一种基于太赫兹成像的复杂地形自适应定高方法

针对现有近感探测器难以适应复杂地形情况下的精确定高问题,提出一种基于成像的图像域自适应对地高度估计方法。该方法将多普勒锐化成像原理应用到前下视场景,利用太赫兹频段分辨力高、孔径合成长度短的优势,采用太赫兹前下视成像实现地形感知,将传统近感探测器的一维距离测量扩展为二维成像测量,实现对运动轨迹前下方地形地貌的精确感知。在获得地面目标图像后,利用地面图像特征,采用图像域特征拟合方法实现对地高度估计。对前下视多普勒锐化成像的参数设计和成像算法进行了理论分析和仿真验证,开发了一套工作于220 GHz频段的太赫兹近感探测系统,并开展了无人机挂载试验。试验表明,该方法能有效感知地表目标环境,排除角反、树木等其他目标对地面高度测量的干扰,测高精确度达0.5 m,证明了该基于太赫兹成像的对地高度估计方法的可行性,为基于图像域特征提升近感探测器对复杂地形适应能力和感知能力奠定了工作基础。

太赫兹成像技术在站开式安检中的应用

在日益严峻的公共安全形势下,太赫兹技术的飞速发展为反恐安检提供了一项新的有效手段。分析了太赫兹波的特点及其在成像安检中应用的潜在优势,探讨了太赫兹成像安检的主要技术手段,比较了主动式和被动式成像的优劣,并总结介绍了用于安检的太赫兹被动成像和主动成像技术的国内外发展现状,通过对国际主要太赫兹安检成像研究机构的研究历程和近期项目支撑情况的分析,对太赫兹成像安检技术阵列化、多频段、复合式的发展趋势进行了预测,并对太赫兹成像技术在安检和反恐中的应用前景进行了展望。

0.67THz高分辨力成像雷达

为达到厘米甚至亚厘米级的成像分辨力,从电子学角度出发,设计并构建了0.67 THz线性调频连续波(FMCW)成像实验平台。平台通过将Ka波段带宽1.2 GHz、功率2 W的线性调频信号24倍频,获得0.66 THz^0.688 8 THz的发射信号,功率约为1.2 mW,接收端的回波经过谐波混频完成去斜(Dechirp)形成2.4 GHz中频信号,二次变频后经高速采样送入信号处理机箱完成成像。雷达发射信号带宽为28.8 GHz,经系统非线性校正处理后,成像分辨力达到1.3 cm,验证了太赫兹雷达的高分辨成像能力。

0.14THz高分辨力成像雷达信号处理

为适应0.14THz超高分辨雷达实时成像的需求,开发了基于CPU+GPU+FPGA的硬件架构和成像处理算法,算法以距离-多普勒为原型,引入L类维格纳分布变换提高横向分辨力,用Keystone变换方法对越距离单元徙动进行校正,并开发了系统非线性补偿算法。在载频0.14THz、带宽5GHz雷达样机上进行了逆合成孔径雷达成像试验,获得了3cm×3cm的成像分辨力和实时成像能力,验证了信号处理方法的有效性。

利用140 GHz雷达实现目标缩比模型的RCS测量与成像(英文)

构建了140 GHz频段的单基雷达用于缩比模型的高分辨力成像和雷达散射截面积(RCS)测量。雷达的相干收发机用全固态的方式实现,其发射信道采用一个Ka波段频率源驱动的倍频链作为本振,在5 GHz的带宽内实现了0.5 mW的输出功率,接收机采用基于肖特基二极管的次谐波混频器实现相干接收。该雷达RCS测试系统显示出高信噪比的特点,获得了大于100 dB的动态范围和3 cm的成像分辨力。除了可实现对目标的逆合成孔径成像,该系统还可完成对旋转目标全方位角的RCS测量。利用该系统对某航空母舰1/720th模型进行了成像实验和RCS测量,模拟了全尺寸目标在P波段的结果。所获得的数据根据缩比定律可为P-波段雷达设计提供参考。

基于距离多普勒概念的全息雷达成像算法

全息雷达成像系统具有电离辐射小、穿透衣服等优点,在人体安检等领域具有广泛的应用前景.然而,现有系统尚存在多运动目标补偿及快速成像能力不足的问题,限制了其在火车站等人流量大的场景中的应用.本文提出了一种基于距离多普勒概念的全息雷达成像方法,其优点是成像速度快、运动补偿方便,具有多运动目标快速成像的潜力.该方法利用了信号在时间采样和空间采样上的对称性,将合成孔径雷达成像中常用的距离多普勒算法引入全息雷达成像.本文对距离多普勒全息雷达成像算法进行了推导,通过仿真及试验,验证了该成像方法具有多目标运动补偿及快速成像的能力.

