太赫兹雷达通用平台实现与信号处理算法研究

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太赫兹波段是目前国际上倍受关注的频段,它是指频率为0.1THz到10THz,波长在3mm到30um之间的电磁波。因其具有的大带宽、高频率、对金属物体的强穿透性等特性,被广泛的应用于战场环境检测、安防图像检查、目标无损探测以及雷达三维成像等领域。因其在目标检测与成像方面的独特优势以及与雷达技术的完美契合,太赫兹雷达技术已经成为了国内外的研究热点。国内目前对于太赫兹前端器件的研究已取得一定的成果,但是对于太赫兹雷达前端器件验证系统方面的研究还存在些许的不足之处。据调研分析,市面上正缺少一种支持多领域应用的太赫兹前端器件功能验证平台。针对这个问题本次课题结合实际项目需求,进行太赫兹雷达通用平台的设计与实现。为解决多领域的太赫兹前端器件快速应用验证问题,在普通雷达基本架构的基础上,通过调研目前常用的太赫兹波段雷达探测系统结构,分析其结构特性,结合信号处理的功能需求以及设计指标,提出了一种支持多领域应用的太赫兹雷达通用系统架构,并完成平台设计。然后针对太赫兹雷达目标回波信号处理中,噪声以及环境杂波对信号的影响问题,结合对噪声与杂波特性的分析结果,采用了一种适用于太赫兹雷达回波信号的降噪算法,对算法进行了原理分析、参数设计以及仿真测试,验证算法降噪性能;接着还针对后续的回波中频频率检测精度问题,采用了一种回波中频检测精度提高算法,对算法进行了理论分析与实现架构设计,通过仿真测试,验证其性能。最后对太赫兹雷达信号处理系统进行了FPGA(Field Programmable Gate Array)模块设计与程序实现,主要实现模块包括:双通道A/D采样模块、FIR滤波模块、信号降噪处理模块以及中频检测精度提高模块。为验证太赫兹雷达系统的性能,搭建出太赫兹雷达系统实物平台,完成了太赫兹雷达系统目标探测、距离测量以及距离分辨率测试等功能性试验,最终系统联调试验结果表明,本文设计的太赫兹雷达通用平台支持完整的目标探测、距离探测功能且功能指标达到设计要求。
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