太赫兹极高分辨力雷达成像试验研究

0.14 THz高分辨力成像雷达信号处理成彬彬;江舸;杨陈;蔡英武【期刊名称】《强激光与粒子束》【年(卷),期】2013(025)006【摘要】为适应0.14 THz超高分辨雷达实时成像的需求,开发了基于CPU+ GPU+ FPGA的硬件架构和成像处理算法,算法以距离-多普勒为原型,引入L类维格纳分布变换提高横向分辨力,用Keystone变换方法对越距离单元徙动进行校正,并开发了系统非线性补偿算法.在载频0.14 THz、带宽5 GHz雷达样机上进行了逆合成孔径雷达成像试验,获得了3 cm×3 cm的成像分辨力和实时成像能力,验证了信号处理方法的有效性.【总页数】5页(P1577-1581)【作者】成彬彬;江舸;杨陈;蔡英武【作者单位】中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院太赫兹研究中心,四川绵阳621900;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院电子工程研究所,四川绵阳621900;中国工程物理研究院太赫兹研究中心,四川绵阳621900【正文语种】中文【中图分类】TN95【相关文献】1.0．14THz超高分辨成像雷达实验研究 [J],2.基于0.14 THz成像雷达的RCS测量 [J], 江舸;成彬彬;张健;3.基于0.14 THz成像雷达的RCS测量 [J], 江舸;成彬彬;张健4.0．67THz高分辨力成像雷达 [J], 成彬彬;江舸;陈鹏;杨陈;陆彬;蔡英武;邓贤进;陈樟;张健;周传明;5.0.67 THz高分辨力成像雷达 [J], 成彬彬;周传明;江舸;陈鹏;杨陈;陆彬;蔡英武;邓贤进;陈樟;张健因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

