太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)總體與信號(hào)處理方法研究.pdf

1、太赫茲波是國(guó)際學(xué)術(shù)界公認(rèn)的一個(gè)非常重要的前沿技術(shù)領(lǐng)域，是極具研究和開(kāi)發(fā)價(jià)值的新頻率資源。由于太赫茲頻段的波長(zhǎng)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有微波、毫米波，更適合于極大信號(hào)帶寬和極窄天線波束的實(shí)現(xiàn)，有利于實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的高分辨率成像。這就使得太赫茲雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)非常適合于微小目標(biāo)探測(cè)、極高分辨率的目標(biāo)成像識(shí)別。目前太赫茲技術(shù)正處于快速發(fā)展階段，尤其是發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)太赫茲技術(shù)的研究相當(dāng)重視，美國(guó)和德國(guó)相關(guān)科研單位已研制開(kāi)發(fā)出了具備成像功能的太赫茲雷達(dá)試驗(yàn)系統(tǒng)。
　　

2、 隨著太赫茲技術(shù)的快速發(fā)展，太赫茲系統(tǒng)將在物體成像、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療診斷、射電天文、安全檢查、反恐探測(cè)，尤其是在衛(wèi)星通訊和雷達(dá)探測(cè)等領(lǐng)域，具有重大的科學(xué)價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景，特別對(duì)于高分辨雷達(dá)成像有著巨大的發(fā)展?jié)摿Γ蟠筇岣呶覈?guó)的相關(guān)科學(xué)技術(shù)發(fā)展及空間態(tài)勢(shì)感知能力。通過(guò)開(kāi)展太赫茲雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)的研究工作，不僅可以充分發(fā)揮太赫茲技術(shù)的科學(xué)價(jià)值和應(yīng)用潛力，提高我國(guó)信息獲取與探測(cè)技術(shù)的水平和能力，而且有利于拓展太赫茲技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域，對(duì)太赫茲領(lǐng)域的

3、技術(shù)發(fā)展起到巨大的促進(jìn)和推動(dòng)作用。
　　 但是，由于太赫茲頻段在大氣中衰減比較嚴(yán)重，且大功率太赫茲源及高靈敏度檢測(cè)器件的研制具有相當(dāng)?shù)碾y度，需要針對(duì)國(guó)內(nèi)現(xiàn)有太赫茲技術(shù)研究現(xiàn)狀，對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，突破現(xiàn)有的系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)，提出具有可行性的太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)方案。同時(shí)，由于太赫茲頻段與常規(guī)微波波段在頻率及波長(zhǎng)上存在較大差異，這就導(dǎo)致了太赫茲雷達(dá)與微波雷達(dá)在進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)會(huì)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(dá)具有明顯

4、的微多普勒特征，該現(xiàn)象在為目標(biāo)的探測(cè)、識(shí)別與成像提供全新思路的同時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致目標(biāo)檢測(cè)性能的下降，從而影響雷達(dá)的基本性能，這就需要在目標(biāo)檢測(cè)算法上進(jìn)行一定的改進(jìn)，使之與雷達(dá)系統(tǒng)相匹配。
　　 基于以上研究思路，本文的工作與貢獻(xiàn)如下：
　　 1．針對(duì)國(guó)內(nèi)外太赫茲技術(shù)研究現(xiàn)狀，對(duì)太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，分別針對(duì)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)，選擇合理的性能指標(biāo)參數(shù)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行論證。在此基礎(chǔ)上，提出了基于雙固態(tài)頻率源的太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)理

5、論模型，解決了國(guó)內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)條件下太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)性的問(wèn)題，并對(duì)雷達(dá)設(shè)計(jì)功能進(jìn)行系統(tǒng)仿真及信號(hào)處理研究。
　　 2．研究了目標(biāo)微多普勒現(xiàn)象，討論了幾種典型的目標(biāo)微動(dòng)特征模型，并在此基礎(chǔ)上，結(jié)合時(shí)頻分析算法，對(duì)太赫茲頻段目標(biāo)微多普勒現(xiàn)象進(jìn)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(dòng)情況下的目標(biāo)檢測(cè)提供理論依據(jù)。同時(shí)，本文還討論了目標(biāo)微動(dòng)特

6、征參數(shù)提取技術(shù)，該技術(shù)可為將來(lái)進(jìn)一步的目標(biāo)特征識(shí)別和高分辨成像技術(shù)提供有利基礎(chǔ)。
　　 3．分析了微多普勒現(xiàn)象對(duì)常規(guī)雷達(dá)目標(biāo)探測(cè)算法的影響，并從理論上分析計(jì)算了目標(biāo)微動(dòng)的存在對(duì)經(jīng)典的確知信號(hào)檢測(cè)算法的性能損耗，提出了適用于太赫茲雷達(dá)的微動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)理論模型，并針對(duì)該模型進(jìn)行了算法流程設(shè)計(jì)和性能仿真，解決了微多普勒特征明顯時(shí)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)相關(guān)性較差的問(wèn)題。比較了在目標(biāo)存在微動(dòng)的情況下，基于微動(dòng)特征的檢測(cè)算法與常規(guī)目標(biāo)檢測(cè)算法的性

7、能差異。
　　 4．研究了太赫茲雷達(dá)系統(tǒng)集成技術(shù)，利用所研制的太赫茲雷達(dá)關(guān)鍵元部件進(jìn)行系統(tǒng)集成，并分別針對(duì)雷達(dá)發(fā)射模塊的發(fā)射功率和接收模塊的噪聲系數(shù)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其性能指標(biāo)，并在此基礎(chǔ)上完成系統(tǒng)集成，實(shí)現(xiàn)太赫茲雷達(dá)原理驗(yàn)證系統(tǒng)的搭建，完成部分功能驗(yàn)證試驗(yàn)，為進(jìn)一步的雷達(dá)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)打下基礎(chǔ)。
　　 綜上所述，本文立足于國(guó)內(nèi)太赫茲技術(shù)研究現(xiàn)狀，系統(tǒng)主要元部件研制開(kāi)發(fā)均具有獨(dú)立自足的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。同時(shí)，雖然國(guó)內(nèi)太赫茲器件研制已有一定