内容简介
《太赫兹雷达目标微动特征提取技术》系统阐述太赫兹雷达目标微动特征提取的*新研究成果。《太赫兹雷达目标微动特征提取技术》共9章，内容包括太赫兹雷达目标微动特征提取研究的背景及意义、微动特征规律、微多普勒解模糊、微动目标参数估计及微动目标成像，形成从特征规律到解决方案再到实验验证的一整套理论框架，对带有微动部件或复杂微动的非合作目标探测、成像及识别具有一定的指导意义。
目录
目录
“空间信息获取与处理前沿技术丛书”序
前言
第1章 概论 1
1.1 背景及意义 1
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 太赫兹雷达 2
1.2.2 太赫兹频段微动研究 11
1.3 本书章节安排 18
参考文献 19
第2章 太赫兹频段目标微动特征规律 26
2.1 引言 26
2.2 太赫兹雷达微动目标散射特性建模 26
2.2.1 微动目标运动模型 26
2.2.2 微动目标散射模型 34
2.2.3 微动目标回波模型 42
2.3 太赫兹雷达微多普勒混叠规律 44
2.3.1 微多普勒混叠的出现条件 44
2.3.2 微多普勒混叠的表现 47
2.3.3 微多普勒混叠的影响 50
2.4 太赫兹雷达微多普勒闪烁规律 55
2.4.1 微多普勒闪烁的建模 55
2.4.2 微多普勒闪烁的影响 57
2.5 太赫兹雷达粗糙目标微多普勒规律 58
2.5.1 表面粗糙目标散射建模 58
2.5.2 粗糙线目标摆动微多普勒特性 62
2.5.3 粗糙表面锥体进动微多普勒特性 65
2.5.4 粗糙圆柱旋转微多普勒特性 68
2.6 太赫兹雷达微动目标微距离调制规律 72
2.6.1 微距离特性 73
2.6.2 图像域规律 74
2.7 本章小结 77
参考文献 77
第3章 窄带太赫兹雷达微多普勒解模糊 80
3.1 引言 80
3.2 基于时频拼接的抗混叠参数估计 80
3.2.1 算法原理 80
3.2.2 算法流程 84
3.2.3 实验验证 85
3.3 基于模值Hough变换的微动参数估计 88
3.3.1 算法原理 88
3.3.2 算法流程 90
3.3.3 实验验证 91
3.4 基于逆问题求解的解模糊重建 96
3.4.1 不模糊时频图重建的逆问题建模 96
3.4.2 不模糊时频重建算法 97
3.4.3 实验验证 98
3.5 基于相位解缠的解模糊 104
3.5.1 相位解缠模型 104
3.5.2 解模糊算法 105
3.5.3 实验验证 107
3.6 本章小结 109
参考文献 110
第4章 宽带太赫兹雷达微多普勒解模糊 112
4.1 引言 112
4.2 基于脉内干涉的微多普勒解模糊 112
4.2.1 算法原理 112
4.2.2 实验验证 116
4.2.3 性能分析 119
4.3 基于联合幅度-相位调制的微多普勒解模糊 121
4.3.1 算法原理 121
4.3.2 算法流程 122
4.3.3 实验验证 125
4.4 本章小结 131
参考文献 131
第5章 太赫兹雷达微动目标参数估计 133
5.1 引言 133
5.2 振动干扰情况下目标微动参数估计 133
5.2.1 算法原理 133
5.2.2 实验验证 143
5.2.3 性能分析 149
5.3 微小振动目标微动参数估计 151
5.3.1 算法原理 151
5.3.2 实验验证 153
5.3.3 性能分析 157
5.4 粗糙表面目标微动参数估计 158
5.4.1 粗糙表面目标散射特性 158
5.4.2 算法原理 160
5.4.3 实验验证 161
5.5 基于时频变换域窄带成像的粗糙目标微动参数估计 163
5.5.1 粗糙目标时频变换域窄带成像 163
5.5.2 基于窄带图像的微动参数估计 166
5.5.3 粗糙表面目标微动实验及分析 167
5.6 本章小结 171
参考文献 172
第6章 太赫兹频段微动目标平动补偿 174
6.1 引言 174
6.2 基于多项式拟合的目标低速平动补偿 174
6.2.1 算法原理 175
6.2.2 实验验证 178
6.3 基于二次补偿的目标高速平动补偿 181
6.3.1 算法原理 181
6.3.2 实验验证 185
6.3.3 性能分析 190
6.4 基于多层感知器的目标高速平动补偿 192
6.4.1 算法原理 192
6.4.2 实验验证 196
6.4.3 性能分析 197
6.5 基于HRRP一阶条件矩的平动和微动参数估计 198
6.5.1 基于参考距离实时测量的方法 198
6.5.2 微动和平动参数联合估计 206
6.6 本章小结 215
参考文献 215
第7章 太赫兹雷达微动目标二维成像 218
7.1 引言 218
7.2 微动目标高分辨/高帧频成像 218
7.2.1 成像算法 219
7.2.2 实验验证 221
7.2.3 基于高分辨/高帧频成像的微动目标参数反演 227
7.3 粗糙表面微动目标高分辨成像 232
7.3.1 成像算法 232
7.3.2 实验验证 233
7.4 振动干扰情况下高分辨成像 238
7.4.1 振动对目标高分辨成像的影响分析 238
7.4.2 基于自聚焦的振动补偿算法 241
7.4.3 基于特显点的振动补偿算法 248
7.5 基于稀疏贝叶斯的方位俯仰微动目标成像 251
7.5.1 压缩感知理论简介 251