雷达信号处理技术在太赫兹成像中的应用

太赫兹成像采用的成像算法多来自于其他频段已经成熟的成像算法,而针对太赫兹波特性的成像算法还不多见,因此在太赫兹频段形成了成像机理及算法研究的空白。按照经典电磁理论、光学原理对太赫兹成像进行分类,指出了雷达成像与太赫兹成像之间的关系。并通过研究太赫兹雷达目标散射特征,分析了不同太赫兹源的衍射极限成像分辨力。最后,从信号处理的角度介绍了太赫兹雷达信号处理及成像算法的研究现状。

基于0.14THz成像雷达的RCS测量

介绍了一种在菲涅耳区测量雷达散射截面(RCS)的方法。通过近-远场变换,利用目标的一维距离像、二维逆合成孔径雷达(ISAR)像数据估计目标RCS,避免了太赫兹(THz)频段RCS测量不容易满足远场条件的困难。采用强散射点提取技术剔除支架等背景噪声对测量结果的影响,提高了RCS估计精确度。利用该方法对0.14 THz雷达缩比测量数据进行处理,获得了典型目标在P波段的RCS估计值。

提高0.14THz雷达成像质量的新方法(英文)

目前,国际上多个科研小组相继开展了太赫兹逆散射成像方面的研究,已开发出多个太赫兹逆散射成像系统。其电磁散射模型及成像处理方式多借鉴于其他辐射源已经成熟的研究成果,例如:雷达目标散射中心模型及ISAR/SAR,Born/Rytov近似模型及层析成像。但上述方法直接应用于太赫兹波段将导致成像质量的下降。首先简要介绍了太赫兹雷达成像和太赫兹层析成像之间的关系,在分析两种成像方法特点的基础上,重点研究了大孔径、大带宽条件下的太赫兹逆散射成像,提出了一种基于Range-Doppler算法的改进成像方法。最后,利用该方法对中物院研制的0.14 THz雷达样机实验数据进行成像,并给出了典型目标的成像结果,验证了新成像方法的有效性。

雷达成像和衍射层析的内在联系梳理

从方程描述、方程求解和方程解析解三个层面,对雷达成像和衍射层析的内在联系进行了系统性梳理.首先,介绍了描述成像问题的电磁散射方程,发现描述雷达的方程是二维的面积分方程,而描述衍射层析的方程是三维的体积分方程.指出成像对象不同是导致方程不同的根源,并利用等效原理建立了两种成像间的联系.其次,指出两种成像的相同点是,对非线性的电磁散射方程的线性化近似求解.最后,指出两种成像的回波信号(在空间谱域)和成像目标(在空间域)均构成一组傅里叶变换对.给出了两种成像的解析解的统一数学模型,即成像结果可表示为观测点(散射系数或散射势)卷积点扩展函数(PSF)的形式.通过PSF对两者的成像性能进行了比较.

0.67THz ISAR成像雷达收发链路设计

介绍了一种工作频率为0.67 THz的逆合成孔径雷达(ISAR)成像系统,该系统作用距离为2 m^8 m,成像分辨力1 cm×1 cm,采用收发分开的天线,发射信号形式为宽带线性调频连续波信号,可应用于安检和无损检测等多个领域。给出了其收发链路的设计方案,对作用距离、发射功率、信号相噪、分辨率、接收灵敏度、接收增益等指标进行了具体论证,并对收发链路各功能模块的组成结构进行了详细描述,为后续开展成像雷达系统的整机研制工作提供理论基础和技术支持。

