毫米波全息成像的空间采样条件
毫米波亚毫米波全息成像技术概述共60页
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51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
毫米波亚毫米波全息成像技术概述
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴
55、 为 中 华
毫米波人体成像技术在机场安检中的应用
毫米波人体成像技术在机场安检中的应用1. 引言1.1 背景介绍毫米波人体成像技术是一种通过毫米波辐射对人体进行成像的先进技术，具有快速、非接触式、隐私性高等特点。
随着恐怖袭击和犯罪事件的频发，加强机场安检已成为各国政府的重要任务之一。
传统的机场安检方式存在着诸多弊端，例如效率低下、安全风险大、隐私权受到侵犯等问题。
毫米波人体成像技术由于其高效、无损、隐私性好的特点，被广泛应用于机场安检领域，成为提升安检效率、保障安全的重要手段之一。
毫米波人体成像技术能够以高清晰度获取被检测人体的图像，并能够在图像中发现隐藏在衣物下的潜在威胁物品，如枪支、刀具等。
相较于传统的金属探测器和手持金属探测棒，毫米波人体成像技术能够更准确地识别携带危险物品的人员，大大提高了安检的效率和准确性。
该技术在保障乘客隐私的也有效减少了人工巡检的复杂性和主观性，提升了安检的一致性和公正性。
在全球范围内，越来越多的机场开始引入毫米波人体成像技术，以应对恐怖主义威胁和犯罪行为，保障民众的生命财产安全。
随着技术的不断升级和完善，毫米波人体成像技术在机场安检中的应用前景将会更加广阔。
1.2 目的意义毫米波人体成像技术在机场安检中的应用，旨在提高安检效率、加强安全性保障，同时平衡技术优势与隐私保护之间的关系。
在传统安检手段下，存在着安检效率低、安全隐患大等问题，而毫米波人体成像技术的引入可以有效解决这些问题，提升安检工作效率，确保航空出行的安全性和畅通性。
其技术优势在于能够实现无接触全身扫描、快速发现潜在危险物品等，使安检过程更加简便快速。
同时也面临着隐私保护不足、法律规定不完善等问题，需要加强相关隐私保护措施和制定法规规范。
通过深入探讨毫米波人体成像技术在机场安检中的应用，在有效提升安检效率的也需要充分考虑安全性与隐私保护之间的平衡，以确保技术的可持续发展和社会的健康发展。
对未来技术的前景展望和安检效率提升、安全性保障等方面的探讨，也具有重要的现实意义和指导作用。
毫米波雷达成像技术研究
毫米波雷达成像技术研究近年来，随着人们对雷达技术的研究不断深入，毫米波雷达成像技术也逐渐成为了研究的热点之一。
毫米波雷达成像技术具有波长短、穿透力强、分辨率高等优点，能够在大气层透射性能较好的毫米波频段实现高清晰度的目标识别、成像和监测。
本文将从毫米波雷达成像技术的基本原理、应用、存在问题及发展趋势等方面进行阐述，以期读者能够更全面了解该技术。
一、毫米波雷达成像技术的基本原理毫米波雷达成像技术主要是通过向目标物体发射毫米波信号，再接收目标反射回来的电磁波信号来实现对目标物体的探测和成像。
毫米波雷达成像技术的基本原理与传统雷达类似，其主要不同在于采用的波长较短，其频率一般在30GHz-300GHz之间，相应的波长在10mm-1mm之间。
由于这一频段的电磁波信号具有较强的穿透力和较高的分辨率，可以在很大程度上减小云雾、雾霾和大气气溶胶等对雷达波形的干扰，因此成像能力得到了很大的提高。
二、毫米波雷达成像技术的应用毫米波雷达成像技术在国防、民用领域均有广泛的应用。
在军事方面，毫米波雷达成像技术可以用于雷达成像、探测、侦察、导航和目标识别等领域，具有很高的战略价值。
例如，可以用于无人机的目标识别和导航、用于军舰和战机的反制系统、并可用于空战仿真系统等。
