3mm辐射成像研究

在研究毫米波无源成像原理的基础上,设计出了简洁的3mm超外差迪克式毫米波辐射计,并进行了成像实验.为了解决毫米波被动成像中由于天线孔径尺寸和衍射受限所带来的固有空间分辨率低的问题,采用了一种改进的最大似然超分辨算法进行频谱外推.实验结果表明该算法有很好的频谱外推能力,对图像分辨率的提高和超分辨性能的改善有明显效果.3mm迪克式辐射计的主要参数如下:中心频率为91.5 GHz,带宽为4GHz,温度灵敏度为0.55K,线性度为0.9999.     

对微波辐射成像质量影响因素的分析

简述了微波辐射成像系统的工作原理。由于影响微波辐射成像质量的因素很多，本文主要从理论上分析了微波辐射成像系统中辐射计的空间分辨率、灵敏度与系统采样时间间隔、天线扫描速度、积分时间的关系，并进行了相关的实验。实验证明，它们之间是相互制约、相互影响的。在选择参数时要根据不同情况综合考虑，才能得到理想的图像。     

FY-4辐射计红外图像的仿真技术方法研究

研究了FY-4辐射计红外图像的仿真技术方法.考虑地表经纬度、海拔高度、地表区域类型、大气辐射传输等因素的影响,建立了地表区域温度模型和红外辐射亮度模型,计算得到FY-4辐射计接收的地球表面红外辐射亮度分布;研究辐射计成像中几何畸变的空间响应特性,建立空间转换模型,模拟生成了符合FY-4辐射计空间分辨率指标的红外视场图像.结果表明,仿真生成的红外图像效果逼真,可用于FY-4辐射计技术指标的验证和成像效果的评价.     

微波辐射计

本文介绍了3厘米微波辐射计的部件性能、特点及测试结果.工作在9.375GHz下的反馈式零平衡辐射计,在0.2秒积分时间下,温度分辨率叶达0.6°K以下,其测量范围为100～300°K,辐射计带宽为120MHz.     

W波段宽带辐射计

以被动式毫米波成像为应用背景,介绍了辐射计的工作原理,成功研制了一种带宽35 GHz集成直接检波式辐射计原理样机,以满足成像系统对辐射计的需求。信号由两级低噪声放大器进行放大,再由检波器直接检波,最后进行视频放大,以提供足够高的信号供后端进行数据采集。放大器由两级低噪声放大器组成,放大增益40 dB。单独对检波器进行设计、测试,在75~100 GHz范围内,该检波器电压灵敏度大于1 000 mV/mW,在100~110 GHz范围内,电压灵敏度大于500 mV/mW。最后集成了一个整体辐射计模块,该辐射计在35 GHz带宽内积分时间为0.6 ms,温度灵敏度为0.45 K。     

W波段十二通道直接检波式辐射计前端设计

文中研制了一种W波段十二通道直接检波式辐射计前端，该辐射计前端将矩形喇叭天线、低噪声放大器、检波器以及积分放大电路集成在一个模块，整个模块体积为66 mm×67 mm×49 mm,具有高集成度和小型化的特点。该辐射计前端在积分放大部分通过调整各支路的放大倍数，使得每个通道最终输出电压相对稳定和一致，输出电压范围为4.11 V～4.36 V。同时，各通道检波器灵敏度在75 GHz～100 GHz范围内最高达1 200 mV/mW,辐射计温度灵敏度达0.39 K。该多通道辐射计具有宽带高灵敏度、高集成度、低功耗等特点。     

Ka波段毫米波综合孔径辐射计成像研究

华中科技大学电磁场与微波技术中心已经设计并研制出一套工作于Ka波段的16阵元一维毫米波综合孔径辐射成像系统HUST-ASR,样机采用了最小冗余稀疏直线阵列以及先进的数字相关技术。阵列幅相误差对综合孔径辐射计成像会产生严重影响,文中提出一种不增加系统硬件复杂度、易于实现的单外部辅助源校正方法,给出在辐射计低信噪比条件下的校正算法,并进行了成像试验验证。试验结果表明,该校正方法能够有效校正毫米波综合孔径辐射计的幅相误差,经过校正后的成像系统对自然场景实现了非常清晰的毫米波综合孔径亮温图像,空间分辨率达到0.64°,证明该系统具有良好的成像性能。     

