太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法研究

发布时间：2020-08-27 12:04

【摘要】：太赫兹雷达具有极高的发射载频,使其更易实现大带宽信号以获取目标的高分辨率图像,对其工作模式和成像算法进行合理地设计,可以在获取更多目标信息的同时提升信号处理效率,从而能有效地提高自动目标识别和分类能力。因此太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法设计具有极其重要的研究意义。太赫兹成像雷达发展的一个重要趋势是系统探测距离与分辨率的提升。远距离高分辨太赫兹成像雷达拓展了太赫兹雷达技术的应用范围,但是也对太赫兹雷达系统工作模式和成像算法设计提出了新的挑战。本论文主要针对两种极具潜力的太赫兹雷达成像技术应用:近地安全筛查和空间目标成像,开展了详细的研究。相比于传统的成像场景,本文研究所针对的场景呈现出几何模型改变、视场(Field of View,FOV)增大、目标非合作等特点,使得已有的太赫兹雷达系统工作模式和成像算法难以满足高分辨成像的需求。针对上述问题,本文在总结和分析已有的太赫兹雷达系统工作模式和成像算法的基础上,以准确描述目标和雷达之间的几何关系并充分利用孔径合成技术为出发点,提出了几种适用于上述成像场景的太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法。本论文主要工作和贡献包括以下几个方面:1.针对近地安全筛查,研究了太赫兹高分辨雷达二维(Two-Dimensional,2D)工作模式和成像算法,提出了分布式多站太赫兹雷达工作模式,解决了传统准光学扫描工作模式成像FOV小、成像距离短并且目标需要合作的问题,提升了成像FOV并实现了安全监视。在该模式的基础上,给出了快速高分辨2D成像算法,提升了成像速度。2.针对具有复杂运动的空间低机动目标2D成像,研究了空间低机动目标高分辨2D成像算法,提出了基于二阶楔形变换(Second-Order Keystone Transform,SKT)的2D成像算法,解决了在相干成像时间内产生的一阶距离徙动(First-Order Range Migration,FRM)与二阶距离徙动(Second-Order Range Migration,SRM)问题,实现了空间低机动目标的高分辨成像。3.针对空间碎片三维(Three-Dimensional,3D)成像,研究了太赫兹高分辨雷达系统的3D工作模式以及成像算法,提出了螺旋逆合成孔径雷达(Spiral Inverse Synthetic Aperture Radar,S-ISAR)3D工作模式,解决了传统单站ISAR工作模式在获取空间碎片3D图像时高度向分辨率依赖于雷达视线(Radar Line-of-Sight,RLOS)与自旋主轴之间的夹角的问题,实现了空间碎片的3D高分辨成像。在该工作模式下对目标与成像雷达之间的瞬时距离特征进行了分析,并依据分析结果提出了基于距离近似的3D成像算法。理论分析与实验结果表明,基于距离近似的3D成像算法具有运算量小、高度分辨率高的特点。4.针对空间碎片3D成像,研究了太赫兹高分辨雷达系统的3D工作模式以及成像算法,提出了螺旋圆周合成孔径雷达(Spiral Circular Synthetic Aperture Radar,S-CSAR)3D工作模式,解决了S-ISAR 3D工作模式不能利用全方位孔径的问题,实现了空间碎片的3D高分辨成像。在该工作模式下提出了基于格林函数分解的3D成像算法。理论分析与实验结果表明,基于格林函数分解的3D成像算法有效提高了方位分辨率。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52

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本文编号：2806081