7.5.2 单频方位俯仰成像的稀疏表示模型 253
7.5.3 实验验证 258
7.6 本章小结 261
参考文献 261
第8
试读
第1章 概论
1.1 背景及意义
太赫兹(terahertz， THz)波通常是指频率在0.1～10THz(对应波长为3mm～30μm)的电磁波，其频率介于微波与红外可见光之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡频段，在电磁波谱中占据特殊的位置，具有与其他波段不同的特殊性质，受到世界强国的高度重视[1-7]。国外方面，美国将其评为“改变未来世界的十大技术”之一，从20世纪90年代开始，美国国防高级研究计划局(Defense Advanced Research Projects Agency， DARPA)便持续安排了一系列太赫兹技术相关计划，主要包括亚毫米波焦平面成像技术(sub-millimeter wave imaging focal-plane-array technology， SWIFT)、高频集成真空电子学(high frequency integrated vacuum electronics， HiFIVE)、视频合成孔径雷达(video synthetic aperture radar， ViSAR)、成像雷达先进扫描技术(advanced scanning technology for imaging radars， ASTIR)和专门雷达特征解决方案(expert radar signature solutions，ERADS)等计划，这些计划涉及太赫兹器件、测量、特性以及应用等各个方面，对于推动美国太赫兹技术的发展具有十分重要的意义。此外，欧洲联盟也相继推出了第七框架计划和第八框架计划，大力发展太赫兹安检、通信、芯片、微制造等技术[8-11]。日本将其列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首，持续支持太赫兹科学研究。在这场太赫兹技术研究热潮中，各国都希望在太赫兹技术的研究和应用中获得一席之地。国内方面，近年来863计划、973计划以及国家自然科学基金项目等的支持，使得太赫兹波产生、检测、传输发射组件以及应用系统取得了重要进展[12-15]。我国在2005年11月专门召开了“香山科技会议”，专门讨论我国太赫兹事业的发展方向，并制定了我国太赫兹技术的发展规划。太赫兹技术和太赫兹雷达正处于实验验证向实际应用的过渡阶段，基础研究和应用研究均呈现出强劲发展的势头。尽管在器件成熟度、性能极限、应用方式等方面存在一些问题，但其科学价值、发展潜力和应用前景得到了越来越多的关注和认可[16]。
相比微波/毫米波雷达，太赫兹雷达波长短，带宽大，具有极高的分辨率，能够获取目标运动、细微结构和材料等特性。相比光学/激光设备，太赫兹雷达在保证高分辨的同时能够进行全天时全天候侦察，可以利用带宽和阵列实现目标三维成像，具有更好的穿透性和更宽的波束，容易实现目标波束覆盖。此外，太赫兹雷达避开了传统隐身材料的吸波频段，有利于隐身目标的探测[17，18]。因此，太赫兹雷达在军事领域具有广阔的应用前景[19-21]。近些年来，随着太赫兹源、检测和相关器件的出现，太赫兹雷达技术发展迅速，国内外报道了很多太赫兹雷达系统，其主要应用于高分辨成像研究中[22-27]。但是，目前的研究对象主要是静止目标或简单的运动目标，针对太赫兹频段微动目标的研究还很少。
微动是指目标或目标组成部分相对雷达的小幅度非匀速往复运动或运动分量，由此带来的多普勒频移和频带展宽称为微多普勒[28]。微动在自然界和实际生活中普遍存在，如车辆引擎带来的车体振动、人体行走时四肢的摆动、雷达天线的旋转、中段弹道导弹的进动等。微动目标的微多普勒特征可以反映目标的电磁特性、几何结构和运动特征，为雷达目标特征提取和目标识别提供了新的途径[29，30]。自Chen等[31-33]提出“微多普勒”这一概念，微多普勒特征就引起了国内外学者的广泛关注，出现了研究目标微动和微多普勒的高潮。近些年来，针对目标微动的建模、分析、提取和成像等的研究取得了很多研究成果，这使得微多普勒特征成为目标识别的有效途径和重要补充手段[34-39]。但是，之前的研究基本是在传统微波频段开展的，并不能完全适用于太赫兹频段。太赫兹频段作为微波与红外之间的过渡频段，同时具有这两个频段的优势，但是也同时具有这两个频段的某些劣势。因此，太赫兹频段目标微动特征提取需要研究太赫兹频段下目标微动的新现象和新问题，针对太赫兹频段的特殊性进行分析，提出适用于太赫兹雷达的目标微动特征提取算法[40]。
本书以微动目标为研究对象，深入研究太赫兹雷达目标微动特征、目标微动参数估计和微动目标高分辨成像等关键问题，尤其是针对太赫兹频段的特殊性，提出发挥太赫兹频段优势、解决太赫兹频段问题的方法，所提方法大多进行了实验验证，对于解决实际问题具有较大裨益，对太赫兹雷达非合作目标，尤其是带有微动部件的非合作目标的成像识别具有重要意义。
1.2 国内外研究现状
为了了解国内外太赫兹频段微动目标特征提取的研究现状，本节首先简要介绍国内外典型太赫兹雷达系统，给出其参数、原理和性能分析；然后重点介绍国内外在太赫兹频段目标微动特征提取方面的研究工作，并通过对比指出目前太赫兹雷达目标微动特征提取研究存在的问题。
1.2.1 太赫兹雷达
1. 国外研究现状
在太赫兹雷达技术研究的热潮中，比较有代表性的
