● 摘要
太赫兹（Terahertz，THz）波是位于红外光和毫米波之间的电磁波，是科学技术上电子学向光子学的过渡区域，是一个目前人类正在探索和加以利用的频段。近年来，随着太赫兹源及相关器件的发展，太赫兹频段一些优异的物理特性被发现，THz波技术可望在雷达、遥感、通信、安全检测、谱分析、医学诊断等领域取得重要的应用。太赫兹波目标辐射特性研究为辐射计探测以及辐射特性控制提供理论基础，是目前国内外被动探测与识别重要的研究方面。应用太赫兹雷达对目标进行探测和成像的物理基础是太赫兹波与目标相互作用的散射特性，太赫兹波目标散射特性研究不仅是太赫兹雷达探测研究的重要基础，也是雷达系统的链路设计、特征提取及成像算法的重要依据。为了能够有效地发挥太赫兹雷达探测的效能，开展太赫兹波目标散射特性研究是太赫兹雷达探测技术发展的必然要求和发展趋势。
本论文对目标在太赫兹波段被动探测的辐射特性和主动探测的散射特性进行了研究。论文的研究工作主要包括以下几点：
(1) 对复杂目标的太赫兹波被动探测的辐射特性进行了研究。首先从理论上分析了太赫兹波目标辐射测量的基本原理。然后以典型地面军事目标装甲车辆（坦克）为对象，通过温度场计算、太赫兹波大气辐射传输特性研究及传感器成像系统作用模拟，对装甲车辆目标进行太赫兹波段被动探测的成像仿真，渲染输出目标的太赫兹辐射特性场景图像，使仿真结果的辐射与实际目标的辐射在太赫兹波成像系统观察下达到等价效果。
(2) 研究了太赫兹波目标散射特性分析方法。提出了采用分区显示算法改进后的GRECO物理光学方法计算太赫兹波段具有超电大尺寸的实际复杂目标的雷达散射截面。针对图形加速卡硬件本身的现实分辨率达不到较准确地计算高频区真实尺寸复杂目标RCS的需要的问题，提出了多台显示器拼接和图形分区显示算法两个备选解决方案，经过比较分析，最终引入了分区显示算法，从而解决GRECO受限于显示分辨率问题。通过将GRECO程序迁移至64位平台，有效的解决海量剖分数据的读取与显示列表存储问题。
(3) 研究了自由空间中太赫兹波段超电大导体目标雷达散射截面的高频分析方法。以多种标准体目标（球、平板和圆锥体等）和典型军事目标（导弹弹头和飞机等）为研究对象，将物理光学分析方法和图形电磁计算方法相结合，采用分区显示算法改进后，在Visual C++ 2010程序中实现目标的OpenGL显示，对目标进行消隐判断，提取像素面元法矢量和深度缓存等有效信息，计算了自由空间中太赫兹波段超电大导体目标的雷达散射截面。最后，将程序计算结果与采用FEKO大面元物理光学法软件仿真结果进行比较，结果证明采用分区显示算法改进后的GRECO物理光学方法具有有效性和准确性。
(4) 对在太赫兹波段具有粗糙表面的超电大尺寸涂覆层目标的散射特性进行了研究。考虑到涂覆目标表面粗糙度在太赫兹波段的影响，先对目标表面反射系数进行修正，再利用反射系数对等效电磁流进行修正，得到粗糙涂覆表面的等效电磁流，然后在物理光学表达式的基础上得到粗糙表面涂覆目标的雷达散射截面。也就是说，针对表面粗糙度在太赫兹波段对涂覆目标RCS值的影响，在光滑表面涂覆目标散射特性研究的基础上引入了表面粗糙度对涂覆目标RCS值的影响，得到了太赫兹波段粗糙表面涂覆目标的RCS表达式，同时得到了粗糙表面涂覆目标RCS与光滑表面涂覆目标RCS之间的关系。最后，为了保证计算精度，采用分区显示算法改进后的GRECO物理光学方法，利用Visual C++ 2010程序实现目标模型的OpenGL分屏显示，提取像素面元的有效信息对具有超电大尺寸的实际典型军事涂覆目标进行了仿真分析。
(5) 对太赫兹波段爬行波雷达散射截面进行了研究。根据光滑凸表面的一致性绕射理论（UTD）给出爬行波的后向散射电磁场计算公式，然后按照RCS定义计算爬行波的散射贡献，并给出了采用最小夹角算法对爬行波在凸曲面上进行短程线的寻迹而得到爬行波路径的工程求解方法。针对典型军事目标三维机翼进行了仿真计算。