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。     

采用格林函数分解的太赫兹逆合成孔径雷达近场成像算法

针对太赫兹逆合成孔径雷达(ISAR)近场成像的问题,本文提出了采用格林函数分解的ISAR成像算法。文中结合太赫兹雷达超外差接收模式,构建和分析了近场条件下的目标回波模型。通过对回波模型中格林函数的分解,将表征球面波前的格林函数分解为二维平面波的叠加;并在频域完成对回波信号的滤波补偿和二维逆变换后,获得了太赫兹ISAR近场目标的图像。文中通过与二维FFT算法和本文算法进行的数值仿真结果对比,验证了该算法的可行性。最后利用太赫兹雷达转台实测数据对本文算法进行了验证和对比分析,结果表明该算法具有良好的成像性能。      

太赫兹近场成像雷达系统误差补偿方法

太赫兹成像雷达具有合成孔径时间短、分辨力高的优点,适用于近场探测,但由于器件成熟度相对不高,雷达系统常存在较大的系统失真,会降低信号质量;同时,系统固有延时的存在会引起距离测量误差,二者均会恶化雷达成像的质量。针对系统失真和固有延时,提出了最小二乘法估计的幅相误差补偿方法和固有延时补偿方法,并给出了系统误差的测量方法。试验测试结果表明,用该方法对系统进行补偿后能有效提高图像空间分辨力,改善图像质量。     

太赫兹波近场成像综述

太赫兹波成像作为可见光和微波成像等的拓展,在半导体材料表征、生物组织诊断、无损检测和安检等领域表现出许多独特的优点,得到了越来越广泛的关注.传统太赫兹波成像受长波长对应的衍射极限的限制,分辨率较低.而太赫兹波近场成像是目前突破该限制,获得亚微米甚至是纳米量级高分辨图像的研究热点之一.首先介绍了近场机制与成像的基本原理;其次总结了太赫兹波近场成像的几种常用方法及其对应研究进展和当前存在的问题,包括孔径型、针尖型、亚波长太赫兹源型和微纳结构调控型等;最后探讨了该方向的发展趋势.     

介质目标的太赫兹波近场散射特性计算

该文基于广义的Kirchhoff阻抗边界条件和物理光学法,对太赫兹频段介质体近场散射特性进行了研究,给出了介质体近场散射计算公式。针对在太赫兹频段由于波长较短引起的计算量大幅提升的问题,采用以面元为计算单位、以像素为遮挡判断单位的太赫兹频段介质体近场散射的快速计算方法,该方法在保证计算精度的基础上,大大降低了计算复杂度和时间。计算了圆柱体和鸭嘴形介质体在不同距离下的雷达散射截面,并且分析了电磁场与物体相互作用后,相位项在不同距离、不同频率下对介质体雷达散射截面的影响。     

猪肉组织的近场太赫兹成像检测研究

利用搭建的基于光电导微探针的近场太赫兹(Terahertz,THz)系统对新鲜猪肉组织切片进行了成像检测研究,结果发现近场THz成像可以很好地区分猪肉组织中的脂肪组织区域和肌肉组织区域,其成像效果明显优于传统远场THz时域光谱成像系统。研究表明了基于光电导微探针的近场THz成像技术在生物样品检测方面的可行性,展示出该技术在生物医学检测领域具有很好的应用前景。     

太赫兹近场显微技术研究进展

太赫兹是电磁频谱上还未被完全开发利用的频段,但太赫兹谱学成像技术在材料科学和器件测试等方面已展现出重要应用价值。然而受远场衍射极限限制,该频段难以聚焦于纳米、原子尺度的新材料和微纳器件中,极大阻碍了太赫兹科学的发展与技术应用。为提高成像分辨率,使其成为材料科学等交叉领域强大的研究工具,近年诞生了太赫兹耦合的近场显微技术,实现了纳米到埃米量级的空间分辨。本文综述了太赫兹耦合的近场显微技术,包括扫描近场显微镜和扫描隧道显微镜各自的发展历程和应用实例,并探讨了太赫兹近场显微技术的未来机遇和挑战。     

太赫兹成像雷达系统研究进展*

与微波雷达和光电探测器相比,太赫兹成像雷达具有高分辨率成像、穿透能力好等众多优势,是太赫 兹技术的重要应用方向之一。本文介绍了近年来国内外全固态太赫兹成像雷达系统方面的研究进展,指出太赫兹 成像雷达研究中的部分关键技术,为太赫兹成像雷达系统的应用发展提供参考。     

太赫兹雷达成像技术

从体制角度论述了近几年来国内外各大主要研究机构对太赫兹雷达成像的研究情况,及其应用和未来的发展方向等.太赫兹雷达技术是一项正在蓬勃发展的技术,由于其波长与机理介于光学与微波之间,因而可以获取光学和微波所不可探测的信息.太赫兹雷达成像技术的发展为高分辨太赫兹空间遥感奠定了基础.     

