应用于材料无损检测的三维太赫兹波成像雷达研制
发布时间：2021-02-23 10:30
近年来,太赫兹成像技术得到了越来越多的关注和研究,已经逐步应用于生物医学、导引雷达、人体安检和材料无损检测等多种领域。太赫兹波上承近红外波段,下接毫米波段,其技术部分涉及电子学理论,部分涵盖光学机理。按照辐射源类型,太赫兹成像系统分为太赫兹时域光谱系统和太赫兹连续波系统。与太赫兹时域光谱系统相比,太赫兹连续波系统通常工作在太赫兹低频段,适合远距离探测或较厚材料的深度测量,因为在太赫兹低频段处大气中水吸收峰较少,且太赫兹波在介质中传输损耗小。同时,太赫兹连续波系统大多为全固态电子电路结构,其简单可靠,便于集成和携带,能更好地适应恶劣的工程环境,且成本也较低,更具实用价值。相比较于其它波段的无损检测技术,太赫兹连续波雷达还具有一些独特优势:与微波相比,成像分辨率是毫米量级,足以满足多数场合待测目标的识别精度;与光波相比,对非金属、非极性材料的穿透力强,如塑料、陶瓷、木材、衣物等;与X射线相比,光子能量低,不会产生有害的生物电离,避免损害人体健康。且近些年太赫兹固态电子器件研制周期越来越短,成本正在逐渐降低,有望实际应用和推广。虽然太赫兹成像技术是近几年的研究热点,但其从兴起至今发展也仅十几...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹时域光谱成像系统的光路
2016年,JPL尝试利用太赫兹调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)技术探索行星和地球科学。为了测量太阳系中彗星和冰卫星射流中0.1~10mm尺度的粒子分布并进行动力学分析,研制了一套中心频率为95GHz的FMCW多普勒雷达,用于探测体积和单粒子散射。还开发了一套频率为183GHz的差分雷达收发器,用于探测地球高空冰云的湿度[101]。图1.4 NASA JPL 660~690GHz系统及其成像结果[100]
图1.3 NASA JPL 576~604.8GHz系统:(a)系统实物,(b)成像结果[98]2010年,美国马萨诸塞大学亚毫米波技术实验室(STL)应用量子级联激光器(Quantum cascade laser,QCL)作为收发器、光泵分子激光器作为本振源以及在接收和参考信道中使用一对肖特基二极管混频器,从而实现了频率高达2.408THz的太赫兹相干成像雷达[102]。通过将QCL锁定在自由运行、高度稳定的光泵分子激光器上,获得了相位稳定的接收信号,这足以对旋转目标(方位和仰角)进行相干图像处理,图1.5是对坦克模型的成像效果。虽然到达目标的距离受QCL的低输出功率(几百微瓦)和2.408THz电磁波在大气中传输损耗的影响,但QCL发射机的相干长度允许在几百米范围内进行相干成像。QCL作为收发器的最大限制是需要低温冷却环境。近几年STL仍致力于研究基于量子级联激光器的太赫兹连续波成像雷达,相继研制出2.3THz、2.32THz、2.324THz和2.959THz的单频连续波系统[103-105]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[2]330 GHz太赫兹次谐波混频器设计[J]. 夏德娇,张勇. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(03)
[3]特种工程塑料太赫兹光学参数测量及误差分析[J]. 张晓璇,常天英,郭企嘉,刘陵玉,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2018(05)
[4]基于信息融合的PCB红外热像检测关键技术研究[J]. 李广宏,雷建. 红外技术. 2017(09)
[5]小波变换在太赫兹三维成像探测内部缺陷中的应用[J]. 代冰,王朋,周宇,游承武,胡江胜,杨振刚,王可嘉,刘劲松. 物理学报. 2017(08)
[6]基于太赫兹时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展[J]. 韩晓惠,张瑾,杨晔,马宇婷,常天英,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[7]调频连续波太赫兹雷达方案研究及系统验证[J]. 卢铮,李超,方广有. 电子测量技术. 2015(08)
[8]太赫兹功率非相干测试技术研究进展[J]. 张鹏,董杰,韩顺利,张志辉,聂建华. 微波学报. 2015(S1)
[9]连续波THz-CT在医学成像中的应用研究[J]. 郭风雷,张明月,肖征,李向军,刘建军. 激光与红外. 2014(08)
[10]相位补偿算法对提高太赫兹雷达距离像分辨率的研究[J]. 梁美彦,张存林. 物理学报. 2014(14)
博士论文
[1]太赫兹主动成像系统研究[D]. 周德亮.南京大学 2018
[2]航空泡沫芯材及夹层结构的太赫兹无损检测研究[D]. 邢砾云.吉林大学 2016
[3]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
[4]基于磁性技术的无损检测方法研究[D]. 黄东岩.吉林大学 2012
[5]太赫兹实时成像中关键技术的研究与改进[D]. 王新柯.哈尔滨工业大学 2011
[6]一种基于中频采样的雷达数字波形产生方法研究[D]. 姒强.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]用于煤层裂隙超前探测的110GHz雷达研究[D]. 贾成艳.吉林大学 2016
[2]太赫兹波在煤介质中传输特性的研究[D]. 胡伟.吉林大学 2015
[3]太赫兹雷达发射机和接收机研究[D]. 邱于保.西安电子科技大学 2015
[4]太赫兹无损检测中缺陷探测的方法研究[D]. 董福俊.华中科技大学 2015
[5]外差式太赫兹准光接收机前端及其测试方法研究[D]. 薄淑华.北京理工大学 2015
