THz频段SAR成像算法研究

摘要

目前，太赫兹（THz）雷达技术正在快速发展阶段。THz波的波长远小于微波波长，有利于大带宽信号的产生、窄天线波束的实现和成像高分辨的获得。THz雷达在某些领域具有特殊的优势，如微小目标探测、高分辨成像等。在THz波段，合成孔径雷达的原理同样适用，而且 THz波段有明显的优势，如在距离向，THz频段能产生更大时宽带宽积的LFM信号，实现更高分辨力；在方位向，THz波段波长更短，不需要较长的合成孔径长度即可实现更高分辨力。
　　SAR成像对雷达平台的稳定性要求很高。然而，在实际过程中，由于气流、发动机振动等因素，SAR成像平台存在高频振动，在微波波段，其振幅与波长相比很小，对相位的影响可以忽略不计；但在THz波段，平台高频振动振幅可与波长相比拟，甚至大于波长，因此，对相位的影响就必须要加以考虑，基于此问题，本文做了大量深入研究。
　　本文的工作主要体现在以下方面：
　　(1)将R-D算法用于THz波段。先进行了R-D算法的公式推导，然后在仿真中将此算法用于THz频段，通过点目标和多目标的仿真，验证了R-D算法同样适用于THz频段这一结论。为接下来的工作打好了基础。
　　(2)THz波段SAR成像平台高频振动建模。在SAR系统实际工作时，平台高频振动不可避免地存在着。本文首先对平台高频振动的来源和定义做了简要介绍；然后提出两种建模方式，基于R-D算法，对这两种建模方式分别进行理论推导，得出平台高频振动对SAR成像的影响。在微波波段，波长远大于振幅，平台高频振动的影响可以忽略，但是在THz波段，波长更短，平台高频振动的影响就不能忽略。本文还给出了平台高频振动的三个参数（振幅、频率和初相）对成像效果的影响。最后通过点目标和多目标仿真验证了以上结论。
　　(3)基于离散正弦调频变换的THz SAR成像补偿方法。本文深入研究了离散正弦调频变换（DSFMT），通过理论分析和仿真验证证明了该变换估计正弦调频信号参数特别是估计其瞬时频率曲线的三个参数的有效性，进一步改善了估计精度，并分析了其参数估计的性能。提出了基于DSFMT的THz SAR成像补偿方法，给出了具体步骤。最后通过仿真实验验证了这种方法的有效性，并分析了其局限性。
　　(4)基于Chirplet分解的THz SAR成像补偿方法。先是给出了Chirplet分解的原理和现有比较成熟的自适应Chirplet分解实现方法。接着对正弦调频信号进行自适应Chirplet分解。仿真实验结果表明：经过自适应Chirplet分解，正弦调频信号变成多个线性调频信号的叠加，且分解后的信号的Wigner-Ville分布与待分解的正弦调频信号的Wigner-Ville分布吻合度较高。因此，正弦调频信号经过自适应Chirplet分解后，就可以采用现有成熟的线性调频信号参数估计的方法对其进行参数估计。利用这一结论，提出补偿算法，将自适应Chirplet分解用于THz频段SAR成像平台高频振动补偿中，仿真证明这种方法有效的补偿了平台高频振动带来的误差。且此算法与基于DSFMT的SAR成像补偿方法相比，效果更好，适用性更广。

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中文摘要

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及研究目的和意义

1.2 国内外研究现状分析

1.3 主要研究内容及结构安排

第2章 THz频段SAR成像基础

2.1 合成孔径雷达基本原理

2.2 经典距离-多普勒（RD）成像算法

2.3 THz频段SAR仿真实验

2.4 本章小结

第3章 THz频段SAR成像平台高频振动建模及其影响分析

3.1 引言

3.2 平台高频振动建模

3.3 仿真实验

3.4 本章小结

第4章 THz成像补偿方法-离散正弦调频变换

4.1 引言

4.2 基于离散正弦调频变换的参数估计

4.3 基于离散正弦调频变换的THz频段SAR成像补偿算法

4.4 本章小结

第5章 THz成像补偿方法-Chirplet分解

5.1 引言

5.2 Chirplet分解

5.3 仿真实验

5.4 基于Chirplet分解的THz成像补偿算法

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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