在民用领域，毫米波雷达成像技术可以应用于安检、边境管控、监测气象变化、海洋遥感、地质勘探、人员安全管理等众多领域。
三、毫米波雷达成像技术的存在问题尽管毫米波雷达成像技术在军事和民用领域都有着广泛的应用前景，但是在实际应用中仍然存在一些问题。
首先，毫米波雷达成像技术的设备成本相对较高，无法满足大规模部署的需求。
其次，毫米波雷达成像技术对环境要求较高，大气状况、建筑物等因素都会对成像效果产生影响。
另外，毫米波雷达成像技术在侧向分辨率和空间分辨率方面还面临一些技术难点，尚需不断的技术突破和创新。
四、毫米波雷达成像技术的发展趋势随着我国科技水平的不断提高和大力支持，毫米波雷达成像技术的应用前景会愈加广阔，也将有望在未来的一段时间内取得更大的进展。
微波全息技术
得到的新系统为：
Ax = y
其中：
x=x r -x d y=y r -yd
在这里假设
y r 是从测量数据得到的矢量，参考阵列的激励矢量为 x ，
r
为了知道那些阵元损坏， 有源天线可以包括校准系统，这些系统能轻易地控 制系统的组件，但当校准系统也损坏时就会对天线进行校准。 一些确定性和随机性技术被应用， 其中随机性技术包括遗传基因算法和神经 网络算法等；确定性方法包括反演方法、源重建、矩阵求逆、多重信号分类和压 缩感知等。 1. 微波全息技术（Microwave Holographic Technique） 微波全息技术：首先测量天线远场的幅相分布，通过波谱理论获取波谱，最 后离散傅里叶变换得到天线表面的电流分布。 全息诊断既可以直接远场测量获取 诊断信息，也可以从近场测量中获取重建。
1 1 ˆ L( M Love ; r ) K ( J Love ; r ) J Love (r ), r R n 0 2
以上方程通过矩量法进行求解。 3，多重信号分类(Multiple Signal Classification) 多重信号分类： 利用了噪声子空间和信号子空间的正交特性，通过一系列的 计算处理之后，得到了以空间方位为自变量的功率谱函数，画出函数图，然后寻 找极大值出现时对应的横坐标， 也就是谱峰所对应的方位角。谱峰的数目反映了 信源数，谱峰出现的位置反映了信源的位置。 就是先对传感器阵列收集到的数据构成的特定的协方差矩阵分解成两个互 相正交的子空间矩阵，一个是信号子空间矩阵，另一个是噪声 子空间矩阵， 利用信号子空间矩阵得到系统的广义可观测矩阵在相似变换下 的一致估计，即可求出系统矩阵。分解的方法有奇异值分解，特征分解等等。 子空间辨识算法可以分为如下几步： 第一步，对阵列输出数据的协方差矩阵进行矩阵分解； 第二步，对第一步获得的结果进行奇异值分解，进而得到可观测矩阵； 第三步，由可观测矩阵来确定系统矩阵和噪声子空间的协方差矩阵。
毫米波亚毫米波全息成像技术概述
2 近程毫米波全息成像原理
毫米波宽带全息成像原理如下图所示， 在OXY平面有二维天线接收阵列，在距离 OXY 平面R处有目标所在的oxy平面。
2 近程毫米波全息成像原理
设照射源的宽带信号经过(x,y,z)处的目标散 射后，回波信号被在(X,Y)处的接收天线接收，把 收到的信号和本振信号进行下变频然后低通滤波， 此时可得到每个频率点的信号为：
4 硬件设计
4.2 前端设计
成像系统的前端结 RF 构如图所示，系统发射 的毫米波信号经过目标 LO 散射后被接收天线接收， 信号经过环流器后分为 两路，分别和两路 ( 其中 一路延时 ) 本振信号进行 混频，得到正交的两路 I 、 Q信号，经过放大器放大 和AD采样，进行成像。
0º 90º I Q
3 机械扫描系统
3.4 扫描系统设计实例
单通道成像样机的机械扫描装置的主体结 构是滑块丝杠结构，滑块带动接收前端由丝杠牵 引进行扫描，如图所示，其定位误差在十分之一 个波长以内。3 机械扫描系统3. Nhomakorabea 扫描速度
扫描速度要综合考虑积分时间和成像时间， 在允许的成像时间内采用最大的积分时间以提高 系统灵敏度。另外根据前面的讨论，扫描速度和 积分时间应该有以下的约束关系： v / 2