[6]复合材料热结构检测及有限元分析技术[D]. 常仕伟.长春理工大学 2014
[7]红外测温技术在乙烯裂解炉温度检测中的应用[D]. 孔令立.安徽大学 2014
[8]雷达脉冲压缩技术的研究[D]. 贾广峰.哈尔滨工程大学 2014
[9]太赫兹雷达数据采集与信号处理研究[D]. 申辰.电子科技大学 2013
[10]基于红外热成像的内部孔洞缺陷检测方法研究[D]. 曹文浩.中国计量学院 2013
本文编号：3047440
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
太赫兹时域光谱成像系统的光路
2016年,JPL尝试利用太赫兹调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)技术探索行星和地球科学。为了测量太阳系中彗星和冰卫星射流中0.1~10mm尺度的粒子分布并进行动力学分析,研制了一套中心频率为95GHz的FMCW多普勒雷达,用于探测体积和单粒子散射。还开发了一套频率为183GHz的差分雷达收发器,用于探测地球高空冰云的湿度[101]。图1.4 NASA JPL 660~690GHz系统及其成像结果[100]
图1.3 NASA JPL 576~604.8GHz系统:(a)系统实物,(b)成像结果[98]2010年,美国马萨诸塞大学亚毫米波技术实验室(STL)应用量子级联激光器(Quantum cascade laser,QCL)作为收发器、光泵分子激光器作为本振源以及在接收和参考信道中使用一对肖特基二极管混频器,从而实现了频率高达2.408THz的太赫兹相干成像雷达[102]。通过将QCL锁定在自由运行、高度稳定的光泵分子激光器上,获得了相位稳定的接收信号,这足以对旋转目标(方位和仰角)进行相干图像处理,图1.5是对坦克模型的成像效果。虽然到达目标的距离受QCL的低输出功率(几百微瓦)和2.408THz电磁波在大气中传输损耗的影响,但QCL发射机的相干长度允许在几百米范围内进行相干成像。QCL作为收发器的最大限制是需要低温冷却环境。近几年STL仍致力于研究基于量子级联激光器的太赫兹连续波成像雷达,相继研制出2.3THz、2.32THz、2.324THz和2.959THz的单频连续波系统[103-105]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]A Survey on Terahertz Communications[J]. Zhi Chen,Xinying Ma,Bo Zhang,Yaxin Zhang,Zhongqian Niu,Ningyuan Kuang,Wenjie Chen,Lingxiang Li,Shaoqian Li. 中国通信. 2019(02)
[2]330 GHz太赫兹次谐波混频器设计[J]. 夏德娇,张勇. 太赫兹科学与电子信息学报. 2018(03)
[3]特种工程塑料太赫兹光学参数测量及误差分析[J]. 张晓璇,常天英,郭企嘉,刘陵玉,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2018(05)
[4]基于信息融合的PCB红外热像检测关键技术研究[J]. 李广宏,雷建. 红外技术. 2017(09)
[5]小波变换在太赫兹三维成像探测内部缺陷中的应用[J]. 代冰,王朋,周宇,游承武,胡江胜,杨振刚,王可嘉,刘劲松. 物理学报. 2017(08)
[6]基于太赫兹时域光谱技术的光学参数提取方法的研究进展[J]. 韩晓惠,张瑾,杨晔,马宇婷,常天英,崔洪亮. 光谱学与光谱分析. 2016(11)
[7]调频连续波太赫兹雷达方案研究及系统验证[J]. 卢铮,李超,方广有. 电子测量技术. 2015(08)
[8]太赫兹功率非相干测试技术研究进展[J]. 张鹏,董杰,韩顺利,张志辉,聂建华. 微波学报. 2015(S1)
[9]连续波THz-CT在医学成像中的应用研究[J]. 郭风雷,张明月,肖征,李向军,刘建军. 激光与红外. 2014(08)
[10]相位补偿算法对提高太赫兹雷达距离像分辨率的研究[J]. 梁美彦,张存林. 物理学报. 2014(14)
博士论文
[1]太赫兹主动成像系统研究[D]. 周德亮.南京大学 2018
[2]航空泡沫芯材及夹层结构的太赫兹无损检测研究[D]. 邢砾云.吉林大学 2016
[3]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
[4]基于磁性技术的无损检测方法研究[D]. 黄东岩.吉林大学 2012
[5]太赫兹实时成像中关键技术的研究与改进[D]. 王新柯.哈尔滨工业大学 2011
[6]一种基于中频采样的雷达数字波形产生方法研究[D]. 姒强.电子科技大学 2003
硕士论文
[1]用于煤层裂隙超前探测的110GHz雷达研究[D]. 贾成艳.吉林大学 2016
[2]太赫兹波在煤介质中传输特性的研究[D]. 胡伟.吉林大学 2015
[3]太赫兹雷达发射机和接收机研究[D]. 邱于保.西安电子科技大学 2015
[4]太赫兹无损检测中缺陷探测的方法研究[D]. 董福俊.华中科技大学 2015
[5]外差式太赫兹准光接收机前端及其测试方法研究[D]. 薄淑华.北京理工大学 2015
[6]复合材料热结构检测及有限元分析技术[D]. 常仕伟.长春理工大学 2014
[7]红外测温技术在乙烯裂解炉温度检测中的应用[D]. 孔令立.安徽大学 2014
[8]雷达脉冲压缩技术的研究[D]. 贾广峰.哈尔滨工程大学 2014
[9]太赫兹雷达数据采集与信号处理研究[D]. 申辰.电子科技大学 2013
[10]基于红外热成像的内部孔洞缺陷检测方法研究[D]. 曹文浩.中国计量学院 2013
本文编号：3047440
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