第1篇一、实验背景随着信息技术的快速发展，无线通信技术也在不断进步。

太赫兹通信作为一种新兴的无线通信技术，因其具有传输速度快、频谱资源丰富、抗干扰能力强等特点，在军事、医疗、安全检测等领域具有广泛的应用前景。

为了更好地研究太赫兹通信系统的性能，本实验利用仿真软件对太赫兹通信系统进行了仿真实验。

二、实验目的1. 了解太赫兹通信系统的基本原理和组成。

2. 掌握太赫兹通信系统的仿真方法。

3. 分析太赫兹通信系统的性能，为实际应用提供参考。

三、实验原理太赫兹通信系统主要包括发射端、传输信道和接收端。

发射端将信息信号调制到太赫兹频段，通过传输信道传输，接收端对接收到的信号进行解调，恢复出原始信息。

本实验采用电磁仿真软件对太赫兹通信系统进行仿真。

仿真过程中，首先建立太赫兹通信系统的模型，然后设置仿真参数，最后进行仿真分析。

四、实验设备1. 电磁仿真软件（如CST Microwave Studio、ANSYS HFSS等）。

2. 太赫兹通信系统模型。

3. 计算机及网络连接。

五、实验步骤1. 建立太赫兹通信系统模型：根据实验需求，建立太赫兹通信系统的模型，包括发射端、传输信道和接收端。

2. 设置仿真参数：设置仿真参数，如频率、带宽、调制方式、传输距离等。

3. 进行仿真：运行仿真软件，对太赫兹通信系统进行仿真。

4. 分析仿真结果：对仿真结果进行分析，包括系统性能指标、信号质量、误码率等。

六、实验结果与分析1. 系统性能指标：通过仿真实验，得到太赫兹通信系统的性能指标，如传输速率、误码率等。

2. 信号质量：分析仿真过程中信号质量的变化，如信号衰减、干扰等。

3. 误码率：分析仿真过程中误码率的变化，评估系统的可靠性。

4. 系统优化：根据仿真结果，对太赫兹通信系统进行优化，提高系统性能。

七、实验结论1. 通过仿真实验，验证了太赫兹通信系统的基本原理和组成。

2. 掌握了太赫兹通信系统的仿真方法，为实际应用提供了参考。

3. 分析了太赫兹通信系统的性能，为系统优化提供了依据。

太赫兹辐射成像技术的研究与应用一、引言太赫兹波是介于微波和红外之间的电磁波，波长在0.1mm到1mm之间，频率从0.3太赫兹到30太赫兹。

自从1990年太赫兹波被首次探测以来，研究人员就开始探索其在成像领域的应用，因此太赫兹辐射成像技术便应运而生。

太赫兹辐射成像技术作为一种新兴的成像技术，在医学、安全检测、材料科学等领域都有着广泛的应用前景。

本文将对太赫兹辐射成像技术的研究进展与应用进行详细介绍。

二、太赫兹辐射成像技术概述太赫兹辐射成像技术是通过测量物体在太赫兹波段的透过和反射能量来建立物体的电磁特性图像。

太赫兹辐射成像技术具有吸收能力较弱、穿透深度较大、空间分辨率高、时间分辨率高等优点。

同时，由于太赫兹波与物质的相互作用机制与其他传统成像技术不同，因此具有诸如检测探测材料组成、分析化学结构、检查生物异物等特点。

太赫兹辐射成像技术主要基于以下三种方法：（1）透射成像：透射成像利用透过一个透明样品的太赫兹辐射强度来确定样品的特性。

这种方法的优点是能够提供高空间分辨率的成像结果，但缺点是不能用于非透明样品。

（2）反射成像：反射成像是用太赫兹辐射来照射物体，然后测量反射的的辐射强度以获取物体表面的图像。

这种方法可以用于非透明样品并且具有高表面分辨率，但是不能透射大概物体的内部信息。

（3）透射-反射成像：透射-反射成像将透射成像和反射成像结合起来，可以获取物体靠近表面的有关信息和内部的信息。

这种方法可以用于多种样品，因此具有更大的适用性。

三、太赫兹辐射成像技术的应用（1）医学领域太赫兹辐射成像技术在医学领域的应用主要分为两个方面：组织成像和药物分析。

组织成像主要应用在人体组织结构的成像研究，包括乳腺癌、皮肤癌等的诊断。

这种技术具有较高的检测灵敏度和特异度，并且可以提供组织结构更为细致的信息，是一种比较理想的组织成像技术。

药物分析方面，太赫兹辐射成像技术可以用于药物含量和组成分析，精确定位和形态分析药物颗粒，以及药品中杂质或异物的检测等。

太赫兹技术研究现状一、太赫兹源和检测器太赫兹波源的研究是太赫兹技术的关键之一、常见的太赫兹源包括光学激光器、微波源和荷电粒子束。

其中，光学激光器是目前最常用的太赫兹波源。

检测器的选择也对太赫兹技术的应用起到关键作用。

常用的太赫兹检测器有太赫兹增强型光电探测器、微波检测器和热电探测器等。

二、太赫兹成像技术太赫兹成像技术是太赫兹技术的主要应用之一、相比传统成像技术，太赫兹波能够穿透许多日常物体，如纸张、塑料和织物等，同时对多种材料具有良好的吸收和反射特性。