如 取 λ=8mm 和 τ=2ms ， 则 v<2m/s 。 以 成 2m×2m 的毫米波图像为例，设转向时间占 10% ， 积分时间降到2ms，回程采集数据，配合研制的 4通道接收前端，成像时间半分钟左右。
4 硬件设计
4.1 总体设计
成像系统硬件主要由天线、信号源、混频 器、放大器、采样器以及信号处理器等构成，如 下图所示。毫米波信号经环流器由天线向外辐射， 经目标散射后回波信号又被天线接收，然后和本 振信号混频得到零中频信号，经过放大器和滤波 器后的信号进入AD采样得到离散的数字信号。
毫米波全息成像设备
毫米波全息成像设备中科专利毫米波成像原理•毫米波（一般20-300GHz）具有较强的穿透性，可穿透云雾、烟尘、一般的衣物等。
•毫米波满足准光学原理透射、折射和反射•人体亮温图人体安检用毫米波成像仪，依据人体轮廓内体表携带物亮温与人体亮温温差，检查人体表面携带物毫米波成像示例无水果刀钥匙等多卡电工刀嘴衔手机护照杂物毫米波成像系统的类型被动式毫米波成像•只接收天然的毫米波或被测对象发出的毫米波来对物体进行•本次检索不涉及毫米波全息（主动式）成像•向被测对象发射毫米波，并接收来自被测对象的毫米波，往往需要用天线对被测对象进行扫描•本次检索的对象Х√检索主题子项目1.毫米波全息成像设备的整机及工作方式1.1毫米波全息成像（主动式）整机设备1.2毫米波全息成像（主动式）方法1.3毫米波成像系统（主动式）的标定方法1.4毫米波全息重建方法（仅供研发人员参考）2.信号处理分系统 2.1毫米波信号处理系统3.扫描分系统3.1毫米波扫描系统3.2毫米波扫描方法单频全息图重建原理yxz扫描平面目标物体f(x,y)⎰⎰+-+-⋅⋅-⋅=dxdyey x f y x s d y y x x k j 222)0()0(2),()0,0(•二维平面逐点扫描•重建目标物体的反射系数图像•单频二维重建⎭⎬⎫⎩⎨⎧⋅=--⋅⋅--2224212)],([),(yx k k k d j d de y x s FT FT y x f宽频全息图重建yxz扫描平面目标物体f(x,y,z)•二维平面逐点扫描•增加一维频率扫描•宽频三维重建•重建目标物体的表面反射系数图像dzdxdy ez y x f y x s z z y y x x k j ⎰⎰-+-+-⋅⋅-⋅=222)0()0()0(2),,(),0,0(ω⎭⎬⎫⎩⎨⎧⋅=--⋅⋅--22240213)],,([),,(yx k k k z j d d ey x s FT FT z y x f ω全息成像：扫描方式•理想扫描：•空间采样：扫描平面内均匀网格状采样•频率采样：在每个空间采样点以不同的工作频率采样•发射天线和接受天线的位置重合………………………………………………………………………………………………毫米波全息成像示例毫米波信号处理装置毫米波信号处理装置扫描驱动装置控制装置被测对象图像处理装置天线阵列天线阵列主体框架扫描区域扫描区域入口出口结果输出毫米波成像设备标定方法与机构不同通道的信号经过的路径、开关器件、混频器、频率发生器都有可能不同，会导致不同通道的信号的零点、增益、相位都有所不同，需要对之进行校正，这就涉及到标定的方法及对应的机构。
《GB2019毫米波全息成像人体安全检查设备通用技术要求》编制说明
国家标准《毫米波全息成像人体安全检查设备通用技术要求》编制说明一、工作简况1、任务来源毫米波全息成像人体安全检查系统是一种基于毫米波反射原理，利用反射毫米波对人体体表进行扫描检测的系统，能够在不直接接触人体的情况下有效检测出藏匿于人体表面或衣物下的违禁品和嫌疑物，如枪支、刀具、爆炸物、毒品等，并以图像的方式显示检测结果，适用于机场、车站、陆路关口、重要集会活动等场所的人体安全检查。
