可快速精确重建的毫米波MIMO近距离成像机制研究

毫米波成像在人体安检领域发挥了重要作用,引起了人们的广泛关注。现有的毫米波近场人体安检成像机制主要分为SISO和MIMO两种。SISO机制可实现快速精确成像,然而随着工作频率的升高,其所需天线数目迅速增长、天线间隔下降,不仅造成了系统成本提升,还使得天线耦合难以被抑制。MIMO机制虽然降低了成像所需的天线数目、增大了天线间隔,但目前无法实现类似SISO机制的快速精确重建。提出了一种可快速精确重建的MIMO近距离成像机制,定量给出了该机制的适用条件。与传统MIMO近距离成像机制不同,该MIMO近距离成像机制通过巧妙地设计MIMO子阵列,使其在近场成像中满足等效相位中心原理。因此它能够直接使用诸如距离迁徙算法（range migration algorithm,RMA）等各种基于SISO机制开发的精确且快速的成像算法去重建图像,兼顾了SISO机制和MIMO机制的优势。E波段的示例表明,在近场毫米波成像中,该MIMO机制与SISO机制具有同等水平的成像质量和成像速度,但相较于SISO机制,该MIMO机制的天线利用率、天线间隔可提升4倍以上。与传统MIMO成像机制相比,该MIMO成像机制不但有更好的成像质量,而且其重建速度大幅提升,在一个成像区域为1 m×1 m×0.2 m,体素尺寸为1.85 mm3的典型成像场景中,比传统MIMO成像机制快近200,000倍。仿真和实验结果验证了该成像机制的有效性。     

一种改进的主动式近场毫米波成像算法

近年来在机场等公共场合屡屡发生恐怖袭击事件,一种安全有效的毫米波安检成像技术应运而生,但是该技术采用的传统波数域算法存在从加载后向散射数据到重建图像耗时较大,无法完全满足快速安检成像的要求。故提出一种改进的主动式近场毫米波成像算法,该算法对近场毫米波成像首先进行邻近聚焦再结合一致聚焦函数来代替传统的匹配滤波函数和插值部分,所提算法可提高成像效率,使其更具实用性。通过大量的仿真实验和实测实验证实了所提算法的高分辨率和图像保真度。     

室外与室内安检应用的毫米波成像系统设计*

针对人体安检的室外与室内的实际应用,研制了毫米波成像系统样机。系统采取焦平面成像工作体制,毫米波辐射计阵列作为前端,大型金属抛物面天线作为会聚天线,在室外利用天空冷源,在室内利用辅助照射源,实现了室外和室内人体的毫米波成像安检,并能够穿透假肢等材料进行成像检测,测试效果能够满足人体安检技术的要求。     

基于物理光学法的近场多入多出雷达成像模拟

针对点目标扩展函数(PSF)不能有效分析复杂目标在毫米波近场多入多出(MIMO)雷达成像中的散射机理问题，研究了一种基于近场物理光学散射计算数据的毫米波MIMO雷达成像模拟方法。该方法利用近场物理光学方法，获得包含阵列构型和目标散射信息的近场计算数据，并通过近场MIMO成像处理器实现近场MIMO成像的全过程模拟。利用D波段“T”字型二维稀疏MIMO阵对复杂的三维目标开展了近场成像实验，仿真和实验结果表明，模拟结果与实际成像结果有很好的一致性。该方法能够分析近场MIMO成像系统的成像性能，为近场MIMO成像的阵型设计提供支撑，揭示复杂目标的近场散射特性与成像机理。     

融合ω-K和BP算法的圆柱扫描毫米波三维成像算法

结合主动式圆柱扫描毫米波3维成像安检仪的实际应用需求,该文提出一种用于3维场景重建的新方法。该方法采用ω-K算法实现天线阵列方向和距离方向的解耦合与聚焦,再采用后向投影(BP)算法进行距离方向和角度方向的合成孔径处理实现聚焦,进而实现3维场景的重建。3维人体模型仿真和实测数据处理结果表明,该方法具备理论可行性和工程适用性,除此之外,该文方法在CUDA平台下可以实现快速精确3维人体成像,并且能够适应非理想圆柱扫描轨迹3维成像应用。      

扫描MIMO阵列近场三维成像技术

基于扫描阵列的近场3维成像是合成孔径雷达(SAR)3维成像技术在民用领域的一种重要应用形式。“多发多收(MIMO)-扫描”体制是该领域一种独特的成像方式。相比于“单发单收(SISO)”阵列,MIMO阵列具有成像质量好、阵元利用率高、对天线间隔要求宽松以及成本低等特点。该文分别从信号模型、成像算法、实验系统和成像结果等方面介绍了“MIMO-平面扫”和“MIMO-柱面扫”两种成像体制。所得结果充分展现了该成像技术在许多场景中的巨大应用潜力。      