太赫兹成像技术可用于检测物体的内部结构、识别隐蔽物体和观测材料的物理特性。

三、太赫兹通信技术太赫兹通信技术是近年来研究热点之一、由于太赫兹波具有相对较高的带宽和较低的能量传输损耗，因此被认为是下一代高速无线通信的理想选择。

目前，太赫兹通信技术主要面临的挑战是信号传输的稳定性和传输距离的限制。

四、太赫兹辐射太赫兹辐射是指在太赫兹频率范围内的电磁辐射现象。

太赫兹辐射具有波长较长，穿透力较强的特点，因此对生物组织和有机物质的影响较小。

这使得太赫兹辐射在医疗影像、食品质量检测和安全检测等领域得到广泛应用的研究。

五、太赫兹光学太赫兹光学是研究和应用太赫兹波的光学现象和原理。

太赫兹光学包括太赫兹波的产生、传播、调制和控制等方面的研究。

太赫兹光学技术能够在太赫兹频率范围内实现超材料、光子晶体、太赫兹光纤等器件的设计和实现。

总结而言，太赫兹技术是一项具有广泛应用前景的电磁波技术。

目前，太赫兹技术在太赫兹源和检测器、太赫兹成像、太赫兹通信、太赫兹辐射和太赫兹光学等领域都取得了一定的研究进展。

随着技术的不断进步和创新，太赫兹技术在各个领域的应用将会进一步拓展和完善。

doi:10.3969/j.issn.1001-893x.2019.06.001引用格式:黄建,裴乃昌,王志辉,等.0.33THz雷达三维近场成像系统设计及成像试验[J].电讯技术,2019,59(6):621-626.[HUANG Jian, PEI Naichang,WANG Zhihui,et al.Design and imaging test of a0.33THz radar3D near-field imaging system[J].Telecommunication Engi⁃neering,2019,59(6):621-626.]0.33THz雷达三维近场成像系统设计及成像试验*黄　建**1,裴乃昌1,王志辉1,孙智敏2(1.中国西南电子技术研究所,成都610036;2.成都天奥测控技术有限公司,成都610036)摘　要:提出了采用步进频率结合平面扫描的THz雷达近场成像系统设计方案,基于宽带全息成像原理,可以实现三维高分辨率近场成像㊂采用多通道收发探头阵列缩短机械扫描行程,提高成像速度㊂给出了基于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和Stolt插值的三维图像重建算法,成像理论分辨率与波长相当㊂利用THz矢量网络分析仪和辅助设备,搭建了0.215~0.33THz成像试验装置,完成了对多层金属-泡沫目标三维成像,成像分辨率达到预期水平,验证了系统设计和三维图像重建算法的正确性㊂关键词:THz雷达;宽带全息成像;三维重建算法;步进频率开放科学(资源服务)标识码(OSID):微信扫描二维码听独家语音释文与作者在线交流中图分类号:TN957 文献标志码:A 文章编号:1001-893X(2019)06-0621-06Design and Imaging Test of a0.33THz Radar3DNear-field Imaging SystemHUANG Jian1,PEI Naichang1,WANG Zhihui1,SUN Zhimin2(1.Southwest China Institute of Electronic Technology,Chengdu610036,China;2.Chengdu Spaceon T&C Technology Co.,Ltd.,Chengdu610036,China)Abstract:A scheme of THz radar system for near-field imaging is presented.The radar system,with fre⁃quency-stepping signal waveform and scanned in a plan,can realize3D imaging with high resolution based on wide-band holographic imaging principle.Total scanning path can be shorten by using a sensor array with multi-channel.Thus the image frame rate can be improved.The3D image reconstruction algorithm based on fast Fourier transform(FFT)and stolt interplation is given.The theoretical image resolution near wavelength is achieved.A0.215~0.33THz experimental imaging set is built up using THz vector network analyzer and other devices.3D imaging of a target composed of several layers of metal,foam and absorbing material is acquired through