近年来，以毫米波全息成像人体扫描设备为代表的AIT（先进成像技术）设备逐渐成为全球人体安检设备的主打设备。
因此，通过制定《基于毫米波全息成像技术的人体安全检查设备通用技术要求》国家标准，规范此类设备的技术要求并制定详细的测试方法，对设备的功能性能进行客观评价，加强此类产品的使用与管理十分必要。
同时，本标准的制定，推动相关设备在不同领域和场所的推广应用，对切实加强人体安检力度，保障公民生命财产安全，维护社会稳定具有重要意义。
2018年3月7日全国安全防范报警系统标准化技术委员会（SAC/TC100）秘书处在北京组织召开“2018年度防爆安全检查专业标准制修订计划项目研讨会”，研讨新标准项目提案，确定 2018 年度TC100 申报的防爆安全检查标准制修订计划项目。
标准申报单位是公安部安全与警用电子产品质量检测中心和同方威视技术股份有限公司，会议确定同方威视技术股份有限公司为标准主责起草单位。
2018年3月全国安全防范报警系统标准化技术委员会（SAC/TC100）经立项评审后，经公安部主管部门同意，向国家标准委提交立项申请。
同年，国家标准化管理委员会下达了制修订计划，将制定《毫米波全息成像人体安全检查仪》列入国家标准制修订计划，项目计划编号为20184821-T-312。
2、协作单位本标准负责起草单位包括：同方威视技术股份有限公司、公安部第一研究所、中国民航科学技术研究院、清华大学、公安部第三研究所、公安部安全与警用电子产品质量检测中心、华讯方舟科技有限公司、北京声讯电子股份有限公司、西安天和防务技术股份有限公司、中国电科38所博微太赫兹公司、北京航天易联科技发展有限公司、杭州芯影科技有限公司等。
深度学习网络的毫米波全息成像图像重建
毫米波成像系统技术规范
毫米波成像系统技术规范
1、信号发射链路频率范围：170GHz~220GHz，工作带宽50GHz。
2、端口最大输出功率：-2dBm，发射天线增益：20dB，发射频率稳定度：±5ppm。
3、步进：小于20MHz，调频周期：0.1～1ms可调。
4、信号接收链路频率范围：170GHz~220GHz，工作带宽50GHz。
5、接收天线增益20dB，接收机动态范围：90dB。
6、扫描架子系统扫描范围：1500mm*1000mm。
7、工作维度：三维。
扫描架步进分辨率0.05mm；扫描架直线度0.05mm
8、喇叭天线频率范围：170-220GHz，增益20dB。
9、数据采集子系统：2通道。
10、收发模块集成一体，工作模式：FMCW线性调频连续波。
11、成像能力：二维、三维、典型成像分辨率：3mm。
测试模式:近场测试。
12、测量软件：控制射频收发子系统、数据采集处理子系统、扫描架子系统，完成实时数据的采集，并将采集的数据保存供数据分析软件使用.
13、具有宽带扫频、平面二维扫描、高速硬件触发同步等功能。
14、供货期：合同后4个月，保质期：3年。
毫米波亚毫米波全息成像技术
毫米波亚毫米波全息成像技术为了防范恐怖袭击, 许多国家都加强了机场和车站等公共场合的安检措施, 其中近程毫米波成像技术就是最简捷有效的安检方式之一。
毫米波兼具有微波与红外的优点, 有一定的穿透能力, 可以根据散射能量的大社区分不同物理属性的物体。
近年来毫米波器件的不断发展和人们需求的不断提高, 使得近程毫米波成像技术可以在医疗、导航和交管等领域得到越来越广泛的应用。
美国“9.11”恐怖主义事件的发生, 给人们敲响了加强安检的警钟。
事实上对于人体隐匿物体的探测一直都是一个技术难题, 对人体安检的规定是在对人无害的前提下快速区分携带的不同隐匿物体, 一些常用的探测方法在人体上宣布失效。
例如用高能射线可对行李物品进行有效探测, 但是对人体伤害很大, 不能用于平常的人体检查；红外探测取决于物体的温度, 区分不同物体的能力不强, 并且只能得到人体表面图像, 不能发现隐匿的违禁物品；金属探测器则对塑料等非金属物品束手无策。
