太赫兹雷达人体微动特征研究

摘要

人体微动的雷达特征研究可以广泛应用于安全检查、反恐处突和战场侦查等领域。太赫兹（0.1~10THz）雷达工作波段处在毫米波与红外可见光之间，兼具二者优势。一方面，太赫兹波比微波波长更短，目标微多普勒效应极为显著，可对目标微动特征精细刻画；另一方面，太赫兹波比红外波段对烟雾、尘埃、颗粒的穿透能力更强。本文主要围绕人体运动建模、太赫兹频段下粗糙和光滑人体的微多普勒特征分析以及人体微动参数估计等问题进行研究。
　　论文首先分析了太赫兹雷达人体微动特征的研究背景和意义，然后介绍了目前国内外太赫兹雷达的发展水平，阐述了人体微动雷达特征研究的现状。
　　第二章研究太赫兹人体成像及行人微动建模。采用太赫兹雷达方位-俯仰成像方法对理想光滑人体目标成像，并分析人体目标特性；基于人体最基本的旋转运动模型，分析了旋转点目标的微动模型及其微多普勒特征；以H-Anim人体模型为基础，建立了十关节自由度的线结构人体模型；并以上述模型为基础，研究了行人运动的周期模型以及运动过程中的各关节自由度变化规律；在雷达坐标系中，分析各肢体的运动规律，分别建立了对应的各肢体摆动距离模型。
　　第三章研究太赫兹雷达行人微多普勒特征。分别建立了光滑线结构行人雷达回波模型和粗糙线结构行人雷达回波模型。采用 STFT的时频分析方法，首先在12GHz、140GHz和220GHz分别研究了光滑和粗糙行人微多普勒特征，分析了微波段和太赫兹频段、太赫兹频段之间、行人上肢和下肢微多普勒特征的区别，最后对比了光滑和粗糙两种情况下行人运动时频分析的结果。
　　第四章研究太赫兹频段行人微动参数估计问题。首先通过自相关的方法估计出行人运动的周期参数，然后采用非线性最小二乘的高斯-牛顿方法估计其他参数。分别根据光滑、粗糙情况下的行人运动模型，推导给出各肢体段的函数模型和相应的估计参数向量。估计过程中人体与雷达的距离先通过宽带雷达测距粗略估计给出初始值。针对粗糙情况下的雅克比矩阵不可逆的问题，利用先验信息修正了高斯-牛顿迭代步长，仿真验证分析了大臂、小臂微动参数的估计。
　　最后，在总结论文主要工作和创新的基础上，提出了课题未来待解决的问题和发展的方向。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状

1.3 论文主要工作

第二章 太赫兹雷达人体成像及微动建模

2.1 引言

2.2 太赫兹人体成像分析

2.3 旋转点目标微动模型

2.4 行人运动模型

2.5 行人微动距离模型

2.6 本章小结

第三章 太赫兹雷达行人微动特征分析

3.1 引言

3.2 时频分析理论基础

3.3 太赫兹雷达光滑行人微动特征分析

3.4 太赫兹雷达粗糙行人微动特征分析

3.5本章小结

第四章 太赫兹雷达行人微动参数估计

4.1 引言

4.2 非线性最小二乘估计方法

4.3 光滑行人微动参数估计模型

4.4 粗糙行人微动参数估计模型

4.5 仿真实验及结果分析

4.6 本章小结

结 束 语

5.1 工作总结

5.2 下一步工作

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果