the set with resolution as expected,which proves the validity of system design as well as3D reconstruction algorithm.Key words:THz radar;wide-band holographic imaging;3D image reconstruction algorithm;frequency-stepping scan1　引　言太赫兹(THz)成像技术在环境监测㊁安全检查㊁复合材料无损检测和医学成像领域中均有广泛的应用前景㊂目前已有的THz成像系统主要分为主动㊃126㊃第59卷第6期2019年6月电讯技术Telecommunication Engineering Vol.59,No.6 June,2019***收稿日期:2019-04-15;修回日期:2019-05-18通信作者:huangjianem@和被动两类㊂被动成像是利用物体自身的THz辐射成像,成像系统简单,但只能实现二维成像,作用距离短,分辨率和成像帧率较低,主要应用于安检等领域㊂主动成像是采用外部信号源发射THz信号照射成像目标,利用反射或透射的THz信号进行成像,具有三维成像和远距离㊁高分辨快速成像能力,应用更为广泛㊂迄今已出现多种体制THz主动成像系统,比较典型的有实孔径成像㊁合成孔径/逆合成孔径(Syn⁃thetic Aperture Radar/Inverse Synthetic Aperture Ra⁃dar,SAR/ISAR)成像㊁窄带全息成像等,均可实现二维高分辨率成像,但不具备三维成像能力㊂宽带全息成像则可实现三维高分辨成像[1]㊂在THz频段, 2010年Sheen等[2]报道了用于隐匿武器探测的350GHz雷达成像系统,2011年Adrian Tang等报道了676GHz成像雷达[3],以上系统采用实孔径成像体制,发射线性调频连续波(Linear Frequency Modu⁃lating Continuous Wave,LFMCW)信号,调频带宽9.6~28.8GHz,通过一套准光学二维扫描系统和距离向快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)处理实现三维成像,成像距离2~30m,实现了平面分辨率1cm,距离分辨率约1.5cm㊂2015年Zhang等[4]报道了340GHz ISAR成像系统,采用2D-FFT和后向投影(Backward Projec⁃tion,BP)算法,实现了实验室成像㊂2017年吴福伟等[5]报道了220GHz SAR雷达系统,发射信号中心频率216GHz,采用距离-多普勒(Range-Doppler, RD)成像算法,成像试验实现了3.2cm×3.2cm分辨率㊂江兆凤等[6]报道了基于室内实测数据的太赫兹SAR成像研究,工作频率0.3THz,采用RD成像算法,实现了方位分辨率4.5mm,距离分辨率16.9mm㊂以上系统均采用LFMCW波形,调频带宽小于10GHz,距离向分辨率较低㊂由文献可见,对于实孔径成像系统,通过二维扫描可实现三维成像,但采用准光学聚焦系统限制了成像景深,并需复杂的二维扫描机构,导致了成像时间长,难以满足实时性要求㊂对于SAR/ISAR体制,由于算法限制,一般只能实现二维成像㊂以上系统均采用LFMCW信号形式和去斜率(Dechirp)接收,系统的非线性误差将导致分辨率降低和信噪比损失,必须通过信号校准或算法补偿降低其影响,在信号宽带很大时实现难度较大㊂针对THz无损检测等应用的宽视场㊁大景深㊁高分辨三维成像需求,本文提出了一种工作频率215~330GHz的准单站雷达宽带全息成像系统,采用矢量网络分析仪搭建了成像试验装置,完成了三维成像试验,采用基于FFT的图像重建算法实现三维图像重建,达到了预期的成像分辨率㊂2摇系统组成和工作原理THz准单站雷达宽带全息成像系统工作原理是:通过THz探头的平面二维扫描,并在每个观测位置通过信号频率步进扫描,对观测平面上和工作频带内的THz反射场分布进行空域和频域三维采样,对反射信号幅度和相位的三维采样数据进行图像重建处理实现三维成像㊂针对大景深高分辨三维成像应用,THz单站雷达宽带全息成像系统具有以下优点:(1)系统采用步进频率工作波形,可以在每个工作频点上进行准确的系统校准,避免系统误差导致的分辨率下降和信噪比恶化,可达到理想的信噪比和成像分辨率;(2)基于精确的信号模型和图像重建算法,可实现达到衍射极限的横向分辨率;(3)可采用大的工作带宽,实现与波长相当的距离向高分辨率;(4)采用小尺寸宽波束天线,可实现较宽的成像视场范围;(5)通过减小频率步进,增加频域采样点数,可以满足大景深成像要求;(6)通过多通道阵列式扫描,可以在成像速度和系统成本进行平衡设计㊂系统组成如图1所示,工作流程如下:毫米波激励模块产生步进频率毫米波信号,THz收发前端在毫米波信号激励下,产生THz信号并通过宽波束发射天线向空间发射;宽波束接收天线收到反射信号后,在THz收发前端内变频到中频并送入中频DSP 