毫米波探测技术结合了微波和红外的优点, 在具有一定的穿透能力条件下保存了较为抱负的图像分辨率, 是人体安检的最抱负选择。
毫米波不仅可以判别不同物理属性的物体, 并且可以判别同一物体的不同状态。
当人体正常组织发生病变或损伤时, 其物理温度和介电特性发生改变, 一般病变部位温度要比周边正常组织高1K, 从而引起毫米波的辐射和散射能力的变化, 通过毫米波成像就可以判断人体病灶的区域和病变限度等信息。
毫米波可以穿透人体表层至大约2mm的深度, 可以对初期皮肤癌、脂肪瘤和淋巴结炎等组织异常和病变进行检测, 从而早发现早治疗。
此外现代军用飞机和舰船等都在大力发展隐身技术, 即减小目的的雷达散射截面积, 一种有效方法是使用吸波涂层。
而黑体辐射理论表白, 物体的吸取率越高, 其发射率也就越高, 也就越容易为被动探测技术所发现。
因此被动毫米波成像探测作为一种反隐身技术在近炸引信或末敏弹上具有不可替代的作用。
毫米波云雷达探测及三维成像技术特点
毫米波云雷达探测及三维成像技术特点毫米波云雷达探测及三维成像技术特点近年来，随着无人机、自动驾驶、智能交通等技术的迅速发展，对于精确的三维环境感知需求越来越迫切。
而毫米波云雷达探测及三维成像技术的出现，为解决这个问题提供了一种有效的解决方案。
本文将介绍毫米波云雷达的工作原理、技术特点以及在三维成像方面的应用。
毫米波云雷达是一种基于毫米波技术的远距离感知系统，能够通过测量目标物体与雷达之间的回波时间和频率，实现对目标的探测、距离、速度等信息的获取。
与传统的光学摄像头相比，毫米波云雷达在恶劣天气、低光、夜间等复杂环境条件下具有更好的适应性和稳定性。
毫米波云雷达的工作原理是基于频率调制连续波雷达（FMCW）技术。
它通过发射一段频率逐渐增加的连续波信号，与目标物体发生反射后接收回波信号，并与发送信号进行混频处理，最终获得目标物体与雷达之间的距离和速度信息。
毫米波云雷达通过连续发射和接收信号，实现对目标的三维成像，从而获取目标的形状和位置等详细信息。
毫米波云雷达具有许多独特的技术特点。
首先，毫米波波长较短，能够实现更高的分辨率，从而提供更详细的图像信息。
其次，毫米波在大气中的传播损耗较小，能够实现较远距离的探测，为无人机、自动驾驶等应用场景提供支持。
此外，毫米波云雷达可以实现快速的数据采集和处理，能够以较快的速度生成高质量的三维成像数据，并支持实时应用需求。
最后，毫米波云雷达还具备良好的隐私保护能力，不受光照和颜色等条件限制，能够对多种类型的目标进行检测和跟踪。
毫米波云雷达在三维成像方面有着广泛的应用。
首先，在自动驾驶领域，毫米波云雷达能够实时感知道路上的其他车辆、行人、障碍物等，并对其进行准确跟踪和识别，为自动驾驶系统提供重要的环境感知能力。
其次，在智能交通领域，毫米波云雷达可以用于实时监测交通流量、拥堵情况，并进行智能调度和管理。
此外，在安防领域，毫米波云雷达可以实现对建筑物、公共场所等区域的实时监控，实现目标物体的精确定位和跟踪。
新型材料透镜的毫米波成像
多模态成像：将毫米波 成像技术与其他成像技 术相结合，实现多模态 成像，可以获得更加全 面、准确的信息。
智能化成像：利用人工 智能、深度学习等技术 ，实现智能化成像，可 以自适应地优化成像效 果，提高成像质量。同 时，也可以降低人工操 作难度，提高成像效率 。
便携式设备：为了满足 不同场景的需求，未来 毫米波成像设备将更加 注重便携性设计，以便 于携带和使用。这将有 助于拓展毫米波成像技 术的应用范围，提高其 在各个领域的实用性。
毫米波成像算法
毫米波成像算法是实现毫米波成像的关键技术之 一，其主要作用是对接收到的毫米波信号进行处 理，以生成高质量的图像。常用的毫米波成像算 法包括
基于频域的算法：该算法利用频域信号处理技术 对接收到的毫米波信号进行处理，可以获得更高 的成像分辨率。
基于时域的算法：该算法利用时域信号处理技术 对接收到的毫米波信号进行处理，可以实现实时 成像。
