太赫兹频段的近程ISAR成像系统

介绍了一种THz频段的近程逆向合成孔径雷达(ISAR)成像系统.该系统采用EIO作为THz功率源,工作频率345 GHz,探测距离5～20 km,探测精度可达3.75 m,并具有较小的波束宽度、较高的分辨率和突出的抗干扰能力.在此基础上,对ISAR成像系统的技术指标进行分析.包括天线增益与探测距离和雷达发射功率之间的关系.该近程ISAR成像系统,可以进一步改进低空目标探测技术,未来随着太赫兹技术的发展,将会在低空探测和近程反导方面得到广泛应用.     

太赫兹合成孔径雷达成像运动补偿算法

合成孔径雷达(SAR)成像理论分析和工程经验表明当雷达平台的运动误差幅度达到亚波长量级时,会影响图像的聚焦质量。相对传统微波SAR,太赫兹合成孔径雷达(THz-SAR)工作在波长更短的太赫兹频段,对搭载雷达平台的稳定性要求更苛刻,需要达到微米级的控制和测量精度,目前的平台控制和测量技术还不能满足要求。该文提出一种基于回波数据的THz-SAR成像运动补偿算法,通过惯性测量单元输出的姿态信息完成由运动误差引起的距离徙动的校正,结合天线方向图和粗聚焦图像中特显点的最大幅值估计最优位置并构建理想回波。利用实际回波和理想回波数据提取由平台运动误差引起回波的相位误差并进行补偿,有效地实现了THz-SAR高分辨率成像。采用中心频率0.2 THz的SAR系统进行室外车载实验,对目标进行2维高分辨成像,得到角反射器和金属条的SAR图像。实验结果验证了所提运动补偿算法的正确性和有效性。     

采用格林函数分解的太赫兹逆合成孔径雷达近场成像算法

针对太赫兹逆合成孔径雷达(ISAR)近场成像的问题,本文提出了采用格林函数分解的ISAR成像算法。文中结合太赫兹雷达超外差接收模式,构建和分析了近场条件下的目标回波模型。通过对回波模型中格林函数的分解,将表征球面波前的格林函数分解为二维平面波的叠加;并在频域完成对回波信号的滤波补偿和二维逆变换后,获得了太赫兹ISAR近场目标的图像。文中通过与二维FFT算法和本文算法进行的数值仿真结果对比,验证了该算法的可行性。最后利用太赫兹雷达转台实测数据对本文算法进行了验证和对比分析,结果表明该算法具有良好的成像性能。      

直升机平台振动对太赫兹SAR成像的影响分析

太赫兹合成孔径雷达(SAR)能够克服传统机载SAR成像帧率低,慢动目标检测困难等问题。然而相比传统微波波段的SAR,由于载波的波长极短,太赫兹SAR对平台高频振动误差更为敏感。对于适合应用太赫兹SAR系统的直升机平台而言,其振动也明显强于传统的固定翼载机平台,平台振动引起的相位误差将严重影响成像效果。为克服平台振动对太赫兹SAR的影响,采用数值仿真方法,结合直升机平台的振动特性,较为全面地仿真分析了振动谱宽、振动幅度、谐振分量等因素对太赫兹SAR成像质量的影响,得出了平台振动参数与成像系统参数之间的约束条件。     

一种改进的ISAR最小熵相位校正方案

最小熵相位校正是逆合成孔径雷达(ISAR)相位校正的有效方法,但存在计算复杂度较高的问题.本文针对这一问题提出了一种改进方案,利用较少的距离门数据,通过迭代运算最小化ISAR图像的熵,并在此基础上估计出校正相位,从而降低了运算量,提高了算法的执行效率.外场数据的处理结果证明了该方案的有效性.     

太赫兹二维成像技术研究进展

太赫兹成像技术在人体安检、无损探伤、质量监控、生物医学、半导体特性表征等许多领域展现出广泛的应用前景。本文综述了各类太赫兹二维成像技术,包括太赫兹扫描成像、太赫兹单像素成像、电光调制太赫兹成像、太赫兹相机直接成像等技术,综述各类成像技术的研究背景,分析了具体的成像方法和成像结果,总结了不同太赫兹成像技术的优缺点并对今后太赫兹成像技术的发展趋势做出展望。     

双通道太赫兹成像雷达研究

介绍了一种具有双接收通道的太赫兹成像雷达,雷达工作频率为216 GHz,系统设计中,采用直接数字式频率合成器以及频率综合等方式,产生具有800 MHz 带宽的Ku 波段线性调频连续波信号,功分后分别与两个点频信号进行混频,产生36 GHz依400 MHz 的射频信号以及35. 95 GHz依400 MHz 的本振信号,分别驱动太赫兹发射机和接收机。本振信号功分两路,送入两个接收机,接收采用去斜接收体制,从而降低数据率。该雷达采用了6 倍频太赫兹发射模块,最终产生系统带宽为4. 8 GHz,从而获得3 cm 的距离分辨率。文中还重点研究了宽带系统标校,并开展了高分辨逆合成孔径成像实验,为后续太赫兹干涉合成孔径成像雷达研究奠定基础。     

