340GHz多发多收稀疏阵列成像技术研究
发布时间：2021-04-06 21:49
太赫兹成像可兼顾分辨率、穿透性和安全性,是人体安检的重要手段和前沿研究方向。本文基于340GHz多输入多输出（MIMO）稀疏阵列安检成像实验硬件平台,研究了太赫兹MIMO稀疏阵列成像算法和栅旁瓣抑制两个关键技术。成像算法方面,在MATLAB上实现了适用于本340GHz MIMO成像的时域成像算法BPA、频域成像算法RMA和基于平面波近似的快速成像算法,并通过仿真和实测实验分析对比了三种成像算法的成像性能。栅旁瓣抑制方面,重点研究了基于相干因子的太赫兹MIMO稀疏阵列成像栅旁瓣抑制技术。实现了基于CF加权因子、PCF加权因子和SCF加权因子的三种栅旁瓣抑制算法,并通过仿真和实测实验分析对比了三种算法的栅旁抑制瓣性能。
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统对隐藏的模拟爆炸装置的人体成像结果??
?３４０?ＧＨｚ多发多收稀疏阵列成像技术研究???结主动式有源雷达阵列安全检查成像系统的研宄现状。??１．２．１国内外典型安检成像系统概况??由于有电子元器件的制造能力和大量的研究经费支撑，欧美等发达国家较早开始太??赫兹领域的相关研究，也因此在太赫兹元器件的制造工艺和太赫兹成像技术等方面领先??于其他地区的国家。??早期的安检成像系统主要采用准光学二维点扫描和单发单收（ｓｉｎｇｌｅ－ｉｎｐｕｔ??ｓｉｎｇｌｅ－ｏｕｔｐｕｔ，ＳＩＳＯ）阵列二维扫描的工作模式。太平洋西北国家实验室（Ｐａｃｉｆｉｃ?Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ??Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＰＮＮＬ）从二十世纪九十年代就开始了太赫兹成像技术及其应用的??研究，经过了近三十年的发展，ＰＮＮＬ对成像系统结构设计、发射和接收天线阵列结构??设计及成像算法等方面都进行了大量深入研宄，取得了很好的成果。２００９年，针对站开??式隐藏武器探测应用，他们开发出有源３５０?ＧＨｚ准光学点扫描雷达成像系统，如图１．１??所示。该成像系统可在１０米的距离范围内操作，并在１０秒内获得完整的人体三维图像，??图１．２所示为成像系统对隐藏在衣物下的模拟爆炸装置的成像结果［８］。??ＩＳｉｌ??图１．１?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统??？?－?ｗ?－ｒｉｅｒｅｃｍｒ／－?ｊ?．??￡■■■??左边为光学图像、右边三组为几个角度投影??图１．２?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统对隐藏的模拟爆炸装置的人体成像结果??３??
