太赫兹雷达具有载频高、易实现大带宽和极窄波束的特点,而太赫兹波对人体无害和对非极性材料的良好穿透性使其在重点区域安检、医学目标检测等方面具有广阔的应用前景。另一方面,雷达三维成像可以更准确的还原成像场景中的目标三维分布,为目标的检测、识别等后续处理提供更丰富的特征信息。将太赫兹雷达应用于三维成像可以有效提高雷达的成像分辨率,拓展雷达三维成像的应用范围。雷达成像模式和相应的成像算法是太赫兹雷达三维成像技术的关键。不同应用场景下的雷达三维成像模式和成像算法不能一概而论,而需要开展具体的分析和研究。本文将对太赫兹雷达CSAR三维成像、阵列CSAR三维成像和基于小型无人机群载雷达的三维成像等内容开展深入的讨论和研究。本论文的主要工作和贡献有以下几个方面:1.基于课题组研制的太赫兹雷达系统样机,介绍了太赫兹雷达的信号模型。针对其存在的调频斜率非线性问题,提出了通过参考信号补偿实现非线性校正的方法。利用上述太赫兹雷达样机,对太赫兹雷达目标的二维和三维散射特性进行了测量和分析。最后详细介绍了两种常用的雷达三维成像模式,即CSAR模式和LASAR模式的三维成像机理、三维成像分辨率和基本的三维成像算法。2.针对太赫兹CSAR模式的三维成像开展了进一步的算法研究。首先在CSAR二维FFBP算法的基础上,通过平面旋转的方式获得场景的三维空间极坐标划分格式,提出了CSAR的三维FFBP成像算法,相比BP三维成像算法提高了运算效率。接着研究了基于PFA的CSAR三维成像算法,该算法将回波投影到每个二维平面并采用PFA进行成像,针对其中的距离近似误差问题,分析了该算法的适用场景。最后针对太赫兹CSAR柱面成像,提出了基于CZT的子孔径成像算法,相比采用STOLT插值的算法有效提高了运算效率。3.针对太赫兹雷达的安检应用场景,提出了阵列CSAR三维成像模型,即在CSAR模式的基础上,在高度维采用线性天线阵列的方式形成该维度上的孔径,解决了CSAR模式下高度维分辨率对雷达俯仰角依赖的问题。提出了阵列CSAR的波数域三维成像算法并分析了天线阵列的采样条件。针对太赫兹波长短,天线阵元间距难以满足采样要求的问题,设计了天线稀疏阵列模式,并提出了基于SBL的稀疏重构成像算法,实现了目标沿高度向散射系数的重建。4.针对小型无人机载雷达三维成像开展了研究。结合小型无人机载雷达的应用场景和平台条件,提出了小型无人机群模式的雷达成像方案。在此模式下,为了提升小型无人机群载雷达成像的实用性,提出了各雷达同时收发的工作模式,并进一步分析了采用分频形式的雷达发射信号模型和相应的回波模型。基于上述成像模型和信号模型,研究了小型无人机群载雷达的三维成像算法。本文围绕太赫兹雷达三维成像技术开展了一系列研究,结合太赫兹雷达的特性和具体的三维成像应用场景,研究了具体的三维成像模型和相应的三维成像算法,为太赫兹雷达成像的应用提供了技术支撑。