模块进行预处理㊂中频预处理完成放大㊁滤波㊁正交解调和二维快速傅里叶变换处理㊂THz收发探头阵列在扫描伺服装置驱动下,在扫描平面(z=Z0平面)水平方向(X方向)连续扫描,垂直方向(Y方向)步进扫描,在每个扫描位置完成一次信号频率步进扫描,将经预处理后的数字中频信号传输给终端处理计算机㊂终端计算机存储平面扫描过程中采集的中频数据,完成三维图像重构㊁图像后处理和显示㊂在系统设计中,采用多通道THz收发探头阵列可以实现一次机械扫描完成多个取样位置的数据采集,从㊃226㊃电讯技术 2019年而可以缩短机械扫描行程,减少平面扫描所需的时间,提高成像速度和图像帧率㊂图1　THz 准单站雷达宽带全息成像系统组成3摇成像试验装置搭建和成像数据采集按照图1所示的系统组成,采用THz 矢量网络分析仪和辅助设备,搭建了成像试验装置,其组成如图2所示㊂图2　THz 成像试验装置组成该装置中核心是THz 矢量网络分析仪,实现步进频率THz 信号的产生㊁发射㊁接收,获取S 21参数(即成像空间场景反射信号的幅度和相位)㊂矢量网络分析仪的主要参数见表1㊂计算机控制扫描架带动待测目标实现二维运动扫描,并逐点记录矢网步进频率测试数据供后续图像重建处理㊂表1　矢量网络分析仪的主要参数参数最小值典型值最大值工作频率/GHz 215330发射功率/dBm -10接收变频损耗/dB 20动态范围/dB 100扫频点数1601 收发天线均采用开口BJ2600矩形波导,在最高频率330GHz 上E 面和H 面半功率波束宽度分别为107°和72°㊂矩形波导天线不仅具有宽波束特性,同时也便于矢网在天线口面进行校准㊂收发天线采用H 面并排放置,以减小收发天线直接泄漏,同时两者距离满足d ≤λmin R min2㊂(1)式中:d 是收发天线中心距离,λmin 和R min 分别是工作频段内最小波长和成像空间内目标与天线最小距离㊂在式(1)条件下,与理想单站工作条件相比,成像过程中引入的最大相位误差不超过π/4㊂成像试验参数设置如表2所示,目标设置图案如图3所示,采用金属条拼接形成内部部分填充的多层回字形图案,相邻两层金属图案在垂直方向上相距约为3mm㊂回字形外框金属带条两端存在约2mm 的缝隙㊂表2　系统参数设置参数设置值成像距离/m 0.15~0.40扫频范围/GHz 215~330扫频点数401X -Y 扫描范围/m 20.22×0.22X 向扫描速度/(mm㊃s -1)1X 向采样间隔/mm2Y 向扫描步长/mm2图3　成像目标金属图案待测目标三维图案采用金属胶带和泡沫材料制作,附着于吸波材料表面㊂吸波材料安装在扫描架支架上,用于吸收透射电磁波,避免扫描架反射干扰成像㊂成像时,目标距离天线口面约0.22m,上面覆盖5mm 厚的泡沫材料,因而金属图案目视不可见㊂目标安装方式如图4所示㊂㊃326㊃第59卷黄建,裴乃昌,王志辉,等:0.33THz 雷达三维近场成像系统设计及成像试验第6期图4　试验现场目标实物及其安装方式试验流程如图5所示㊂图5　成像试验流程图4摇三维图像重构算法和数据处理成像试验是场景相对于静止的THz 探头运动扫描,但在实际成像系统中一般是探头扫描运动,因此以下算法介绍采用探头位置变化方式进行描述㊂两种情况下算法并无区别㊂设探头在平面z =Z 0内运动,其收发天线中心位置坐标为(x′,y′,Z 0),成像空间内(x ,y ,z )点的反射系数为g (x ,y ,z )㊂在Born 近似下,根据电磁波传播模型可得到传播常数为k 时的S 21参数为s (x′,y′,k )=∭g (x ,y ,z )e -j2kRR 2d x d y d z ㊂(2)式(2)的积分在整个目标空间进行㊂式中空间距离R =　(x′-x )2+(y′-y )2+(z 0-z )2,传播常数k =2πλ=2πf C,C 是真空中的光速,λ是对应于频率f 的波长㊂对式(2)进行关于x′㊁y′的二维傅里叶变换得到~S (k x ,k y ,k )=∫~G (k x ,k y ,z )d z ×∬e -j2kR R2e -j k x (x′-x )-jk y (y′-y )d(x′-x )d(y′-y ),(3)~S (k x ,k y ,k )㊁~G (k x ,k y ,z )分别是s (x′,y′,k )和g (x ,y ,z )对应于谱指数(k x ,k y )的平面波谱㊂由驻相定理和Weyl 恒等式,式(3)可简化为~S (k x ,k y ,k )≈∫~F (k x ,k y ,z )2k (z -z 0)e -j k z (z -z 0)d z ㊂(4)式中:k z =　k 2-k 2x -k 2y ㊂(5)将式(4)表示成关于z 的傅里叶变换形式可知,2k e -j k z z 0~S (k x ,k y ,k )是函数g (x ,y ,z )(z -z 0)对应于谱指数(k x ,k y ,k z )的三维谱分量㊂通过频率步进扫描(从而改变k ),可以得到一系列三维谱分量,这些谱分量在k x -k y 平面内是均匀分布的,而根据式(5)在k z 方向是非均匀的,但可通过Stolt 插值得到均匀的三维谱分量集,然后再进行离散傅里叶逆变换得到空间内g (x ,y ,z )的三维离散分布,从而实现三维图像重构㊂以上算法假设在一次频率步进扫描过程中探头位置相对于成像空间不变,实际成像时图案在X 方向为连续扫描运动㊂由于频率扫描过程图案x 坐标仍在连续变化,若不进行运动补偿,重构的图像将会沿X 方向扭曲,实际工程应用时成像算法需考虑运动补偿㊂在成像试验中,由于扫描运动速度为1mm /s,频率扫频测试时间为0.4s,因此一次扫频测试期间x 坐标变化量为0.4mm,图像扭曲未超过0.5像素,可以忽略不计,无需进行运动补偿㊂按照以上三维图像重构算法,假设X ㊁Y 方向扫描步长分别为Δx ㊁Δy ,扫描区域与视场宽度相同且整个扫描范围内波束宽度均可覆盖视场,经理论分析得到横向(扫描平面内)成像分辨率为δx =max(Δx ,δ0),(6)δy =max(Δy ,δ0)㊂(7)式中:δ0=r4r -2λmin ,λmin 是最高工作频率f max 对应㊃426㊃ 电讯技术 2019年的波长,r为频率比,r=f max/f min,f min是最低工作频率㊂纵向分辨率为δz=C2B=r r-1λmin㊂(8)式中:扫频带宽B=f max-f min㊂为消除收发直接泄漏影响和背景反射的伪像,成像试验时,成像装置先采集一组无目标的背景S21参数,再采集有目标时S21参数㊂在图像重构时,将两组S21参数相减得到最终的成像数据,并用于图像重构处理㊂5摇成像试验结果用Matlab软件编写了图像重建程序,利用实验室采集的成像数据进行了三维图像重建,重建得到的三维图像如图6所示,图中X㊁Y和Z方向像素大小分别为2mm㊁2mm和0.8mm,像素灰度越大代表反射越强㊂图6　重建的三维图像为了更清晰地看到各层金属图案重建的效果,将各层金属图案所在平面附近三维图像投影成二维图像,如图7所示㊂(a)顶层金属图案二维图像(b)第二层金属图案二维图像(c)第三层金属图案二维图像(d)底层吸波材料二维图像图7　各层图案二维图像(像素大小2mm´2mm) 由于所用的胶板型吸波材料最高工作频率只到40GHz,从图7(d)可见其在THz频段有较强的反射(图像中深色部分),但其中部被第二层金属图案遮挡(中间浅色矩形区域)㊂由于各层图案不平整,因此各层图像有部分重影㊂在图7(c)中,可以看到在图案左上角和右下角各有约1个像素大小的间隙,对应于目标金属条带上2mm宽的间隙,据此估计成像横向分辨率约㊃526㊃第59卷黄建,裴乃昌,王志辉,等:0.33THz雷达三维近场成像系统设计及成像试验第6期2mm,与X㊁Y方向扫描步长相符㊂重构的图像上可以清晰地分辨各层金属图案,可知Z向分辨率小于各层金属图案所在平面之间的Z向距离(3mm),与理论值2.61mm相符㊂6　结　论本文针对THz宽视场㊁大景深㊁高分辨三维成像需求,提出了一种工作频率215~330GHz的步进频率宽带全息成像系统,采用THz矢量网络分析仪搭建了成像试验装置,完成了对三维图案的成像试验㊂采用基于FFT和Stolt插值的图像重建算法完成三维图像重建㊂成像试验结果实现了成像距离≥0.2m,视场范围0.22m×0.22m,景深≥0.4m,横向分辨率2mm×2mm,距离分辨率≤3mm,达到了预期的成像分辨率,验证了系统技术方案的可行性,为THz大景深㊁高分辨率三维成像系统工程化研制奠定了基础㊂参考文献:[1]　SHEEN D M,MCMAKIN D L,HALL T E.Three-dimen⁃sional millimeter-wave imaging for concealed weapon de⁃tection[J].IEEE Transactions on Microwave Theory andTechniques,2001,49(9):1581-1592.[2]　SHEEN D M,HALL T E,SEVERTSEN R H,et al.Stand⁃off concealed weapon detection using a350GHz radar im⁃aging system[J].Proceedings of SPIE,2010,7670:1-12.[3]　COOPER K B,DENGLER R J,UOMBART N,et al.THzimaging radar for standoff personnel screening[J].IEEETransactions on Teraherz Science and Technology,2011(1):169-182.[4]　ZHANG B,PI Y,LI J.Terahertz imaging radar with in⁃verse aperture synthesis techniques:system structure,sig⁃nal processing,and experiment results[J].IEEE SensorsJournal,2015,15(1):290-298.[5]　吴福伟,刘振华,李大圣,等.220GHz太赫兹合成孔径雷达[J].太赫兹科学与电子信息学报,2017,15(3):368-371.[6]　江兆凤,张群英,李超,等.室内实测数据太赫兹合成孔径雷达成像研究[J].电子测量技术,2016,39(10):65-71.作者简介:黄　建　男,1971年生于四川邻水,工学硕士,研究员,主要研究方向为毫米波系统与应用㊁THz技术等㊂裴乃昌　男,1979年生于辽宁法库,硕士,高级工程师,主要研究方向为毫米波电路与系统㊂王志辉　男,1979年生于四川蓬溪,博士,高级工程师,主要研究方向为太赫兹电路与系统㊂孙智敏　女,1992年生于四川成都,工学学士,工程师,主要从事系统集成和自动测试系统软件开发工作㊂㊃626㊃电讯技术 2019年。

