太赫茲雷達系統(tǒng)總體與信號處理方法研究.pdf

1、太赫茲波是國際學術界公認的一個非常重要的前沿技術領域，是極具研究和開發(fā)價值的新頻率資源。由于太赫茲頻段的波長遠小于現(xiàn)有微波、毫米波，更適合于極大信號帶寬和極窄天線波束的實現(xiàn)，有利于實現(xiàn)目標的高分辨率成像。這就使得太赫茲雷達探測系統(tǒng)非常適合于微小目標探測、極高分辨率的目標成像識別。目前太赫茲技術正處于快速發(fā)展階段，尤其是發(fā)達國家對太赫茲技術的研究相當重視，美國和德國相關科研單位已研制開發(fā)出了具備成像功能的太赫茲雷達試驗系統(tǒng)。
　　

2、 隨著太赫茲技術的快速發(fā)展，太赫茲系統(tǒng)將在物體成像、環(huán)境監(jiān)測、醫(yī)療診斷、射電天文、安全檢查、反恐探測，尤其是在衛(wèi)星通訊和雷達探測等領域，具有重大的科學價值和廣闊的應用前景，特別對于高分辨雷達成像有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ蟠筇岣呶覈南嚓P科學技術發(fā)展及空間態(tài)勢感知能力。通過開展太赫茲雷達探測系統(tǒng)的研究工作，不僅可以充分發(fā)揮太赫茲技術的科學價值和應用潛力，提高我國信息獲取與探測技術的水平和能力，而且有利于拓展太赫茲技術的應用領域，對太赫茲領域的

3、技術發(fā)展起到巨大的促進和推動作用。
　　 但是，由于太赫茲頻段在大氣中衰減比較嚴重，且大功率太赫茲源及高靈敏度檢測器件的研制具有相當?shù)碾y度，需要針對國內(nèi)現(xiàn)有太赫茲技術研究現(xiàn)狀，對雷達系統(tǒng)進行系統(tǒng)設計，突破現(xiàn)有的系統(tǒng)體系結(jié)構，提出具有可行性的太赫茲雷達系統(tǒng)方案。同時，由于太赫茲頻段與常規(guī)微波波段在頻率及波長上存在較大差異，這就導致了太赫茲雷達與微波雷達在進行信號處理時會有一定的區(qū)別，其中，以微多普勒現(xiàn)象最為明顯。太赫茲雷達具有明顯

4、的微多普勒特征，該現(xiàn)象在為目標的探測、識別與成像提供全新思路的同時，也會導致目標檢測性能的下降，從而影響雷達的基本性能，這就需要在目標檢測算法上進行一定的改進，使之與雷達系統(tǒng)相匹配。
　　 基于以上研究思路，本文的工作與貢獻如下：
　　 1．針對國內(nèi)外太赫茲技術研究現(xiàn)狀，對太赫茲雷達系統(tǒng)進行詳細設計，分別針對發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)，選擇合理的性能指標參數(shù)，并對指標進行論證。在此基礎上，提出了基于雙固態(tài)頻率源的太赫茲雷達系統(tǒng)理

5、論模型，解決了國內(nèi)現(xiàn)有技術條件下太赫茲雷達系統(tǒng)可實現(xiàn)性的問題，并對雷達設計功能進行系統(tǒng)仿真及信號處理研究。
　　 2．研究了目標微多普勒現(xiàn)象，討論了幾種典型的目標微動特征模型，并在此基礎上，結(jié)合時頻分析算法，對太赫茲頻段目標微多普勒現(xiàn)象進行了定量分析，提出了基于原子分解的微多普勒分析方法，該方法具有更好的抗噪性能。分析了微多普勒現(xiàn)象在太赫茲頻段與微波波段的差異，為后文微動情況下的目標檢測提供理論依據(jù)。同時，本文還討論了目標微動特

6、征參數(shù)提取技術，該技術可為將來進一步的目標特征識別和高分辨成像技術提供有利基礎。
　　 3．分析了微多普勒現(xiàn)象對常規(guī)雷達目標探測算法的影響，并從理論上分析計算了目標微動的存在對經(jīng)典的確知信號檢測算法的性能損耗，提出了適用于太赫茲雷達的微動目標檢測理論模型，并針對該模型進行了算法流程設計和性能仿真，解決了微多普勒特征明顯時回波信號與發(fā)射信號相關性較差的問題。比較了在目標存在微動的情況下，基于微動特征的檢測算法與常規(guī)目標檢測算法的性

7、能差異。
　　 4．研究了太赫茲雷達系統(tǒng)集成技術，利用所研制的太赫茲雷達關鍵元部件進行系統(tǒng)集成，并分別針對雷達發(fā)射模塊的發(fā)射功率和接收模塊的噪聲系數(shù)進行測試，驗證其性能指標，并在此基礎上完成系統(tǒng)集成，實現(xiàn)太赫茲雷達原理驗證系統(tǒng)的搭建，完成部分功能驗證試驗，為進一步的雷達系統(tǒng)實驗打下基礎。
　　 綜上所述，本文立足于國內(nèi)太赫茲技術研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)主要元部件研制開發(fā)均具有獨立自足的知識產(chǎn)權。同時，雖然國內(nèi)太赫茲器件研制已有一定