毫米波通道式多输入多输出成像系统研制与算法研究

发布时间：2023-03-19 11:57

　　长久以来,科学家和工程师在电磁波各频段之间辛勤耕耘,从辐射源到探测器,探测应用及算法设计,取得了丰富的成果。安检作为探测技术应用之一,延伸出了众多手段,几乎覆盖了硬件技术所能达到的所有频段,但是从探测能力而言,X射线成像仪仍然具有最强的竞争力:强大的穿透能力保证了高信噪比,容易获得层析能力;短波长可以得到更好的空间分辨率,同时意味着强辐射能量,因此在人体安检成像中,X射线对活体细胞的伤害常常被诟病。于是,希望找到一种探测波具有强穿透力和高分辨率,但是低辐射剂量,毫米波在一定程度上能够满足这种要求。毫米波位于频段30-300GHz,波长1-10mm,在微波与太赫兹波之间。毫米波对常见的衣物材料具有穿透能力(尤其是毫米波低频段),但是无法穿透活体皮肤,能够实现体表成像;具有厘米至毫米量级空间分辨率,能够有效识别常见的金属和多种非金属(爆炸物、塑料、陶瓷等)材料违禁品;远小于手机的辐射剂量,不会对人体造成伤害。毫米波与活体体表及金属的作用以散射场形式被天线接收,通过某种图像重建方法获得目标图像,并在图像处理层面辨识目标种类。本文提出一种通道式MIMO毫米波成像系统,针对该系统的研发和算法设计...

【文章页数】：182 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 毫米波成像技术的研究现状
    1.3 研究框架与论文内容
第2章 电磁散射与雷达成像
    2.1 引言
    2.2 电磁散射问题与逆问题
    2.3 雷达成像的回波模型
    2.4 脉冲压缩技术
    2.5 阵列采样定律及分辨率估计
    2.6 本章小结
第3章 通道式毫米波成像仪系统设计与阵列优化
    3.1 引言
    3.2 天线阵列设计与优化
        3.2.1 周期型阵列设计
        3.2.2 稀疏阵列优化
    3.3 基于FD-MIMO技术的收发系统设计
    3.4 本章小结
第4章 MIMO阵列成像方法
    4.1 引言
    4.2 传统的MIMO阵列成像方法
        4.2.1 MIMO反投影算法及其改进算法
        4.2.2 MIMO距离偏移算法
    4.3 MIMO平面阵列相移偏移成像算法
        4.3.1 单站雷达PSM成像
        4.3.2 MIMO阵列PSM成像
        4.3.3 钻孔PSM成像
        4.3.4 数值仿真与实验结果
    4.4 基于相干因子的加速超分辨距离偏移算法
        4.4.1 基于相干因子的距离偏移成像
        4.4.2 基于二维迭代自适应方法的距离偏移成像
        4.4.3 全变差正则化相移偏移成像
        4.4.4 数值仿真结果分析
        4.4.5 实验结果及分析
        4.4.6 算法运算量估计
    4.5 双阵列RMA成像
        4.5.1 成像原理
        4.5.2 数值仿真结果
    4.6 基于维度分解的距离偏移算法
        4.6.1 基于维度分解的距离偏移算法原理
        4.6.2 数值仿真结果分析
        4.6.3 算法计算量估计
    4.7 本章小结
第5章 毫米波成像系统仿真与实验
    5.1 引言
    5.2 复标量响应与散射场
    5.3 三维成像实验平台开发
        5.3.1 实验平台整体方案
        5.3.2 天线阵列与阵元设计
        5.3.3 电子开关组设计及成像影响讨论
        5.3.4 通道相位校正方法
    5.4 三维成像仿真及实验结果
        5.4.1 天线波束宽度与成像分辨率
        5.4.2 危险物品及人体目标成像仿真结果
        5.4.3 毫米波阵列成像实验结果
    5.5 本章小结
第6章 总结与展望
    6.1 主要研究工作
    6.2 主要创新点
    6.3 进一步研究建议
附录A 天线阵元仿真与测试结果
    A.1 天线阵元仿真结果
    A.2 天线阵元测试结果
参考文献
作者简介及攻读博士期间科研成果
致谢



本文编号：3765206