基于双频联合处理的太赫兹InISAR成像方法

为提高太赫兹InISAR成像精度,该文提出了一种基于双频联合处理的成像方法。将雷达回波信号在快时间域分为两部分,分别按传统InISAR方法进行成像,再对两部分的成像结果进行比较分析,去除冗余点和坏点,得到最终的InISAR成像结果。针对飞机的散射点模型,给出了双频联合处理方法的InISAR成像结果,并仿真分析成像结果的均方根误差,结果表明,相比于传统InISAR成像方法,基于双频联合处理的InISAR成像方法在不同信噪比条件下均能有效提升成像精度。      

低损耗太赫兹波导及其成像应用

高性能的太赫兹功能器件在太赫兹波的产生、传输及探测上都有着重要意义.报道了一种Kagome型低损耗太赫兹波导及其成像应用.首先根据反谐振波导理论设计了0. 1 THz处低损耗的太赫兹波导,其理论损耗低至0. 012 cm~(-1).然后使用3D打印技术制备波导实物,实验测得其损耗为0. 015 3 cm-1,波导末端光束发散角为6±0. 5°.最后基于该波导搭建了可重构太赫兹成像装置,分别实现了对隐藏刀片、矿石的反射和透射成像,在地下远距离勘探领域具有潜在的应用前景.     

近程目标太赫兹全息成像算法及仿真

对比传统的基于球面波分解的近程目标太赫兹全息成像算法,以驻定相位法为理论基础对成像算法进行推导,得到了相同的成像补偿公式。采取图像熵的判决准则分析阵元误差对成像结果的影响,为成像系统阵元位置精确度的设计提供理论依据。针对三维目标距离过近出现非补偿距离平面成像结果散焦的现象,对传统成像算法的缺陷进行分析,提出了基于循环补偿与投影合成相结合的近程目标太赫兹三维全息成像方法。220 GHz条件下的Matlab仿真结果验证了所提方法的有效性,实现了三维目标的聚焦成像。     

太赫兹近场成像雷达系统误差补偿方法

太赫兹成像雷达具有合成孔径时间短、分辨力高的优点,适用于近场探测,但由于器件成熟度相对不高,雷达系统常存在较大的系统失真,会降低信号质量;同时,系统固有延时的存在会引起距离测量误差,二者均会恶化雷达成像的质量。针对系统失真和固有延时,提出了最小二乘法估计的幅相误差补偿方法和固有延时补偿方法,并给出了系统误差的测量方法。试验测试结果表明,用该方法对系统进行补偿后能有效提高图像空间分辨力,改善图像质量。     

基于MIMO的ISAR成像算法研究

基于RD算法的ISAR成像在实际应用中由于很多复杂的因素导致可利用的成像积累时间短,有可能达不到所要求的方位向分辨率。在此研究了几种不同情况下,结合MIMO技术对同一目标ISAR成像的算法。它采用多个收发雷达对同一目标发射一组射频信号,通过对接收到的回波信号进行匹配滤波实现距离像压缩,将不同雷达接收到的距离像进行选取、插值、组合,最后对组合后数据进行方位向多普勒分辨成像。理论推导以及仿真实验结果证明,该方法在不同情况下都可以在达到方位向分辨率的前提下,缩短成像所需时间,或者在确保成像时间的前提下,提高成像的分辨率。这样缩短成像时间的方法扩大了ISAR成像的应用范围,提高了ISAR成像效果。     

太赫兹成像检测算法研究

由于太赫兹波所处波段位置特殊性以及现阶段太赫兹成像系统性能的限制等,太赫兹波成像质量低,无法满足可视化效果,限制了其发展和应用。结合太赫兹图像模糊特征和灰度信息提出利用灰度特征对太赫兹图像进行图像分割来提高太赫兹图像质量,抑制太赫兹图像背景噪声,保留太赫兹图像目标重要信息,实现太赫兹成像目标检测。实验结果与其他太赫兹图像处理方法结果对比表明,基于灰度特征的图像处理算法可以提高图像清晰度和对比度,实现精确分割,为太赫兹成像在安全检查和医学成像等应用中实现快速检测和提取目标奠定基础。     

A new data extrapolation algorithm for high resolution ISAR imaging

A new data extrapolation algorithm for high resolution radar imaging is presented. The backscattered data are modeled as an autoregressive process where the prediction coefficients are computed using 1D least-square lattice filters. Unlike the well-known Burg or modified covariance methods, least square lattice modeling yields different prediction coefficients for forward and backward directions. The proposed method does not need to satisfy Levinson recursion, i.e. does not suffer from the limitations of the Burg method such as spectral splitting or bias in the locations of the scattering centers. Moreover, due to its lattice structure it does not need any matrix inversion like the modified covariance method. Results obtained for an experimental target are included to confirm the proposed algorithm.     

