220 GHz太赫兹合成孔径雷达

针对复杂战场环境实时侦察的需求,介绍了一种220 GHz太赫兹合成孔径雷达(SAR),重点研究了雷达系统设计、宽带信号补偿和SAR成像实验。雷达信号采用线性调频连续波模式,中心频率为216 GHz,带宽为4.8 GHz,采用去斜处理体制,完成了宽带一维距离像实验和SAR成像实验。实验结果表明雷达成像分辨力达到了3 cm。     

一种0.34 THz站开式三维成像安检仪

介绍了一种太赫兹站开式大视角三维成像雷达系统。系统可用于人体隐藏危险品的成像检测,采用二维非均匀逐点扫描的工作方式,视场范围达到0.6 m×1 m,成像速度达到2 s。系统工作于0.34 THz,采用直径450 mm椭球镜聚焦,在5.8 m的成像距离实现了2 cm的方位分辨力。为了改善回波动态范围,采用相位噪声相消的系统结构。系统采用调频连续波(FMCW)雷达线性调频信号作为工作波形,工作带宽达到12 GHz。成像结果显示,系统校正后的距离分辨力可达到2 cm,能够实现隐藏危险品的有效检测。     

线性调频连续波雷达扫频功率起伏对其测距精度和距离分辨力的影响

实际的线性调频连续波(LFMCW)雷达的发射信号都有两个非理想的参数扫频非线性和功率起伏,它们将使LFMCW雷达的实际测距精度和距离分辨力下降。本文根据LFMCW雷达回波功率谱的特性,从应用的角度分析了扫频功率起伏与其测距精度和距离分辨力的关系,为LFMCW雷达振荡器的选择提供一个理论依据。     

基于24 GHz FMCW 雷达的二维近场成像系统

为进行隐藏危险金属制品的安检,文中提出了一种24 GHz 低成本毫米波成像系统。该系统采用低成 本24 GHz 商用调频连续波(FMCW)雷达作为扫描源,在方位角和仰角上合成大孔径,使用二维十字扫描平台,经 FMCW 雷达信号处理以及合成孔径雷达(SAR)处理使隐藏物体成像。低成本的射频外设只提供了一路中频实信号 供ADC 采样量化,在图像重建中,文中提出将单路ADC 采样量化后的中频数字信号通过希尔伯特变换成复信号,对 复信号加布莱克曼窗优化频谱,再对信号序列补零以减小频域栅栏效应,后采用空间匹配滤波器补偿相位偏差,通 过FMCW 雷达近场成像原理对目标成像。改进后的算法适用于低成本的雷达前端系统,只需一路ADC 采集的中频 数字信号即可使成像系统达到理论的合成孔径成像分辨率。     

超宽带太赫兹调频连续波成像技术

太赫兹调频连续波成像技术具有高功率、小型化、低成本、三维成像等特点,在太赫兹无损检测领域受到了广泛关注。然而由于微波及太赫兹器件限制,太赫兹信号带宽难以做大,从而制约了成像的距离向分辨力。虽然高载频可实现较大宽带,但伴随的低穿透性和低功率会限制太赫兹调频连续波成像系统的应用场景。因此,聚焦于太赫兹波无损检测领域,提出一种时分频分复用的114~500 GHz超宽带太赫兹信号的产生方式,基于多频段共孔径准光设计,实现超带宽信号的共孔径,频率可扩展至1.1 THz。提出一种频段融合算法,实现了超宽带信号的有效融合,距离分辨力提升至460 μm,通过人工设计的多层复合材料验证了系统及算法的有效性,并得到封装集成电路(IC)芯片的高分辨三维成像结果。     

一种220GHz 波段太赫兹合成孔径成像雷达

微波频段的机载合成孔径成像雷达在对地观测方面具有广泛应用,但其合成孔径成像积累时间长,成像帧率低,提高雷达工作频率能够减小合成孔径所需转角,提高成像帧率。设计了一种工作在220GHz 波段的太赫兹合成孔径成像雷达系统,采用收发天线分置、发射宽带线性调频连续波的体制,最大信号带宽4. 8GHz,输出信号功率约20mW。宽带回波信号幅度相位经外标校补偿,通过成像试验,验证了太赫兹ISAR 与SAR 成像分辨率约3.2cm,可实现5Hz 的成像帧率,证明太赫兹波段能够大幅提升成像帧率,满足快速成像的要求。     

