太赫兹雷达成像逐渐成为高分辨雷达成像的研究热点之一,能够同时综合光学成像分辨率高和微波成像穿透性强的优势,但是传统太赫兹雷达成像原理依赖于雷达和目标之间的相对运动,存在成像扫描耗时长和系统造价昂贵的问题。为克服传统太赫兹成像弊端,太赫兹孔径编码成像借鉴太赫兹成像、微波关联成像、计算成像技术的基本原理,通过编码超材料随机调制太赫兹波束,对回波中的目标散射信息编码标记,然后采用压缩感知等目标重构算法可实现前视、凝视条件下的高分辨雷达成像,与传统太赫兹成像形成互补。太赫兹孔径编码成像有高分辨、高帧频、造价低等优势,可广泛应用于安检反恐、战场侦察、医疗成像等领域。本文重点研究太赫兹孔径编码三维成像技术,对成像原理、编码优化方式,三维成像方法等关键问题进行了深入研究。第一章阐述了论文的研究背景与意义,回顾了太赫兹雷达成像、孔径编码天线和孔径编码成像技术的研究现状,指出了研究太赫兹孔径编码三维成像技术的必要性,最后介绍了本文的主要研究内容和组织结构。第二章研究了太赫兹孔径编码成像的成像原理模型和编码优化方式。首先介绍了基本原理和成像模型,阐述了孔径编码成像的高分辨原理,针对稀疏目标和扩展目标分别研究了多种目标重构算法的成像性能。然后根据编码位置,编码对象和编码方式对编码策略分类,建立了不同编码策略下的孔径编码成像模型,仿真对比分析了不同编码策略的高分辨成像能力,同时分析梳理了影响孔径编码成像分辨率的主要因素,为孔径编码三维成像方法研究奠定了理论基础。第三章基于二维成像平面网格划分,研究了基于空间网格划分的太赫兹孔径编码三维成像方法。首先从二维成像平面网格剖分出发,由浅入深阐述了基于空间网格剖分的三维成像原理,对三维简单稀疏目标进行成像仿真,说明了基于空间网格划分的孔径编码三维成像可行性。然后针对近场条件下电大尺寸复杂目标的高分辨成像问题,分别提出了针对二维成像的准光扫描设计方案和针对三维成像的准光扫描优化设计方案,实现了对大场景成像区域分块扫描,减少了单次成像需要重构的网格单元数目,有效降低了孔径编码成像的计算复杂度。最后基于分块准光扫描,进一步提出了基于多分辨重构的三维成像方法,仿真实现了近场三维人体目标高分辨成像。第四章基于脉冲压缩原理,研究了基于距离域切片的太赫兹孔径编码三维成像方法。该方法分割提取不同距离切片的回波信号,可以独立并行重构不同距离切片对应的二维成像平面,避免了距离维度的网格剖分,有效解决了三维成像计算复杂度高的问题。本章首先介绍了距离域切片成像方法的基本原理和成像模型,介绍了采用解线频调脉压的方式处理线性调频回波信号获取距离域切片的方法,然后提出了基于匹配滤波脉压的方式处理随机跳频回波信号获取距离域切片的方法,实验证明了距离域切片成像方法可实现低信噪比下的高效率、高精度目标重构。然后针对低信噪比下存在较多伪散射信息的问题,提出了基于卷积神经网络的增强成像方法,进一步提高了目标重构精度。最后针对低信噪比下的一维距离域切片难以提取的问题,提出了基于信息几何的辅助成像方法,仿真证明该方法能够提取距离域切片,进一步完善了距离域切片的孔径编码三维成像方法。第五章基于距离域切片成像方法,研究了基于距离域切片和平面分区联合重构的太赫兹孔径编码三维成像方法。尽管基于距离域切片的三维成像方法能够在一定程度上减少计算复杂度,电大尺寸的二维成像平面和高分辨的网格剖分下仍然存在极大的计算负担。本章首先介绍了基于距离域切片和平面分区联合重构的成像原理、过程和数学模型,该方法可实现对不同平面分区的空间回波分离,有效解决了参考信号矩阵规模过于庞大的问题。然后根据空间回波分离方式的区别分别提出了基于相关处理的成像方法,基于后向投影的成像方法和基于傅里叶变换的成像方法。相比于基于空间网格划分和基于距离域切片的三维成像方法,仿真证明本章所提方法能够以较低的计算复杂度下实现更高的目标重构精度。第六章总结了全文主要研究成果,并梳理了下一步的工作计划。