?３４０?ＧＨｚ多发多收稀疏阵列成像技术研宄???２００７年，美国喷气推进实验室（Ｊｅｔ?Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，?ＪＰＬ）成功开发出第一台??分辨率较高的太赫兹成像系统，如图１．３所示。他们的系统发射的信号调频连续波??（ＦＭＣＷ）雷达信号，工作中心频率６００?ＧＨｚ。该系统在４ｍ距离处实现了?２ｃｍ的距离??分辨率Ｍ。从２００８年到２０１１年，他们不断地对该系统进行改进，提高了系统的成像距??离、成像分辨率和成像速度［１（Ｍ３］。??在１９９９年，ＰＮＮＬ团队提出了平面扫描系统［１４］。２００１年，Ｓｈｅｅｎ等人对前期的工??作进行扩展，研发了世界上第一个宽带信号情况下的毫米波全息人体成像系统，系统如??图１．４所示。在该系统中，使用水平一维ＳＩＳＯ阵列和驱动阵列垂直往复运动的机械结??构来产生等效的二维观测孔径［１５］。２０１０年，ＰＮＮＬ开发出另一种ＳＩＳＯ圆柱形扫描体制??下的毫米波人体成像系统［１６］［１７］。在该系统中，垂直构成的一维ＳＩＳＯ阵列和圆形扫描机??构用于形成圆柱形二维观察孔径。这个系统与他们在２００１年开发的ＳＩＳＯ平面扫描系统??相比一个显着优点是它可以实现３６０°照射，能够有效的减少成像盲区。??石）?咖麵ｃｎ，?ＲＦ??＊?．?一????５７議?ＧＨｚ?＿飢她？?５?．—??於？―：魯砂細匕－八：??Ｆ?３?２?６?１３６１３９，＾，??ＧＨｚ?Ｖ?ｙ??，．９Ｆ?ＬＯ?，?，Ｆｔ??ｆｆ?／?＾＿?ＲＦ１：ＬＯ?＇？??Ｉ?ａｎｄ?Ｑ?ＤＳＰ?，??＾?Ｊ＾ＴＩ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?［＿一各：??ＩＦ＇?＇?ＬＯ??ｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]340 GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统[J]. 崔振茂,高敬坤,陆彬,陈鹏,何月,秦玉亮,成彬彬,刘乔,何晓阳,邓彬,邓贤进. 红外与毫米波学报. 2017(01)
[2]布料的太赫兹波透射特性研究[J]. 王启超,汪家春,王科伟,苗雷,赵大鹏,刘洋. 发光学报. 2016(06)
[3]典型衣物的D波段透射率研究[J]. 刘杰,蒋均,成彬彬,陆彬,经文,张健. 光学学报. 2016(07)
[4]太赫兹近场人体安检成像原理系统与实验验证[J]. 刘杰,邓贤进,成彬彬,赵宇姣. 警察技术. 2016(03)
[5]MIMO雷达反向投影成像算法[J]. 王怀军,黄春琳,陆珉,粟毅. 系统工程与电子技术. 2010(08)
博士论文
[1]基于稀疏线阵MIMO-SAR的0.14THz安检成像系统[D]. 刘杰.中国工程物理研究院 2018
[2]太赫兹雷达成像机理与信号处理技术研究[D]. 江舸.中国工程物理研究院 2017
[3]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
[4]主动毫米波安检成像算法及系统研究[D]. 任百玲.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]MIMO雷达安检成像关键技术研究[D]. 葛桐羽.中国工程物理研究院 2017
本文编号：3122209
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：64 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统对隐藏的模拟爆炸装置的人体成像结果??
?３４０?ＧＨｚ多发多收稀疏阵列成像技术研究???结主动式有源雷达阵列安全检查成像系统的研宄现状。??１．２．１国内外典型安检成像系统概况??由于有电子元器件的制造能力和大量的研究经费支撑，欧美等发达国家较早开始太??赫兹领域的相关研究，也因此在太赫兹元器件的制造工艺和太赫兹成像技术等方面领先??于其他地区的国家。??早期的安检成像系统主要采用准光学二维点扫描和单发单收（ｓｉｎｇｌｅ－ｉｎｐｕｔ??ｓｉｎｇｌｅ－ｏｕｔｐｕｔ，ＳＩＳＯ）阵列二维扫描的工作模式。太平洋西北国家实验室（Ｐａｃｉｆｉｃ?Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔ??Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，ＰＮＮＬ）从二十世纪九十年代就开始了太赫兹成像技术及其应用的??研究，经过了近三十年的发展，ＰＮＮＬ对成像系统结构设计、发射和接收天线阵列结构??设计及成像算法等方面都进行了大量深入研宄，取得了很好的成果。２００９年，针对站开??式隐藏武器探测应用，他们开发出有源３５０?ＧＨｚ准光学点扫描雷达成像系统，如图１．１??所示。该成像系统可在１０米的距离范围内操作，并在１０秒内获得完整的人体三维图像，??图１．２所示为成像系统对隐藏在衣物下的模拟爆炸装置的成像结果［８］。??ＩＳｉｌ??图１．１?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统??？?－?ｗ?－ｒｉｅｒｅｃｍｒ／－?ｊ?．??￡■■■??左边为光学图像、右边三组为几个角度投影??图１．２?ＰＮＮＬ?２００９年的原型站立式成像系统对隐藏的模拟爆炸装置的人体成像结果??３??