太赫兹近场人体安检成像原理系统与实验验证

首先对太赫兹波用于近场人体安检成像的特点、优势和目前国外典型的近场安检系统进行了分析。然后基于二维合成孔径原理,通过二维机械扫描装置分别构建了35GHz和140GHz三维安检成像原理实验验证平台,主动照射隐藏在衣服下的金属手枪模型,获得散射回波数据,采用后向投影算法处理了回波数据,得到了成像结果。并对实验结果进行了对比分析,最后给出了结论。

基于单频信号的662 GHz多普勒雷达层析成像

首先介绍了多普勒雷达层析成像的原理及该成像方法的极限分辨率理论推导,并通过仿真获得了单频信号的点目标扩展函数(PSF),验证了该成像方法在单频条件下的理论极限分辨率为波长的四分之一.然后,介绍了中物院构建的662GHz单频雷达系统,并针对该实验系统设计了基于卷积反投影的多普勒雷达层析成像算法.最后,通过实验在太赫兹频段验证了多普勒雷达层析成像的有效性,并利用测量获得的360°全姿态回波信号数据给出了分辨率优于1 cm的成像结果.

一个0.14THz同轴波导五路径向功率合成器

基于同轴波导径向合成器提出了一款可用于太赫兹频段的任意路数功率合成器。该功率合成器采用二阶阶梯变换结构,实现电场方向从同轴轴向到径向的扩散传播,并通过径向外围均匀分布的Y型功分结构实现任意路数功分。以D波段五路功率合成器为例,采用背靠背测试,在130 GHz到150 GHz频带内,背靠背插入损耗优于2 dB,带内回波损耗优于15 dB。由于是背靠背测试,因此该功率合成器单边损耗约为0.72 dB,折合合成效率为84.7%。

340GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.

一种0.34 THz站开式三维成像安检仪

介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测,采用二维非均匀逐点扫描的工作方式,视场范围达到0.6m×1m,成像速度达到2s。系统工作于0.34THz,采用直径450mm椭球镜聚焦,在5.8m的成像距离实现了2cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围,采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形,工作带宽达到12GHz。成像结果显示,系统校正后的距离分辨力可达到2 cm,能够实现隐藏危险品的有效检测。

基于物理光学法的近场多入多出雷达成像模拟

针对点目标扩展函数(PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出(MIMO)雷达成像中的散射机理问题,研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法,获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据,并通过近场MIMO成像处理器实现近场MIMO成像的全过程模拟。利用D波段"T"字型二维稀疏MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验,仿真和实验结果表明,模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场MIMO成像系统的成像性能,为近场MIMO成像的阵型设计提供支撑,揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。

基于毫米波近场成像的二维稀疏面阵结构

介绍了一种基于口字型布局的二维稀疏面阵结构,该结构在保证等效阵元均匀分布的前提下,有效减小了进入接收机的耦合信号的能量。在载频35GHz、带宽5GHz的系统条件下,该结构采用64个发射天线与64个接收天线,通过电动扫描的方式可以实现对指定区域的三维快速成像。点目标扩展函数的仿真结果显示该阵型结构在方位向、高度向和距离向的分辨率分别达到6mm、6mm和3cm;对复杂目标的三维成像实验进一步验证了该阵型结构具有良好的成像性能。

基于小波变换的数字耳蜗滤波器组设计与实现

分析了耳蜗滤波器与小波变换的相似性,以耳蜗频率响应为基础,设计出相应的小波变换基函数,并通过二进尺度变换得到一组小波作为耳蜗滤波器组。研究了利用该小波滤波器组进行多分辨率分析的数字实现方法,给出了相应的分析滤波器。理论和实验结果均表明,利用小波变换来实现耳蜗滤波器组是可行的。

线性调频信号的仿生处理模型

线性调频(LFM)信号在现代高分辨成像雷达和声纳中得到了越来越广泛的应用。为提高LFM信号处理的性能,提出了一种基于蝙蝠回声定位系统的仿生处理模型。该模型可以用来辨别两个具有高度重叠回波,距离几乎相等的目标。仿真结果显示该模型对LFM信号的处理与传统的匹配滤波和分数阶Fourier变换相比,具有更好的稳健性和更高的时间分辨力。这种仿生学的信号处理方法可以应用到各种线性调频的声纳和雷达系统中,以改善系统的探测性能和成像精度。