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。     

基于贝塞尔波束的大景深毫米波介质透镜天线设计

提出了基于贝塞尔波束的大景深毫米波介质透镜天线的设计方法.利用轴锥镜生成贝塞尔波束,并根据成像要求分别设计了基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线和基于高斯波束的毫米波介质透镜天线.在3mm波段进行了仿真测试及分析,仿真结果表明,所设计的基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线的3dB宽度为3.23mm,景深约为228mm,相较于传统的基于高斯波束的毫米波介质透镜天线,基于贝塞尔波束的毫米波介质透镜天线可实现的景深提升至5倍以上.     

主动式近距离太赫兹人体安检技术分析*

主动式近距离太赫兹成像技术在人体安检领域已经有了广泛的应用,目前主要有平面扫描、圆柱扫 描、扇束扫描三种成像模式。对此三种成像模式的成像原理进行了介绍,对比了不同成像模式的优缺点,同时分析 了影响成像质量的因素,从分辨率、信噪比和伪影去除三个方面探讨了提高图像质量的方法,为研发新型主动式近 距离太赫兹人体安检设备提供了参考。     

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。     

毫米波多发多收阵列成像的分级重建方法

在毫米波多发多收阵列成像中,由于收发天线排布不规则,图像重建依赖于逐点计算的反向传播算法,重建速度难以满足快速成像需求。为了解决上述问题,本文提出了一种“粗到精”的分级重建策略,通过基于相位补偿的快速粗重建和基于反向传播的子区域细重建来对多发多收全息数据进行快速处理。通过任意复杂电磁场计算(FEKO)电磁仿真实验对正交阵列和紧凑方框型阵列的毫米波成像进行了模拟,验证了分级重建方法的有效性。     

应用于太赫兹成像的弧形多收多发阵列的设计方法

提出了基于等效阵列概念的弧形多收多发(MIMO)阵列的设计方法,依照该方法设计了一种50发60收的弧形MIMO阵列,并在太赫兹波段进行仿真分析。结果表明,所设计的弧形MIMO阵列的成像分辨率接近于理论极限;该弧形MIMO阵列与包含3000个收发同置天线的等效阵列相比,点扩展函数的主瓣宽度一致、旁瓣波峰波谷的位置一一对应,其等效性得到了验证;与传统直线MIMO阵列相比,弧形MIMO阵列的成像范围较大,其旁栅伪影得到明显抑制,这有利于获得更好的曲面目标侧面成像效果。