太赫兹雷达柱面三维成像算法研究

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太赫兹(THz)波因其波长短、频率高,相比于毫米波和微波,在目标检测和雷达成像上都具有明显的优势,这也使太赫兹频段的研究成为了学术界的热点。太赫兹波对于介电材料有极强的穿透特性,可以将太赫兹雷达用于机场或车站的安全检查中,提高人体隐匿物品检测的精确度,保证旅客的出行安全。文章重点对太赫兹雷达柱面成像进行研究,从理论角度进行分析,并对成像算法仿真,其主要工作如下:(1)针对太赫兹雷达的特殊性质进行介绍,包括近场成像理论和解线频调的脉冲压缩方法。建立太赫兹雷达柱面成像系统的回波模型,并分析了系统的三维成像原理,推导得出了柱面成像系统的分辨率公式,为太赫兹雷达柱面成像打好基础。(2)针对算法在太赫兹柱面成像系统上的特殊问题,研究并实现了基于距离徙动算法(RMA)的太赫兹雷达柱面成像算法。首先针对传统意义上的距离徙动算法原理进行分析。接下来,对柱面几何下RMA的应用进行研究:算法中,使用了泰勒公式的二次项对距离公式进行近似,并成功实现柱面成像。(3)针对传统距离徙动算法中插值步骤效率较低,影响成像速度和精度的问题,研究并实现了基于非均匀快速傅里叶变换(NUFFT)的柱面成像算法。使用计算机仿真验证了算法的有效性,并对比了基于RMA的成像算法和基于NUFFT的成像算法的性能。(4)针对较宽角度范围下距离公式近似不精确的问题,使用数值计算方法,成功求出了驻定相位点,得出补偿相位,解决了含有余弦项的距离公式的成像问题。最后使用计算机进行了仿真,在理论情况下能够实现成像,验证了算法的有效性。
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