| 题名 | 近场太赫兹成像技术研究 |
| 作者 | 谷胜明 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2013-06-06 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 方老师 |
| 关键词 | 近场太赫兹成像+高斯波束分析+实孔径成像+合成孔径成像+全息成像+成像算法+扇形波束扫描+圆波束扫描+pillbox天线 |
| 学位专业 | 电磁场与微波技术 |
| 中文摘要 | 太赫兹（THz）电磁波广义的是指频率在0.1THz-10THz（波长为3mm-30μm）范围内的电磁波。太赫兹波处于微波和红外之间，具有许多独特的优势：相比于可见光和红外光，太赫兹波可穿透诸如衣物、塑料、木板等非极性媒质；相比于低频段的微波和毫米波，太赫兹波成像往往可以获取更高的图像分辨率；相比于X射线成像，波长长、能量低的太赫兹波对人体成像更为安全可靠。正是由于具备上述众多的优点，使得太赫兹成像技术在安全检查、无损检测、生物医学等领域具有重要的应用价值。在国家自然科学基金、中科院知识创新工程重要方向项目和国家863项目的经费支持下，本文开展了近场太赫兹成像的基本理论、成像体制、信号传输模型、成像算法以及成像实验等方面的研究。论文的主要工作和创新点如下：一、提出了一种新型的结合近场聚焦实孔径分辨和合成孔径分辨的太赫兹扇形波束扫描合成孔径成像体制，并开展了原理样机实验。针对该成像系统，主要工作和创新点包括：（1）提出并深入研究了新型“太赫兹扇形波束扫描合成孔径成像体制”。该成像体制利用准二维结构的波束扫描pillbox天线产生符合人体拓扑结构的扇形波束。在水平方位向，利用扇形波束的窄边波束进行实孔径高分辨成像；在垂直方位向，利用宽边波束进行孔径合成高分辨成像。（2）提出采用高斯波束理论对扇形波束扫描pillbox天线进行特性分析，获取了该特殊结构天线辐射场分布的解析表达式，建立了该成像系统的信号传输模型，并通过天线的测试验证了分析结果的正确性。基于信号传输模型，并结合互易定理得到了金属目标重建后的图像信噪比，用于系统性能评估。（3）针对新型太赫兹波束扫描合成孔径成像体制，提出了有效的单频二维和宽带三维高分辨率聚焦成像算法，并利用基于互易定理和物理光学法得到的回波数据进行重建，验证了成像算法的正确性。此外还对成像算法的运算量进行了定量的分析。（4）利用微波矢量网络分析仪和太赫兹扩展模块构建了0.2THz波段实验成像系统，并对该系统开展了成像实验，展现了该系统在安检等领域的应用前景。二、针对大口径高分辨成像应用需求，提出采用近场太赫兹全息成像技术。主要工作和创新点包括：（1）提出结合高斯波束照射下的信号传输模型和相移法偏移，推导得到三维全息成像时点扩散函数解析表达式，并定量给出空间分辨率和采样率与高斯波束参数的关系式，该关系式可用于指导成像系统准光学收发链路的设计。（2）设计、加工并测试了高斯双模圆锥喇叭天线，基于矢网和太赫兹扩展模块构建了0.2THz波段成像实验系统，利用实验数据验证了空间分辨率和采样率公式。（3）研究了改进的三维相位移偏移算法，并通过实验数据进行了验证。（4）研究了适用于曲面目标的单频太赫兹全息成像算法，并通过实验数据对该算法进行了有效性验证。三、开展了基于太赫兹扇形波束扫描和圆波束扫描的新型全息成像体制的初步研究，针对这两种成像体制，主要工作和创新点包括：（1）开发了单频扇形波束扫描全息成像算法，并利用基于互易定理和物理光学法获取的回波数据进行了仿真重建，验证了算法的正确性；此外，还开展了单频扇形波束扫描全息成像实验研究与分析。（2）分析了天线的相位中心运动偏差对太赫兹全息成像的影响，通过仿真数据进行了验证。 （3）研究了适用于圆波束扫描全息成像的三维混合域重建算法和带运动补偿的斜平面波数域重建算法，并通过仿真数据对算法进行了验证。 |
| 语种 | 中文 |
| 学科主题 | 电磁场 |
| 公开日期 | 2013-06-09 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://159.226.65.12/handle/80137/9865]  |
| 专题 | 电子学研究所_电子所博硕士学位论文_电子所博硕士学位论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 谷胜明. 近场太赫兹成像技术研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2013. |
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