复杂地物目标的近垂直后向散射特征是影响雷达高度表回波波形的重要因素之一。对近垂直后向散射系数的获取主要采用基于参数模型的实测数据拟合方法, 但一般只适用于地势平坦且介质相对单一的地海面目标。本文基于机载雷达高度表, 针对复杂地物目标的距离-多普勒图像仿真实验数据和实测数据, 利用距离-多普勒域和地球空间域的映射关系, 提出一种后向散射系数的反演算法, 并对得到的后向散射系数进行定量分析。实验验证了提出的反演算法具有一定的适用性和参考性。

针对箔条微动对回波信号调制的问题, 提出一种单根箔条回波构建方法。首先建立单根箔条的典型微动模式的运动学方程, 然后基于散射中心对该微动模式下的单根箔条回波进行仿真, 最后通过时频方法对单根箔条回波信号的微动变化规律进行分析。仿真结果表明, 建立的单根箔条微动模型能够有效地反映箔条回波信号的微动特性, 为精确建立箔条云回波模型提供了技术支撑, 并为有效识别箔条干扰、改善雷达性能提供了理论依据。

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。

将全极化信息引入站开式全息成像系统中,设计了一种频率为0.14 GHz的全极化宽带雷达,并基于该系统完成了隐藏目标检测的太赫兹波站开式全极化全息成像实验。利用极化目标分解方法,分析了隐藏目标的低熵极化散射,研究了在不同角度照射下的平均极化散射机制。实验结果表明:在0.14 THz频段下,典型衣物材料的遮挡会改变背景杂波的散斑样式,但对强散射回波目标的极化散射影响很小;人造目标的极化散射熵较背景杂波更小;模型手枪的主要散射机理为光滑表面对应的低熵表面散射,其中套筒上的斜纹包含了低熵多次散射,这是该目标交叉极化回波的主要来源。

建立了包含镜面反射分量的毫米波全息成像中的部分发育散斑模型。将部分发育的散斑模型与毫米波全息成像的卷积过程相结合,推导了等效散射中心个数,建立了散斑对比度与高斯粗糙面均方根高度、相关长度和成像分辨率的关系。基于近场物理光学法,对随机粗糙面的毫米波全息散斑图样进行了蒙特卡罗仿真和散斑对比度分析。结果表明,当等效散射中心个数较少时,该模型与随机积分法及仿真所估计的散斑对比度一致,优于传统模型的估计结果。

在针对人体安检的站开式太赫兹阵列雷达三维成像中, 散斑效应严重影响了对体表隐藏违禁品的检测和识别性能, 为此, 对全息散斑进行有效抑制有着迫切的需要。利用目标旋转带来的角度自由度, 结合目标散射对角度的敏感性, 提出了一种基于相关视角多视校正的太赫兹全息雷达散斑抑制方法。在理论上推导了全息雷达散斑强度在相关角度照射下的归一化协方差表达式, 给出了相关视角多视处理后的散斑对比度。在实验上利用340 GHz站开式MIMO阵列成像系统的快速成像的优势, 对低速旋转目标在相关视角下的单视成像结果进行成像空间旋转校正、目标配准和多视处理。处理后散斑对比度降低至单视散斑的44％, 散斑得到了有效抑制, 目标轮廓明显, 细节更加丰富。该方法能够在不增加系统复杂度的条件下有效抑制散斑噪声, 实现图像增强。

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0.6 m×1 m，成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz，采用直径450 mm椭球镜聚焦，在5.8 m的成像距离实现了2 cm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12 GHz。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。

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.

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.

阵列设计作为多输入多输出(MIMO)雷达成像系统中的一项关键技术直接影响系统成像性能。通过分析MIMO雷达成像模型, 探讨了基于等效阵列概念的MIMO阵列设计方法, 并讨论了近场效应对成像结果的影响。基于所构建的MIMO雷达成像实验系统, 进行了近场微小金属目标二维成像试验。实验结果表明: 该阵列设计方法在120~150 GHz的适用性, 验证了毫米波MIMO雷达近场成像能力。