周期定标毫米波辐射计的性能分析

辐射计的性能主要取决于灵敏度、准确度和稳定度.文中给出了周期定标辐射计灵敏度、准确度和长期稳定度的分析方法,并研制了周期定标毫米波辐射计.该辐射计采用直放式接收机体制,工作频率为33～38GHz,利用有源噪声源的开和关作为高温和低温定标源.实验结果表明:该毫米波辐射计稳定度可达1.28K,准确度为1.71K.当场景测量的积分时间与高、低温定标的积分时间都为7.7ms时,灵敏度优于0.50K.     

双通道机载微波辐射成像系统

已研制成功的双通道机载微波辐射成像系统 ,工作频率为 35GHz ,双通道分别为水平极化和铅垂极化 ,采用入射角为 4 5°的机械圆锥扫描 ,两部波束宽度为 1 5°的卡塞格伦天线交替对地扫描 ,在PC机的显示器上实时显示所得的两幅伪彩色图像 ,辐射测量数据同时存入PC机硬盘 ,以待后续处理。采用两部Dicke辐射计 ,积分时间为 5ms、10ms、50ms、1s可分挡调节 ,前端噪声系数F <6 .5dB ,中频带宽 5～ 70 0MHz ,灵敏度计算值为ΔT =0 .1K(τ =1s) ,实测ΔT =0 .15K。图像显示时采用非均匀大小像素的圆弧显示方法。用 5m运动高台对地成像实验表明 ,该系统工作性能稳定 ,已达到实用水平。     

毫米波零中频全功率辐射计系统

提出了一种零中频接收的毫米波全功率辐射计系统,可降低外差式全功率辐射计系统实现的难度和成本,有利于实现系统的集成化和轻小型化。运用随机过程理论分析了全功率辐射计视频信号功率谱和温度灵敏度,在此基础上分析了零中频全功率辐射计的温度灵敏度。结果表明,在满足截止频率高于1/2视频积分滤波器带宽条件下,零中频辐射计中频通道可采用高通滤波器抑制直流漂移和低频噪声,而不会影响辐射计温度灵敏度,其理论值与射频带宽2倍于中频带宽的全功率辐射计相同。完成了一个34～40GHz毫米波多通道零中频全功率辐射计系统的设计和研制,采用10通道一体化集成和本振空馈功率分配技术,实现了系统的集成化和小型化,测试温度灵敏度与理论值相符,表明了理论分析的正确性和设计方法的可行性。     

A Future Millimeter/Sub–Millimeter Radiometer for Satellite Observation of Ice Clouds

The instrument concept of a future spaceborne millimeter/sub-millimeter radiometer is proposed in this paper for the remote sensing of ice clouds from satellite. The proposed radiometer is expected to operate at a series of frequencies within the millimeter and sub-millimeter wave range from 150 to about 900 GHz. Five frequencies are selected in the atmospheric windows, i.e., 150, 220, 463, 683, 874 GHz, and at each frequency there are two orthogonally polarized channels. Three water vapor channels located close to 183.31 GHz are also included in this instrument, since they can provide water vapor information, which is needed for ice cloud parameter retrieval. To simplify system design and test, a modular design philosophy is followed in the receiver frontend design and two antennas are used separately for the millimeter and sub-millimeter channels. Overall, the instrument requirements can be met with today's technology, except for the channels at the highest frequencies, where the radiometric sensitivity can be larger than the required 1.0 K for the 10 km spatial resolution (2.5 ms integration time). However, this situation can be improved by averaging neighboring pixels in data processing if certain compromise in the spatial resolution can be made at these frequencies.     

340 GHz稀疏MIMO阵列实时3-D成像系统

介绍了一种基于稀疏MIMO(Multiple Input and Multiple Output)阵列的340 GHz三维成像系统.系统采用水平放置的4发16收稀疏MIMO阵列配合垂直维的聚束扫描实现方位维的高分辨成像,每个发射通道的波形为16GHz带宽的线性调频连续波信号,通过脉冲压缩实现距离维的高分辨.测试结果表明,在4 m的探测距离(光程)上,成像系统方位向、垂直向和距离向的分辨率分别达到14 mm、10 mm和12 mm,通过对人体隐藏枪支的三维成像实验验证了系统对人体携带危险品的探测能力.     