基于单通道MIMO雷达的毫米波安检成像

毫米波多入多出（MIMO）雷达是一种前沿的安检成像技术。然而,由于采用了大量的发射/接收通道,MIMO雷达的成本和复杂度大大高于传统的单通道雷达。为了研制低成本、低复杂度的毫米波MIMO安检成像雷达,引入了双重码分复用技术。该方法可通过单发射/接收通道实现与传统多通道MIMO雷达相似的成像性能,对安检成像领域的发展和应用具有重要意义。此外,设计了基于失配滤波器理论的解复用码,其可在干扰条件下实现最大码分集增益。进行了仿真与实验以验证所提出方法的正确性与有效性,得到了满意的结果。     

面向人体安检的毫米波转台成像实验

提出2种基于前视和斜下视圆周扫描的毫米波人体安检方案,该方案采用1对收发分置天线沿圆周扫描,利用矢量网络分析仪、喇叭天线和高精确度转台搭建了毫米波成像实验平台。为了验证2种方案及相应的波数域算法的有效性,通过毫米波转台实验对多个目标反演成像,并得到了良好的实验结果。实验结果表明,本文提出的2种毫米波人体安检方案都具有一定的可行性。     

基于距离补偿的毫米波近场成像算法

毫米波全息成像采用远场成像的近似模型,导致最终成像质量下降。针对上述问题,提出了一种基于距离补偿的毫米波近场成像算法。该算法用近场条件下的精确模型改进了传统成像算法的近似模型,利用成像平面与天线阵元的距离进行成像补偿,然后通过最大值投影和Lee滤波进行成像。实验结果表明,与毫米波全息成像算法相比,该算法在提高图像清晰度的同时,能够保留成像目标的更多信息。     

主动式毫米波成像系统实现与方案设计

针对被动式毫米波成像信号强度弱,成像实际效果差,成像速度慢、设备体积大等缺点,本文通过对主动毫米波成像算法的分析,利用35GHz毫米波,设计并实现了一套单点式近场主动毫米波成像系统,扫描一个人体全身像时间为200s,分辨率为10.5mm,体积小于1.5m3,进而提出了一个改进的阵列式毫米波成像系统方案,其扫描一个人体像的速度达到了38.7s,分辨率达3.225cm。该主动式毫米波成像系统扫描的实际效果也较为理想,对于人体上的刀具等分辨清晰。     

用于人员安检的主动毫米波成像技术现状与展望*

在当前恐怖主义活动日益频繁的背景下,机场、车站等人流密集区域的安检排爆受到广泛重视。作为目前最具发展潜力的人体安检技术,文章首先介绍了主动毫米波人体成像技术的国内外最新研究进展,总结了CSAR成像的关键技术,最后对主动毫米波人体成像安检的未来发展趋势进行了展望。     

高分辨力亚毫米波全息成像系统

主动式毫米波成像为人体安检提供了一种安全、有效的技术手段,对进一步提高成像分辨力和成像质量,发展宽带高频的毫米波成像系统具有重要意义。为此建立了一个宽带高频的主动式亚毫米波全息成像系统,其发射天线的工作频率在280 GHz~320 GHz范围,使用外差混频技术直接测量得到全息数据,对其进行重建后得到目标反射率图像。同时测试了系统的工作性能,得到了距离向和方位向分辨力以及系统的信噪比和噪声等效反射率差,距离向分辨力小于4 mm,方位向分辨力为2.5 mm×2.5 mm,均接近分辨力的理论值。此外利用该系统的宽带特性研究了带宽对毫米波全息成像的影响,宽带成像除提高距离向分辨力外还有效地抑制了散斑效应。     

天线间隔对室内非视距MIMO信道容量的影响

采用2维射线跟踪法分析了天线间隔对非视距室内环境中MIMO系统容量ccdfs的影响。结果表明，天线间隔对MIMO系统容量影响非常显著，而且天线数目不同，天线间隔对MIMO系统容量影响不同。天线间隔越大，系统容量越接近Telatar所预测的MIMO系统容量；但随着天线间隔的减小，系统容量则会显著降低。对于相同天线间隔的多天线系统，随着天线数目的增加，系统所能实现的独立同分布瑞利信道容量的百分比越低。     

