缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(rcs)研究

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．21(2014)214102缩比模型的宽频时域太赫兹雷达散射截面(RCS)研究冰梁达川)魏明贵)谷建强)十尹治平2)欧阳春梅)田震)何明霞)韩家广){张伟力)1)(天津大学太赫兹研究中心，精密仪器域光电子工程学院，光电信息技术教育部重点实验室，天津300072)2)(合肥工业大学光电技术研究院合肥230009)(2014年5月7日收到；2014年6月11日收到修改稿)本文首次以钛宝石飞秒激光振荡级为抽运源，搭建了国内首套宽频时域太赫兹雷达(带宽0．1—1．3

2、THz)并进行了基于标准球的系统校正验证．利用该雷达测量了太赫兹波段三种缩比模型的散射时域信号．通过改进后的后向投影算法对模型的轮廓外形进行了成像研究，验证了新型时域散射信号成像机理．太赫兹雷达更高的频率，宽谱的特征和高分辨率成像的能力有望用于隐形外形设计过程，成为新兴的太赫兹散射特征研究平台．关键词：太赫兹，雷达，雷达散射截面，成像PACS：41．20．Jb，84．40．Xb，87．50．U～，42．30．一dDOI：10．7498／aps．63．214102更大，特别适合于大型目标探测；第二，理论上太1引言

3、赫兹波雷达将比微波雷达具有更高的横向分辨率，同时太赫兹的信号绝对带宽大，目标成像识别能力太赫兹波是指频率为0．1—10THz(波长3m—也即纵向分辨率远高于普通微波雷达；第三，目前m一30m)的电磁波[，，在基础研究、生物医学、隐形飞机尚无针对太赫兹波段设计的，对该频段探安全监测等领域具有广泛的应用前景[3-6]．近年测系统难以获得有效的隐形效果，因此太赫兹雷达来，物体对太赫兹波的散射机理的研究越发得到重具有反隐潜力．当前大部分太赫兹雷达成像都是视，而太赫兹波段的雷达工作则吸引了越来越多研基于单频或扫频方式完成

4、的，频段大都集中在0．3究者的注意，例如马萨诸塞州立大学和美国喷气实THz以下，难以达到标准的太赫兹波段(1THz及验室都在太赫兹雷达的散射特征测量和成像领域做了大量的先期工作[7-12】，而国内的工程物理研以上1，因而没能完全发挥太赫兹短波长所带来的究院和中国科学院电子研究所等单位也在太赫兹横向分辨率优势；而又由于扫频的频谱宽度一般散射成像领域野取得了一些先期研究成果【坞一15]．较窄f10GHz)，极大地限制了成像纵向分辨率的太赫兹雷达系统中一类主要的分支是用于测量物提高．体的雷达散射截面fRCS)，这类系

5、统的主要优势在因为这些问题，太赫兹时域光谱技术显现出于[16,17】：首先，太赫兹波的波长比普通雷达波段其在雷达探测领域独有的优势．20世纪80年代，更短，运用在缩比模型RCS探测中可使缩比比例Grischkowsky等发明了太赫兹时域光谱技术ftera-}国家重点基础研究发展计划(批准号：2014CB339800)、国家自然科学基金(批准号61107053，61138001)和国家重大科学仪器设备开发专项(批准号：2011YQ150o21)资助的课题．十通讯作者．E—mail：gjq~tju．edu．cn{通

6、讯作者．E．mail：jiaghan@tju．edu．ca◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyt切：／／wulixb．咖hy．ac．ca物理学报ActaPhys．Sin．’Vo1．63，No．21(2014)214102目标物体(航母模型，战斗机模型等)被放置于以忽略不计．∞自≈＼趔馨伞聚苯乙烯塑料泡沫制成的支撑柱上，泡沫支撑柱中90％是由空气组成的，只有1O％是塑料，其空载散3太赫兹RCS∞测量∞与加成加像。加加射信号如图2所示，由图可知其太赫兹波段的反射率在噪声水平之下，因此可

7、推知载物台不影响对被3．1RCS与系统校准测物模型的测量．塑料泡沫柱同心安装在电动旋应用太赫兹雷达系统测量被测目标时，将目标转台上，可以360。全角度旋转，旋转精度达0．001。，模型(航母模型，战斗机模型等)替换校准反射镜，从而实现对被测目标的全角度散射测量．水平摆放在塑料泡沫支撑柱上并令物体轴动轴与载物台转动轴同轴．以一定角度步长转动旋转台至某一角度，随后测量该角度下被测物的散射太赫兹时域信号．旋转台转过360。后便获得被测目标的{全角度散射时域信号．利用这些时域数据，就可以三得到表征物体散射特性的RCS这

8、一核心参数．逞霎心逛薹三逞时域坐标／ps图2泡沫塑料载物柱的空载时域信号霉403020球体直径／cm100———^，——————一—10图4不同直径金属球的峰值电场强度及拟合曲线—20708090100所谓RCS，是反映目标截获和反射辐射功率能1『1’力的物理量，它定量表征了目标散射到雷达探测端一的电磁波强度，是雷达领域的关键技术指标．RCS一是用面积单位表征的参数，其普遍定义为[23