基于压缩感知的ISAR高分辨成像算法

针对 ISAR 在短孔径条件下存在的方位向分辨率低、易受噪声干扰等问题,基于压缩感知理论,提出了一种适用于短孔径时间模式下的基于压缩感知的ISAR方位向高分辨成像算法--PH-SL0算法。该算法首先构建部分随机化哈达玛矩阵作为量测矩阵,PH 矩阵具有重构精度高、重构需要量测个数少的优点;然后将运算速度快、重构精度高且稳健性好的平滑0-范数法（SL0, smoothed L0-norm）推广应用到雷达复数域进行信号重构,实现 ISAR的横向高分辨成像;最后对在短 CPI条件下提出的 PH-SL0算法的横向分辨率问题进行了理论分析。仿真和实测数据结果表明,所提算法具有更高的聚焦性能、分辨率以及较好的抗噪性能。     

ISAR成像实时处理系统设计

根据ISAR成像的特点研究并设计了ISAR实时成像处理系统,主要包括:信号处理模块的硬件采用分布式并行的设计方式;系统的数据通信采用串并转换及链路口和交换机相结合的方法;根据外场实验的参数和目标特征,选择适于ISAR实时成像的算法,并对算法的运算量进行了分析,在此基础上进行了实时处理在信号处理板卡上的任务分配。最后的试验结果和分析验证了该系统的有效性。     

GPU 加速条件下基于相位补偿反投影算法的太赫兹 ISAR 成像

介绍了0.22 THz步进频率雷达系统及二维高分辨率ISAR成像方法。该雷达系统的合成带宽为12GHz,可以同时实现近场及远场成像。在近场条件下,该系统在距离向和方位向实现二维高精度成像,通过相位补偿反投影算法,太赫兹ISAR图像的分辨率可以达到厘米量级。研究结果表明,采用同样的太赫兹频率步进雷达系统,基于反投影算法的太赫兹ISAR成像可以实现更高的精度和更精细的分辨率。为了加速成像过程,采用了GPU的加速平台,该方法为进一步开展近场高分辨率雷达成像,特别是太赫兹波段雷达成像提供了研究基础。     

逆合成孔径雷达成像仿真

逆合成孔径雷达的运动补偿问题已有很多讨论,并在实际中得到成功的应用。运动补偿是ISAR成像技术的关键,分两步进行：包络对齐和相位校正。本文从全局效果出发,研究了平均包络最小熵包络对齐法和最小熵相位校准法的原理及算法实现,并对仿真数据进行成像处理。实验结果表明,平均包络最小熵法和最小熵相位校正法在ISAR雷达的运动补偿算...     

一种新的ISAR距离对齐算法

距离对齐是逆合成孔径雷达(ISAR)成像处理中的或对齐精度不够高,或运算效率过低,无法满足ISAR实时成像的要求.由于距离对齐算法本质上是一种优化方法,基于优化原理,将启发式方法与搜索法相结合,提出了一种新的距离对齐算法.该算法结合使用频域法和累积互相关法,具体分两步实现:首先利用频域法进行粗对齐,然后将第一步得到的结果作为启发式信息进行累积互相关,大大减小了其搜索范围,得到了精确的距离对齐效果.通过将新算法与其他算法的运算量进行分析比较,结果表明该算法运算效率较高.而对实测数据的成像处理结果证明该算法具有良好的对齐精度.这说明新算法在效率和性能上达到了良好的平衡,适合于ISAR实时成像.     

太赫兹被动成像系统性能研究

太赫兹被动成像技术具有很多独特的优势,已经成为安全检查领域的重要研究方向。为了进一步提高太赫兹被动成像系统的成像性能和实用性,研究了实验室自研的一套基于光机扫描的太赫兹被动成像系统的性能。通过探索不同系统参数和实验条件,包括成像距离、成像速度以及探测器状态,对背景噪声以及分辨率等图像性能的影响,获得了系统优化的性能参数,同时探究了该系统探测人体隐藏物品的能力,说明该系统可以有效地对人体进行安全检查。实验结果表明:该太赫兹被动成像系统的成像距离在机器前面1.5~2.5 m的范围内,即在大约1 m的景深内,能够显示清晰的太赫兹图像;该系统的成像速度为每帧1~2 s;探测器工作电平和增益对图像清晰度和系统噪声有较大的影响,存在一个优化的探测器工作状态,在该条件下可以获得清晰的太赫兹图像。在各项参数优化的条件下,该太赫兹成像系统可以达到的目标分辨率为1.5~2 cm,能够清晰地探测隐藏在人体衣服之下的金属物品和对太赫兹波有较强吸收的物质。