基于 RMA 的三维成像与二维 MIMO 阵设计

距离迁移(RM)算法能够精确校正近场距离徙动,同时通过使用快速傅里叶变换可以达到很高的计算效率,具有应用于近场MIMO雷达三维实时成像的潜力。RM算法应用于近场MIMO成像的主要挑战是设计合适的阵列结构。文中利用球面波分解为无穷多个平面波的方法推导了MIMO雷达近场三维RM 成像算法,在深入分析算法实现流程的基础上得 到了RM算法对MIMO阵列构型的四条约束条件。提出了一种适用RM算法的MIMO阵列设计方法,并利用所提方法设计了MIMO阵列,结合仿真,分析了所设计阵列的成像性能。     

基于stolt插值的微波近场成像方法研究

提出了一种毫米波成像方法,并对该成像算法做了详细的推导。同时,对该算法进行了计算机仿真,并通过改变仿真参数着重分析了天线扫描范围、目标之间的间隔以及天线与目标之间的距离对成像空间分辨率的影响。仿真结果表明：利用该算法不但可以准确重建目标的二维像,而且具有良好的分辨率。     

被动毫米波太赫兹人体成像关键技术进展

通过分析被动毫米波太赫兹成像检测人体携带物品的基本原理,讨论了被动毫米波太赫兹成像应用于人体安检领域的优势,并分析了成像系统最佳的工作频率和最适宜的工作环境温度。从分析影响成像质量的各项关键技术的角度对被动毫米波太赫兹人体安检成像的进展进行了介绍。重点分析了基于准光学成像原理的光学系统和扫描机构,被动毫米波太赫兹人体成像中最常用的肖特基二极管探测和超导两种探测方法,以及被动毫米波太赫兹图像的处理及目标智能识别。最后,对未来毫米波太赫兹人体成像技术在安全检查领域的应用前景和未来发展方向提出个人观点。     

微波近场成像方法研究

提出一种适用于机场隐匿物体探测、走私以及其它场合安检的毫米波成像方法。使用的成像方法是用天线在x-y平面上进行扫描,利用接收到的目标散射回波的相位及其幅度信息重建目标的二维像。对二维重建算法进行详细的推导,并对该算法进行计算机仿真,仿真结果表明该算法不但可以准确重建目标的二维像,而且具有良好的分辨率。     

毫米波亚毫米波成像在人体检测中的研究综述北大核心CSCD

毫米波亚毫米波主动成像技术具有穿透服装屏障的能力和对人体无害的特性,因此被广泛应用于公共场所的人体安检领域。本文首先概述了毫米波亚毫米波成像的理论基础,然后综述了毫米波亚毫米波主动成像技术在人体检测中的研究进展,从准光技术和数字聚焦技术两个方面概述了成像的研究和发展成果,还讨论了未来面向应用的AMMW技术,介绍了毫米波亚毫米波人体图像自动评价方法,对未来实际的安检工作具有较强的适用性和指导性。     

旅客人身时频调和型毫米波三维重建

在毫米波人身安检成像中,二维平面承载的有限信息量使得安检系统对隐匿危暴/爆品的检出概率不高,亟待获取人体三维全聚焦重建结果,且以往仅时域或频域三维重建算法均难以实现精度与效率的平衡。为此,基于“维度分解-算法调和”策略提出时频调和型三维重建算法（Time-Frequency Coordination 3D Reconstruction,TFC-3DR）。该算法融合频域算法的效率与时域算法的精度优势,利用距离徙动频域成像算法（Range Migration Algorithm,RMA）的方位平移不变性,在距离-高度截面统一地校正距离徙动,以保证运算效率,而后将时域后向投影（Back Projection,BP）算法应用于距离-角度维截面,通过将脉冲压缩数据与成像空间分辨单元逐点相干积累,以保证成像精度,由此加快运算效率的同时又保证重建精度。由于BP算法的引入,阵列天线角度维扫描轨迹灵活可变,有效降低了人体侧面盲区面积,避免漏检、误检。仿真和实测人体毫米波数据实验,验证了算法的有效性与实用性,同时分析重建效果与运算复杂度,验证了该文所提算法相比三维BP重建算法的优越性。     

单点探测被动毫米波成像系统设计

被动毫米波成像是公共安全检查的一个重要发展方向,目前国内外主要集中在纯反射系统的多元探测成像,以及采用透射形式的阵列探测成像两个领域。本文采用单点探测加扫描的形式,设计完成一套低成本近场被动毫米波成像系统,实现探测距离1.5 m、成像范围1.2 m×1.2 m、空间分辨率优于1.5 cm。该系统可应用于各公共检查场所,实现非接触式安全检查。