近場(chǎng)太赫茲成像技術(shù)研究

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1、中國科學(xué)院大學(xué)UniversityofChineseAcademyofSciences博士學(xué)位論文近場(chǎng)太赫茲成像技術(shù)研究作者姓名：谷勝盟指導(dǎo)教師：虛[直班塞雖生巨撾堂隧皇王堂班囂壓學(xué)位類別：王堂監(jiān)主學(xué)科專業(yè)：皇礁場(chǎng)皇熊速撞盔研究所：主國科堂隧皇王堂班塞壓2013年6月ResearchonNear-fieldTerahertzImagingTechnologyByGuShengmingADissertationSubmittedtoTheUniversityofChineseAcademyofSciencesInpartialfulfillm

2、entoftherequirementForthedegreeofDoctorofPhilosophyInstituteofElectronics，ChineseAcademyofSciencesJune，2013研究成果聲明本人鄭重聲明：所提交的學(xué)位論文是我本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作獲得的研究成果。盡我所知，文中除特別標(biāo)注和致謝的地方外，學(xué)位論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得中國科學(xué)院電子學(xué)研究所或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書所使用過的材料。與我一同工作的合作者對(duì)此研究工作所做的任何貢獻(xiàn)均已在學(xué)位論文中作了

3、明確的說明并表示了謝意。特此申明。簽名妗膽峨嘲砧咖多關(guān)于學(xué)位論文使用權(quán)的說明本人完全了解中國科學(xué)院電子學(xué)研究所有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，其中包括：①電子所有權(quán)保管、并向有關(guān)部門送交學(xué)位論文的原件與復(fù)印件；②電子所可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段復(fù)制并保存學(xué)位論文；③電子所可允許學(xué)位論文被查閱或借閱；④電子所可以學(xué)術(shù)交流為目的，復(fù)制贈(zèng)送和交換學(xué)位論文；⑤電子所可以公布學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容(保密學(xué)位論文在解密后遵守此規(guī)定)。日凝：Ⅻ1弓D揣日期．刀／7口∥壚摘要太赫茲(THz)電磁波廣義的是指頻率在0．1THz．10THz(波長為3mm

4、．301．tm)范圍內(nèi)的電磁波。太赫茲波處于微波和紅外之間，具有許多獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：相比于可見光和紅外光，太赫茲波可穿透諸如衣物、塑料、木板等非極性媒質(zhì)；相比于低頻段的微波和毫米波，太赫茲波成像往往可以獲取更高的圖像分辨率；相比于X射線成像，波長長、能量低的太赫茲波對(duì)人體成像更為安全可靠。正是由于具備上述眾多的優(yōu)點(diǎn)，使得太赫茲成像技術(shù)在安全檢查、無損檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值。在國家自然科學(xué)基金、中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目和國家863項(xiàng)目的經(jīng)費(fèi)支持下，本文開展了近場(chǎng)太赫茲成像的基本理論、成像體制、信號(hào)傳輸模型、成像算法以及成像實(shí)

5、驗(yàn)等方面的研究。論文的主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)如下：一、提出了一種新型的結(jié)合近場(chǎng)聚焦實(shí)孔徑分辨和合成孔徑分辨的太赫茲扇形波束掃描合成孔徑成像體制，并開展了原理樣機(jī)實(shí)驗(yàn)。針對(duì)該成像系統(tǒng)，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)提出并深入研究了新型“太赫茲扇形波束掃描合成孔徑成像體制”。該成像體制利用準(zhǔn)二維結(jié)構(gòu)的波束掃描pillbox天線產(chǎn)生符合人體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的扇形波束。在水平方位向，利用扇形波束的窄邊波束進(jìn)行實(shí)孔徑高分辨成像；在垂直方位向，利用寬邊波束進(jìn)行孔徑合成高分辨成像。(2)提出采用高斯波束理論對(duì)扇形波束掃描pillbox天線進(jìn)行特性分析，獲取了該特殊結(jié)構(gòu)天

6、線輻射場(chǎng)分布的解析表達(dá)式，建立了該成像系統(tǒng)的信號(hào)傳輸模型，并通過天線的測(cè)試驗(yàn)證了分析結(jié)果的正確性?；谛盘?hào)傳輸模型，并結(jié)合互易定理得到了金屬目標(biāo)重建后的圖像信噪比，用于系統(tǒng)性能評(píng)估。(3)針對(duì)新型太赫茲波束掃描合成孔徑成像體制，提出了有效的單頻二維和寬帶三維高分辨率聚焦成像算法，并利用基于互易定理和物理光學(xué)法得到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，驗(yàn)證了成像算法的正確性。此外還對(duì)成像算法的運(yùn)算量進(jìn)行了定量的分析。(4)利用微波矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀和太赫茲擴(kuò)展模塊構(gòu)建了0．2THz波段實(shí)驗(yàn)成近場(chǎng)太赫茲成像技術(shù)研究像系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)開展了成像實(shí)驗(yàn)，展現(xiàn)了該系統(tǒng)在安檢

7、等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。二、針對(duì)大口徑高分辨成像應(yīng)用需求，提出采用近場(chǎng)太赫茲全息成像技術(shù)。主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括：(1)提出結(jié)合高斯波束照射下的信號(hào)傳輸模型和相移法偏移，推導(dǎo)得到三維全息成像時(shí)點(diǎn)擴(kuò)散函數(shù)解析表達(dá)式，并定量給出空間分辨率和采樣率與高斯波束參數(shù)的關(guān)系式，該關(guān)系式可用于指導(dǎo)成像系統(tǒng)準(zhǔn)光學(xué)收發(fā)鏈路的設(shè)計(jì)。(2)設(shè)計(jì)、加工并測(cè)試了高斯雙模圓錐喇叭天線，基于矢網(wǎng)和太赫茲擴(kuò)展模塊構(gòu)建了0．2THz波段成像實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了空間分辨率和采樣率公式。(3)研究了改進(jìn)的三維相位移偏移算法，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證。(4)研究了適用于曲面目標(biāo)的

8、單頻太赫茲全息成像算法，并通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)該算法進(jìn)行了有效性驗(yàn)證。三、開展了基于太赫茲扇形波束掃描和圓波束掃描的新型全息成像體制的初步研究，針對(duì)這兩種成像體制，主要工作和創(chuàng)新點(diǎn)包括