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毫米波非大气窗口频段虽然在大气层内传播时衰减剧烈，但在近程范围内的高速公路智能管理系统、汽车防撞雷达、军用武器末端探测系统和被动目标识别系统中具有良好应用前景。近年来，随着半导体技术和单片技术的发展，非大气窗口频段的氧气吸收谱线60GHz和118GHz频段在近程探测领域的应用条件成熟。从非大气窗口频段在自然环境下的传播衰减特性分析和衰减对近程探测的影响研究入手，通过非大气窗口频段近程探测关键技术研究，设计了“60GHz频段LFMCW雷达”、“118 GHz频段和差式辐射计”和“118GHz谐波辐射计”系统，进行实践验证。 全文的研究内容包括以下几个方面: 1、研究了毫米波非大气窗口频段大气传播特性，分析大气吸收和散射，以及非大气窗口频段由云雾、降雨、降雪等天气情况引起的衰减，分析降雨的后向散射对主动探测中探测距离、信噪比等特性的影响。并对非大气窗口频段的反侦察和抗干扰特性进行评估，并利用60GHz雷达进行抗干扰特性实验验证。 2、对LFMCW雷达去距离多普勒耦合和速度模糊的方法进行了分析，利用二维傅里叶变换与多普勒频率串法(DFC)相结合实现非大气窗口频段LFMCW雷达去速度模糊。为解决LFMCW雷达非线性问题和提高测距精度，对比分析了几种调制斜率参数估计方法:短时傅里叶变换法(STFT)、维纳威尔分布(WVD)、分数阶傅里叶变换法(FRFT)。根据这几种参数估计法集聚性差、存在交叉项影响、搜索时间长等问题，提出利用离散双正交傅里叶变换法(WBDFT)进行调制斜率参数估计和线性度校正。 3、提出利用加窗双正交傅里叶变换法(WBDFT)结合一次下变频闭环反馈电路，实现LFMCW系统的非线性校正和高精度测距。利用模拟窄带滤波和数字带陷滤波方法解决寄生幅度调制问题。研究设计了相应60GHz频段LFMCW系统进行理论和实验验证。 4、对118GHz近程被动探测进行理论和应用研究。提出和差式辐射计的目标二维识别定位方法，并设计了118GHz和差式辐射计系统，进行实验验证。在对微波源非线性谐波产生和分析基础上，构建118GHz宽动态范围谐波监测辐射计系统，并针对39.3GHz雷达的谐波进行监测分析。