基于去调频接收技术的微波光子双波段线性调频连续波雷达

该文提出一种基于光子辅助去调频接收技术的双波段线性调频连续波雷达方案,该双波段雷达接收机基于平行架构光子混频器,能够利用同一套硬件设备同时接收双波段雷达的回波信号。接收机中使用一个双偏振正交相移键控(DP-QPSK)调制器,工作中将双波段雷达的两组参考信号和回波信号通过DP-QPSK调制器调制到正交偏振的光载波上,调制后的双带光回波和参考信号经过放大和滤波后,输入到偏振解复用相干接收机中进行光子辅助去调频处理。在发射机端,对于具有更高频率和带宽的发射信号,采用包含延时功能的光子倍频信号产生技术,产生参考信号与发射信号的同时,将发射信号延时,使得在接收机端对相同距离目标的双带回波信号去调频得到的中频信号可在频域分离。实验中通过逆合成孔径雷达成像实验评估了该双波段雷达系统的性能,该双波段雷达系统工作在C波段和Ku波段,发射信号带宽分别为1 GHz和2 GHz,接收机模拟-数字转换器的采样率为100 MSa/s。实验结果证明微波光子技术能为双波段线性调频连续波雷达提供有效的实现方案。      

基于高温超导约瑟夫森结的小型频谱检测仪

为实现对太赫兹信号的频谱测量,以集成对数周期天线的YBa2Cu3O7(YBCO)约瑟夫森双晶结为信号探测器,开展了基于高温超导约瑟夫森结的小型频谱检测仪的研制。在低温环境下,通过THz信号耦合、信号测量、数据读取及LabVIEW控制界面等功能模块,利用Hilbert逆变换完成信号的频谱恢复,最终成功研制出高温超导约瑟夫森结频谱检测仪,并对其进行了基本性能测试,实现了对0.1~2.5 THz的信号检测,频率分辨力高达0.04 GHz(@114 GHz)和2 GHz(@1.78 THz)。此外,对其分辨力的影响因素进行了初步分析。     

频率步进太赫兹雷达的一维高分辨距离像

频率步进信号是一种较常用的距离分辨力高的雷达信号,常用于雷达的目标识别,而太赫兹波比微波信号波长短,更易于实现距离高分辨力。利用0.2 THz步进频率太赫兹雷达实现了高分辨一维距离像,分析了步进频率雷达系统中一维高分辨力距离像的成像原理,对0.2 THz步进频率雷达系统进行了介绍,最后,用Matlab对太赫兹雷达高分辨力进行了仿真,仿真结果表明,频率步进太赫兹雷达对静止目标达到了厘米级的高分辨力,而对于运动目标存在距离发散和耦合时移,速度越大,失真越大。     

基于幅度加权的预失真线性调频超声编码激励

为了提高医学超声成像的轴向分辨力和确保对比度,该文提出一种基于幅度加权的预失真线性调频编码新方法.该方法将线性调频发射信号幅度加权技术和回波信号旁瓣抑制技术相结合,一方面补偿超声探头对发射信号的影响,使得回波信号的带宽不局限于探头,提高轴向分辨力;另一方面消除发射信号幅频特性的菲涅耳波纹,提高发射信号的带宽并采用失配滤波器进行脉冲压缩,实现旁瓣抑制,确保成像对比度.仿真结果表明:相对恒包络线性调频编码,预失真线性调频编码方法不仅提高了轴向分辨力,而且最大旁瓣幅度减小至-48 dB以下,满足医学成像对比度要求.FieldII仿真B超图像结果表明:恒包络线性调频和预失真线性调频编码方法的轴向分辨力分别是0.35 mm和0.25 mm.     

Experimental 0.22 THz Stepped Frequency Radar System for ISAR Imaging

High resolution inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging is demonstrated by using a 0.22 THz stepped-frequency (SF) imaging radar system. The synthesis bandwidth of the terahertz (THz) SF radar is 12 GHz, which are beneficial for high resolution imaging. The resolution of ISAR image can reach centimeter-scale with the use of Range-Doppler algorithm (RDA). Results indicate that high resolution ISAR imaging is realized by using 0.22THz SF radar coupled with turntable scanning, which can provide foundations for further research on high-resolution radar image in the THz band.     