?３４０?ＧＨｚ多发多收稀疏阵列成像技术研宄???２００７年，美国喷气推进实验室（Ｊｅｔ?Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ?Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ，?ＪＰＬ）成功开发出第一台??分辨率较高的太赫兹成像系统，如图１．３所示。他们的系统发射的信号调频连续波??（ＦＭＣＷ）雷达信号，工作中心频率６００?ＧＨｚ。该系统在４ｍ距离处实现了?２ｃｍ的距离??分辨率Ｍ。从２００８年到２０１１年，他们不断地对该系统进行改进，提高了系统的成像距??离、成像分辨率和成像速度［１（Ｍ３］。??在１９９９年，ＰＮＮＬ团队提出了平面扫描系统［１４］。２００１年，Ｓｈｅｅｎ等人对前期的工??作进行扩展，研发了世界上第一个宽带信号情况下的毫米波全息人体成像系统，系统如??图１．４所示。在该系统中，使用水平一维ＳＩＳＯ阵列和驱动阵列垂直往复运动的机械结??构来产生等效的二维观测孔径［１５］。２０１０年，ＰＮＮＬ开发出另一种ＳＩＳＯ圆柱形扫描体制??下的毫米波人体成像系统［１６］［１７］。在该系统中，垂直构成的一维ＳＩＳＯ阵列和圆形扫描机??构用于形成圆柱形二维观察孔径。这个系统与他们在２００１年开发的ＳＩＳＯ平面扫描系统??相比一个显着优点是它可以实现３６０°照射，能够有效的减少成像盲区。??石）?咖麵ｃｎ，?ＲＦ??＊?．?一????５７議?ＧＨｚ?＿飢她？?５?．—??於？―：魯砂細匕－八：??Ｆ?３?２?６?１３６１３９，＾，??ＧＨｚ?Ｖ?ｙ??，．９Ｆ?ＬＯ?，?，Ｆｔ??ｆｆ?／?＾＿?ＲＦ１：ＬＯ?＇？??Ｉ?ａｎｄ?Ｑ?ＤＳＰ?，??＾?Ｊ＾ＴＩ?ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ?［＿一各：??ＩＦ＇?＇?ＬＯ??ｂ
【参考文献】：
期刊论文
[1]340 GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统[J]. 崔振茂,高敬坤,陆彬,陈鹏,何月,秦玉亮,成彬彬,刘乔,何晓阳,邓彬,邓贤进. 红外与毫米波学报. 2017(01)
[2]布料的太赫兹波透射特性研究[J]. 王启超,汪家春,王科伟,苗雷,赵大鹏,刘洋. 发光学报. 2016(06)
[3]典型衣物的D波段透射率研究[J]. 刘杰,蒋均,成彬彬,陆彬,经文,张健. 光学学报. 2016(07)
[4]太赫兹近场人体安检成像原理系统与实验验证[J]. 刘杰,邓贤进,成彬彬,赵宇姣. 警察技术. 2016(03)
[5]MIMO雷达反向投影成像算法[J]. 王怀军,黄春琳,陆珉,粟毅. 系统工程与电子技术. 2010(08)
博士论文
[1]基于稀疏线阵MIMO-SAR的0.14THz安检成像系统[D]. 刘杰.中国工程物理研究院 2018
[2]太赫兹雷达成像机理与信号处理技术研究[D]. 江舸.中国工程物理研究院 2017
[3]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
[4]主动毫米波安检成像算法及系统研究[D]. 任百玲.北京理工大学 2014
硕士论文
[1]MIMO雷达安检成像关键技术研究[D]. 葛桐羽.中国工程物理研究院 2017
本文编号：3122209
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