太赫兹雷达的特性及发展太赫兹雷达特性太赫兹( THz)波是指频率在0.1THz—10THz范围内的电磁波,它在电磁波谱中占有很特殊的位置,处于电子学向光子学的过渡区域。

THz辐射具有很多优越的特性。

（1）高穿透性和低能性太赫兹对许多介电材料和非极性物质具有良好的穿透性，而太赫兹光子能量为4.1meV(毫电子伏特),仅为X 射线光子能量的1%，该值低于各种化学键的键能, 太赫兹辐射不会导致光致电离而破坏被检物质, 非常适用于针对人体或其他生物样品的活体检查，是X 射线成像和超声波成像技术的有效互补。

另外, 水对太赫兹辐射有极强的吸收, 所以该辐射不会穿透人体的皮肤, 对人体是很安全的。

（2）高分辨率太赫兹波的脉宽是皮秒级，具有很高的时间分辨率，是作为高精度雷达的基础。

太赫兹辐射具有比微波更短的波长及更精确的时间检测装置，因而使用太赫兹雷达对目标进行敏感探测与监视，能够探测比微波雷达更小的目标。

太赫兹单个脉冲的频带可以覆盖吉赫兹至太赫兹的频率范围，能获得物质更丰富的光谱数据。

并且，根据材料的共振吸收，可以获得被测目标的材料组成。

因此，太赫兹可用作对目标的识别，这是其他远距离探测技术难以做到的。

（3）反隐身能力太赫兹雷达波的空间分辨率能达到1cm左右，且频带很宽，使太赫兹雷达接收到的是携带了一系列不同角度信息的集中回波，从而能够很好地对抗外形隐身技术。

通常用吸波材料构成的隐形目标只在一个较窄的波段适合，所以常规的窄带微波雷达无法有效探测雷达截面很小的隐形飞行物体。

而太赫兹雷达发射的太赫兹脉冲包含了丰富的频率，可使隐形飞行物体的窄带吸波涂层失去作用。

太赫兹雷达对扁平形薄边缘不会像普通雷达那样形成共振吸收而减弱反射强度，它仅产生很小的共振面而反射波仍然较强。

因此，太赫兹雷达对材料隐身也有很强的探测能力。

另外，太赫兹在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少，其良好的穿透沙尘烟雾能力，是反隐身探测的重要保障。

THz频段的波长远小于通常的微波及毫米波频段的波长, 适合于极大信号带宽和极窄天线波束的实现, 有利于实现目标的高分辨率成像, 且物体运动引起的多普勒效应更为显著, 更利于检测目标的运动特征。

太赫兹成像技术概念及原理解析一、太赫兹成像技术概念及原理解析太赫兹技术简介太赫兹（T erahertz，1THz=1012Hz）泛指频率在0.1～10THz 波段内的电磁波，位于红外和微波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡阶段。

太赫兹辐射是0.1~10THz的电磁辐射，从频率上看，在无线电波和光波，毫米波和红外线之间；从能量上看，在电子和光子之间·在电磁频谱上，太赫兹波段两侧的红外和微波技术已经非常成熟，但是太赫兹技术基本上还是一个空白，其原因是在此频段上，既不完全适合用光学理论来处理，也不完全适合微波的理论来研究。