THz主动焦平面成像系统的MRC匹配滤波器模型

太赫兹焦平面成像技术具有成像分辨率高、时间周期短、系统简单,体积小等诸多优点,在安检和工业检测等领域具有广泛的应用前景。由于目前太赫兹焦平面器件灵敏度尚低,大多只能采用主动成像模式,且目前尚没有较公认可测试的THz主动成像系统性性能评价参数及其模型,难以为其系统设计提供理论基础和方法指导。本文结合太赫兹射源及焦平面探测器特性,同时考虑目标-背景特性、大气衰减及器件衰减等影响,研究建立了太赫兹主动成像系统的最小可分辨对比度匹配滤波器模型。并结合文献示例以及实际太赫兹焦平面主动成像系统的测试结果,验证了最小可分辨对比度模型。结果表明：实验测量值和计算值基本一致,误差在合理范围之内,从而表明了本文模型的有效性。     

Reconnaissance with slant plane circular SAR imaging

This paper presents a method for imaging from the slant plane data collected by a synthetic aperture radar (SAR) over the full rotation or a partial segment of a circular flight path. A Fourier analysis for the Green's function of the imaging system is provided. This analysis is the basis of an inversion for slant plane circular SAR data. The reconstruction algorithm and resolution for this SAR system are outlined. It is shown that the slant plane circular SAR, unlike the slant plane linear SAR, has the capability to extract three-dimensional imaging information of a target scene. The merits of the algorithm are demonstrated via a simulated target whose ultra wideband foliage penetrating (FOPEN) or ground penetrating (GPEN) ultrahigh frequency (UHF) radar signature varies with the radar's aspect angle.     

直升机平台振动对太赫兹SAR成像的影响分析

太赫兹合成孔径雷达(SAR)能够克服传统机载SAR成像帧率低,慢动目标检测困难等问题。然而相比传统微波波段的SAR,由于载波的波长极短,太赫兹SAR对平台高频振动误差更为敏感。对于适合应用太赫兹SAR系统的直升机平台而言,其振动也明显强于传统的固定翼载机平台,平台振动引起的相位误差将严重影响成像效果。为克服平台振动对太赫兹SAR的影响,采用数值仿真方法,结合直升机平台的振动特性,较为全面地仿真分析了振动谱宽、振动幅度、谐振分量等因素对太赫兹SAR成像质量的影响,得出了平台振动参数与成像系统参数之间的约束条件。     

A terahertz focal plane array using HEB superconducting mixers and MMIC IF amplifiers

We present a focal plane array (FPA) designed for operation at terahertz frequencies. The FPA is based on NbN phonon-cooled hot electron bolometer mixers directly coupled to wide-band microwave monolithic integrated circuit IF amplifiers. The array incorporates all the required dc-bias and IF circuitry in a compact split-block design. We present new experimental results describing the optical coupling efficiency to the array, as well as receiver noise temperature measurements. The measurements were performed at 1.6 THz, showing good agreement with theoretical predictions. This is the first low-noise heterodyne focal plane array to be reported for any frequency above 1 THz.     

被动毫米波焦面阵成像技术

以安全检查为背景,研究了近距离被动毫米波焦面阵成像的关键技术.其中包括采用基模高斯波束法结合几何光学法分析系统准光路;设计多波束宽角扫描透镜天线;提出一种新型结构的介质棒天线,该天线易于排成紧密阵列且能够为透镜提供良好的照射;研制工作于Ka频段的高灵敏度、小型化直接检波式辐射计等.给出了20通道被动毫米波焦面阵成像系统...     

一种基于CMOS的高集成度太赫兹近场传感器

为了解决太赫兹波段近场传感器分辨率低和成本高的问题,提出了一种高图像分辨率、高集成度的传感器设计方案.该330 GHz传感器基于55 nm互补金属氧化物半导体（complementary metal oxide semiconductor,CMOS）工艺仿真实现,由330~336 GHz调谐范围的单端输出环形振荡器、宽带谐振器和功率探测器在单一硅片下集成.仿真结果表明,环形振荡器在偏置电压为2 V时达到峰值输出功率0.9 dBm@330 GHz,即1.23 mW.根据振荡器调谐范围,设计了一个宽带谐振器用于对待测物进行近场感测,通过放置不同介电常数的物体于其顶端表面,再通过探测器读出输出电压,与未放置物体时探测器的输出电压的差值即为该传感器的响应.此单片集成的传感器可以在单片上实现太赫兹照明、探测、传感以及成像功能,在未来太赫兹近场成像领域有较强的应用潜力.     

光学读出热成像焦平面阵列的制作技术

光学读出热成像是一种新型的红外成像技术,它基于双材料效应和光学原理实现像转换与像增强,具有高性价比的潜在优势.光学读出热成像焦平面阵列由可动微镜阵列构成,其制作技术是光学读出热成像技术的重要研究内容之一.目前,国内外的研究者已发展了基于表面微机械、体微机械以及表面,体微机械工艺的3种制作技术,前两者各有优缺点,而基于表面/体硅微机械工艺的制作技术则兼顾了前两者的优点.     

红外焦平面探测器成像中的重影现象

在一款256×256中波红外探测器成像中,发现了成像重影,这种重影严重影响图像质量。特别是探测微弱目标时,对目标的识别和捕获会产生严重的干扰。本文介绍了专用红外焦平面点源实验平台,对成像重影的数据特性进行了分析,并通过机理分析和实验比较定位了引起成像重影的原因。成像重影是由于测试电路阻抗不匹配及带宽不够造成的,通过改进测试电路消除了这种重影。     

场景自适应的红外焦平面成像系统灰度超分辨技术

针对目前红外焦平面成像系统在观察目标、特别是弱小目标时,灰度分辨率不足的问题,提出了一种基于场景特性自适应的成像灰度超分辨技术。详细介绍了通过自适应调节红外焦平面成像系统中信号采样范围来进行成像灰度超分辨的方法,包括3个方面的内容:从图像中提取场景有效灰度范围,获取超分辨调整依据;结合基于LMS的自适应滤波算法,对调节依据进行滤波预测后给出调节值;利用调节值分解设置超分辨电路参数,完成针对观察目标的灰度超分辨。最后,对整体方案进行了实验验证。通过在红外焦平面系统中实验证明了场景自适应的成像灰度超分辨方法的可行性,并获得了很好的效果,灰度分辨率有很大提高,经过红外焦平面成像系统综合测试仪测试比较MRTD 值可以提高一倍以上。