單元進(jìn)行統(tǒng)計建模的

6、方法。該方法根據(jù)太赫茲雷達(dá)目標(biāo)回波距離單元中散射中心數(shù)量與強(qiáng)弱分布的不同對距離單元進(jìn)行分類，并結(jié)合單一分布模型和混合分布模型對不同類型的距離單元回波統(tǒng)計特性進(jìn)行建模，分別使用MoLC和DSEM對單一分布模型和混合分布模型進(jìn)行參數(shù)估計。實驗結(jié)果表明，該方法可以對不同分辨率下太赫茲寬帶雷達(dá)目標(biāo)的各類距離單元進(jìn)行統(tǒng)計建模，并取得良好的結(jié)果。
　　5.根據(jù)太赫茲雷達(dá)回波特性，提出了一種基于融合中心的分布式太赫茲雷達(dá)CFAR檢測算法。該算法

7、利用太赫茲易實現(xiàn)極窄天線波束的特點(diǎn)，設(shè)計了均勻分布于圓周上的分布式 CFAR檢測器，每個局部檢測器通過具有極窄波束的天線對觀測區(qū)域進(jìn)行掃描，并形成局部二維檢測結(jié)果，最終，通過融合中心將局部二維檢測結(jié)果進(jìn)行融合，得到全局二維檢測結(jié)果。相比于單一傳感器的CFAR檢測算法，該算法不僅提高了檢測性能，并且能夠得到觀測場景內(nèi)各點(diǎn)目標(biāo)的二維坐標(biāo)。針對太赫茲高分辨率雷達(dá)目標(biāo)檢測的問題，結(jié)合太赫茲寬帶雷達(dá)回波特性，提出了使用基于確定散射中心模型的廣義似