太赫兹系统在半导体材料、高温超导材料的性质研究、断层成像技术、无标记的基因检查、细胞水平的成像、化学和生物的检查，以及宽带通信、微波定向等许多领域有广泛的应用。

研究该频段的辐射源不仅将推动理论研究工作的重大发展，而且对固态电子学和电路技术也将提出重大挑战。

远距离穿墙术，铸就反恐作战新利器。

如果问一下驻伊美军最怕的是什么，那答案肯定是路边炸弹，防不胜防的路边炸弹，成了驻伊美军不寒而栗的“头号杀手”，以至于让美国海军陆战队司令迈克尔·哈吉认为：“这种相对低级的武器将成为未来战争的一个标志。

”在美军撤离伊拉克之前路边炸弹造成的伤亡一度不绝于耳。

与此同时，不断发生的细菌邮件、包裹炸弹和自杀式袭击也令人神经紧绷。

似乎在传统威胁面前，高新技术也无能为力，事实真是如此吗？太赫兹的穿墙透视能力或许能够扭转这种被动局面。

太赫兹的频率很高、波长很短，具有很高的时域频谱信噪比，且在浓烟、沙尘环境中传输损耗很少，可以穿透墙体对房屋内部进行扫描，是复杂战场环境下寻敌成像的理想技术。

未来城市及反恐作战中，借助太赫兹特有的“穿墙术”，可以对“墙后”物体进行三维立体成像，探测隐蔽的武器、伪装埋伏的武装人员和显示沙尘或烟雾中的坦克、火炮等装备，进而拨开战场迷雾。

另外，太赫兹成像技术在塑料凶器、陶瓷手枪、塑胶炸弹、流体炸药和人体炸弹的检测和识别上，更是“明察秋毫”，利用强太赫兹辐射照射路面，还可以远距离探测地下的雷场分布。

太赫兹应用技术的研究与发展太赫兹波，是介于微波和红外线之间的电磁波，波长在0.1-10毫米之间，频率在30-300太赫兹之间，具备穿透性、非电离性、低能量、高分辨率等特点，被誉为“生产科技发展的新曙光”和“21世纪最具潜力的新兴技术”。

近年来，太赫兹应用技术逐渐成为研究热点领域，涉及到医疗、环保、能源、信息、军事、航空航天等多个领域，具有广阔的发展前景和应用前景。

一、医疗领域太赫兹波在医疗领域的应用主要集中在成像、诊断和治疗等方面。

太赫兹技术通过检测人体组织和细胞的特异性反射、折射和传输来实现无创检测和早期诊断，提高病变检测的敏感性和精确性。

太赫兹技术也可以用于治疗某些疾病，如通过太赫兹波束调节脑细胞的交互作用，对脑退化性疾病进行治疗。

二、环保领域太赫兹波在环保领域的应用主要涉及大气污染和水质检测。

通过太赫兹技术，可以对大气中有害气体的含量进行检测，如二氧化碳、臭氧、氮氧化物等，提供较为准确的检测数据。

在水质检测方面，太赫兹波可用于检测水中的有机物、无机物、微生物等。

三、能源领域太赫兹波在能源领域的应用主要集中在太阳能电池的研制和开发。

太赫兹波可以在纳秒时间内探测太阳电池中电子的动态变化，为进一步研究探测太阳电池的性能提供了基础。

四、信息领域太赫兹波在信息领域的应用较广泛，主要集中在通信、传感以及安防领域。

太赫兹技术可以实现无线宽带通信，传输速度快、抗干扰能力强、安全性高、成本低、环境友好。

太赫兹传感技术可以用于检测远距离目标的物理参数，如位置、速度、温度等，为工业自动化、环境监测、农业生产等提供了便利。

太赫兹安防技术可以检测人体内的金属、塑料、液体等物质，根据不同物质的特异性反射、吸收和透射来实现人体的安全检测，可用于禁毒、禁烟、反恐等安全保卫工作。

五、军事领域太赫兹波在军事领域的应用主要涉及通信、情报收集、雷达探测等方面。

太赫兹通信技术可以在恶劣的电磁环境下进行保密通信，以提高信息的安全性和保密性。