terahertz aperture synthesized imaging with fan-beam scanning for personnel screening

用于人体成像的太赫兹合成孔径技术DG1523004 无线电物理周德亮

阅读目的

了解国内外主动式太赫兹成像技术的发展趋势及调研切实可行的准光学系统，扫描系统方案。

阅读内容

本文介绍了一种基于扇形电子束扫描和合成孔径成像重建技术的新的主动太赫兹成像系统方案。水平方向的高分辨率通过基于准光学聚焦系统的实际聚焦孔径来获得，在垂直方向高分辨率的获得是依靠扇形电子束扫描的宽边的合成孔径成像技术。作者设计了适当的汇聚算法来实现单频点的二维成像和宽谱的三维成像。通过使用一个0.2THz的外差接收机，开发了成像设备的原理样机和方案验证实验已经完成，系统在分辨率，合成孔径分辨率和隐藏物的探测能力等方面的性能也在文中做了详细的分析。

文章第一部分首先介绍了太赫兹成像技术与其他成像技术对比的好处，并指出太赫兹成像技术在无损检测和安检方面的运用需求和为应对潜在应用，太赫兹成像系统在空间分辨率，成像分辨率和造价三个方面具有特别需求。随后分析近年来世界各国的研发人员已开发出多种太赫兹成像系统以满足太赫兹成像需求。针对不同的成像方案，作者分别分析了方案的优缺点，并在最后提出了一种新的太赫兹成像系统方案，该方案综合运用了水平维度的汇聚光束的实孔径成像和垂直维度的综合孔径成像技术。这样的设计与人体形态学相匹配-在垂直维度长和水平维度窄。然后作者分析了采用这种成像方式的优点，并说明了文章的结构，在第二部分介绍成像系统的细节，第三部分详细分析了相关算法，第四部分做了仿真及验证，第五部分做了总结。

文章第二部分对成像系统做了详细的介绍。成像系统示意图如图1所示。并对文章第一部分所提到的扫描区域进行了解释，给出了系统中收发天线的实物图及连接框图以说明系统的工作原理，收发天线实物图如图2所示。收发链路模块示意图如图3所示。文中详细介绍了系统的工作原理及如何实现在水平维扫描区域小，而垂直维实现较大区域扫描。介绍了系统的工作流程，双路信号采集方式。

文章第三部分详细介绍了扇形波束扫描综合孔径成像的信号处理算法，给出了二维成像及三维成像不同的算法实现方式，并指出了对采集到的图像数据做二维FFT变换及三维FFT 变换的理由，根据一系列推导最后得出满足系统需求的信号采集速率及相应值。在第三部分的最后文章分析了系统分辨率及信号采集速率的公式，由此，可以很轻易推导出满足系统追求的公式。

图 1 系统示意图

图 2 收发天线实物图

图3简化版收发链路框图

文章的第四部分给出了对前文算法的仿真及搭建成功的成像系统的结果分析。对不同的目标进行二维及三维成像分析，给出了实物照片对比，由此引出对全文的总结。证明了基于0.2THz的主动太赫兹成像系统是可以实现的。且该方案适合人体扫描成像。

阅读收获

太赫兹雷达成像技术是主动式太赫兹成像技术的其中一种方式，虽然我的系统方案源与探测器不能合并在一起，且探测器已固定为直接检波式探测器，但是太赫兹雷达成像技术中使用的准光学系统（天线系统），扫描系统及成像算法对650GHz主动式太赫兹成像系统的设计依然很有帮助。通过该文献找到了一种新的成像想法，即在一维采用滚珠丝杠匀速运动，另外一维通过扫描镜旋转实现成像的办法。该方案的可行性经过ZEMAX仿真后觉得可行，唯一的缺点是光斑大小远超衍射极限，导致系统分辨率不高。