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。     

基于LCTF的大幅面高分辨率多光谱仪光学系统设计

将液晶可调滤光片（LCTF）应用到真彩色多光谱图像采集中,设计了一款大面阵、高分辨率、轻小型的多光谱成像系统。系统利用LCTF 空间分辨率和光谱分辨率高、波长选择灵活、调谐时间短等特点,可实现幅面大小约210 mm148 mm,分辨率达到350 ppi 的多光谱图像采集,工作谱段为420~720 nm,光谱分辨率为10 nm。结果表明,该成像系统在空间频率为91 lp/mm 时,31 个波段处轴上0 视场和轴外1.0 视场的传递函数均0.30,全视场畸变0.1%,成像质量良好,可用于大面阵、高分辨率多光谱图像的采集与分析。     

Performance of QPET, a high-resolution 3D PET imaging system for small volumes

QPET is a positron imaging system developed at Queen's University for high-resolution, 3D imaging of small volumes; it includes a pair of planar gamma-ray detectors 25.4 cm square, which rotate about a central axis with a quasi-cylindrical geometry. The authors describe the performance of this system. Basic characteristics of the detectors are evaluated: a spatial sampling of 1 mm, a quantum efficiency of 9.3% (for 511 keV gamma rays with normal incidence), and a time resolution of 88 ns. Models are developed to characterize the system deadtime and the sensitivity in terms of the noise-equivalent counting rate. With an 8 cm diameter spherical source, the noise-equivalent counting rate reaches a maximum at just over 3 kcps for an activity concentration of 2 muCi/cc; the random coincidence events and the deadtime losses both contribute significantly and the scatter contribution is small. Spatial resolution and uniformity over the field of view are evaluated by imaging short and long line sources; a spatial resolution of 2.7 mm in the transverse directions and 2.0 mm in the axial direction is achieved, with excellent uniformity throughout the field of view. The detector response is amplitude invariant across a 20 cm transverse diameter and a 9 cm axial length with the acceptance angle limited to +/-25 degrees in the axial direction. As an example of the imaging capabilities of QPET, the authors show 3D images of (18)F uptake in the bones of a rat, showing the excellent spatial resolution. This system is best suited to limited-volume applications where high counting rates are not necessary, but where high spatial resolution and uniform detector response are priorities.     

基于光波映射展宽技术的稀疏图像实时获取

针对传统成像技术的成像速度慢且灵敏度低,本 文采用光波映射展宽技术搭建一个一 维稀疏图像实时获取系统,以实现高速图像的实时获取。基于空间光栅的空-频映射以 及色散光纤的 频-时映射,充分利用傅里叶变换的色散效果,使得系统简化并能够实现实时处理的性能 。从光栅公式入手,对系统的量程和空间分辨率进行了初步分析,并通过系统实验将 上述理论结果 进行验证。实验表明,本文系统能够将一维的条形码以20.9MHz的帧 率在示波器上实时成像,比目前的常用成像技术高4个量级。     

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。     

Imaging Simulation for MMW Synthetic Aperture Radiometer

A synthetic aperture radiometer is a new type of passive remote sensing instrument that can reach high spatial resolution. Restricted by antenna element size and operating wavelength, however, the system design is difficult at MMW band. In this paper, main technical parameters optimization of a synthetic aperture radiometer is discussed. Based on low-redundancy linear arrays, a millimeter wave synthetic aperture radiometric imaging scheme is presented. The simulation experimental results show that the system imaging effect depends on the synthetic aperture antenna pattern.     

8mm频段焦平面阵列成像技术

介绍了毫米波焦平面阵列成像的原理,给出了成像系统的系统结构、参数和电路组成,提出了工程中实现系统校正的步骤。目前,成像系统已经研制完成,并进行了系统测试及成像实验,得到了室外场景的辐射亮温分布图像并验证了空间分辨率指标。