340 GHz基于肖特基二极管未匹配电路倍频源

太赫兹技术是一个新兴的交叉研究领域。在过去20 年,太赫兹技术有了巨大的发展。倍频器是太赫兹差分接收机重要技术,主要运用在天文、大气和行星科学射频前端。太赫兹空白的存在主要因素是缺少高效太赫兹源和探测器。通过倍频器技术和放大技术,可以得到高稳定低相噪的倍频源。340 GHz 是太赫兹大气传输窗口之一,所以340 GHz 倍频源能够运用在各种通信成像系统中。肖特基二极管倍频源可以工作在常温和低温下。倍频器是倍频链路最关键的部分。通过理论分析和3D 电磁仿真设计了一个340 GHz 倍频器。实验得到最大输出功率为4.8 dBm,最大效率为3%,在331~354.5 GHz输出功率大于0 dBm。实验结果证明电路仿真和建模的可行性。     

Enhanced Continuous-Wave Terahertz Imaging with a Horn Antenna for Food Inspection

Continuous-wave (CW) terahertz (THz) imaging with a horn antenna is proposed to enhance the spatial resolution of a THz imaging system. The attached waveguide that is smaller than the wavelength can easily increase the spatial resolution, and the optimized horn flare can significantly increase the transmission power. Consequentially, transmission THz images of a phantom obtained by the amplitude signal using a 0.2 THz wave reveal that the spatial resolution is achieved up to 500 μm. Also, the transmitted power is increased up to 6 times higher compared to the pinhole aperture. The feasibility of CW THz imaging with a horn antenna is demonstrated by the inspection of the organic samples inside food resulting in a relatively high sensitivity for soft organic samples compared with the sensitivity of X-ray imaging to this kind of samples.     

利用140 GHz雷达实现目标缩比模型的RCS测量与成像

构建了140 GHz频段的单基雷达用于缩比模型的高分辨力成像和雷达散射截面积(RCS)测量。雷达的相干收发机用全固态的方式实现,其发射信道采用一个Ka波段频率源驱动的倍频链作为本振,在5 GHz的带宽内实现了0.5 mW的输出功率,接收机采用基于肖特基二极管的次谐波混频器实现相干接收。该雷达RCS测试系统显示出高信噪比的特点,获得了大于100 dB的动态范围和3 cm的成像分辨力。除了可实现对目标的逆合成孔径成像,该系统还可完成对旋转目标全方位角的RCS测量。利用该系统对某航空母舰1/720th模型进行了成像实验和RCS测量,模拟了全尺寸目标在P波段的结果。所获得的数据根据缩比定律可为P-波段雷达设计提供参考。     

太赫兹近场成像技术及进展

太赫兹(THz)波具有能量低、穿透性强、频带宽等特点,因而太赫兹成像技术在无损检测、生物医药、安全检测等众多领域得到了广泛应用,在实际应用中如何提高太赫兹成像的分辨力变得越来越重要。由于太赫兹近场成像技术可突破衍射极限,获得分辨力为亚微米甚至是纳米量级的高质量图像,基于近场技术的高分辨THz成像技术相继被提出,并得到了进一步的应用。本文首先阐述了太赫兹近场成像的基本原理;其次总结了近场成像进展及增强方法;最后对太赫兹近场成像的未来进行了展望。     

High Frequency Methods for Simulation of High Resolution Imaging in Terahertz Regime

High resolution imaging in the terahertz (THz) frequency range is investigated theoretically in this paper through the use of the high frequency methods in computational electromagnetics (CEM). Physical optics (PO), shooting and bouncing ray (SBR) and truncated-wedge incremental length diffraction coefficients (TW-ILDCs) methods are combined together to compute the scattered fields, which are then used to construct the inverse synthetic aperture radar (ISAR) images through two dimensional fast Fourier transform (2D-FFT). The corresponding ISAR images clearly show that high range and bearing resolution can be easily realized for THz carrier waves with broad bandwidth.