安防监控领域
1 2
透视能力
毫米波具有良好的穿透能力，能够在复杂环境中 感知和识别隐藏目标，提高安防监控的效果。
抗干扰性强
毫米波成像受光照、气候等环境因素影响较小， 能够在各种恶劣条件下保持稳定的监控能力。
3
隐身探测
对于一些需要保密的监控场所，毫米波成像可以 在不暴露监控设备的位置和存在的情况下进行探 测。
拓展应用领域
降低成本与产业化
探索新型材料透镜在更多领域的应用可能 性，如遥感、通信、生物医学等，并开发 相应的定制化解决方案。
通过改进制备工艺、寻找更经济的材料等 方式，降低新型材料透镜的制造成本，促 进其产业化进程。
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非接触式检测领域
无损检测
01
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重要影响， 而 采 样 条 件 与波 长 、 成像距 离、 成像物体尺寸和 天
线孔 径 都 有 关 系 。 已有 分 析 所 提 出 的采 样 间 隔 条 件 是 在 成
像 距 离 为零 的极 限情 况 下推 导 出来 的 ， 并且没有考虑采样 范
围对 重建 结 果 所 造 成 的 影 响 。该 文 从 局 部 空 间频 率 出 发 ， 推 导 了一般 情 况 下 毫 米 波 全 息 成 像 的 空 间采 样 间 隔 条 件 。通
统 主 要 可 以分 为 主 动 式 和 被 动 式 两 种 ： 被 动 式 系统
依 靠测量 人体 天然 辐 射 的毫米 波来 成 像 ， 而 主 动 式
系统则测 量 人 体 对 毫 米 波 源 的 反 射 信 号 。相 比而 言， 主动 式毫 米波成 像 系统 的图像 质量更 好 ， 更能 满
Ｉ Ｓ Ｓ Ｎ １ ０ ０ ０ — ０ ０ ５ ４
清 华 大学 学 报 （ 自然 科 学 版 ） ２ ０ １ ４年 第 ５ ４卷 第 １ １ 期
Ｊ Ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ Ｕｎ ｉ ｖ（ Ｓ ｃ ｉ ＆ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ １ ） ，２ ０ １ ４，Ｖｏ １ ． ５ ４ ， Ｎｏ ． １ １
本 文研究 了 ２维毫 米波 全息 重建 算 法 ， 分析 了 成 像 所 应 满 足 的 空 间 采 样 间 隔 和 采 样 范 围 。与
收 到 的物 体反 射信 号为
ｓ （ ｚ ， ， ） ＝ ｆ ｆ ｓ （ ｚ ， ） ｅ ｘ ｐ （ － ｊ ２ ｋ ｒ ） ｄ ｚ ｄ ． （ １ ）
摘
要 ：空 间采 样 条 件 对 毫 米 波 全 息 成 像 的成 像 结 果 有 着
在 人 流量 较 大且 安 全 级别 较 高 的公 共 场 所 ， 需 要 快速地 实现 进入 人流 的安 全甄别 。传 统 的人体 安 检 手段 主要依 靠金 属探 测器来 鉴别 待检 人员 是否 携
带 违禁 品 ， 然 而对 于新 型的塑 料或 陶瓷 武器 、 固体爆
ｔ ｏ ｒ ｙ ， Ｐ ＮＮＬ ） 的Ｓ ｈ ｅ ｅ ｎ等 对该 系统进 行改 进 ， 通 过
将单 频扩 展到宽 带 ， 加 强 了深度方 向的分辨 能力 ， 并 且 消除 了单频重 建 图像 的斑 点 效应 ， 大大 提 高 了图 像 质量 。随后 ， Ｓ ｈ ｅ ｅ ｎ等 又 进 一 步 发展 了 主 动 式 毫
米 波 成像 系 统 ， 提 出 了 圆柱 扫 描 模 式［ ４ ］ 、 圆偏 振 成
像［ ５ ］ 、 站 开式 扫 描 系 统 ］ 、 宽 带 宽 束 的 高 分 辨 率 系 统［ ７ 等 。 目前 ， Ｐ ＮＮＬ已经 将 毫 米 波人 体 安 检 系 统 的相关 专利 授权 给 了美 国 Ｌ ３公 司进 行商 业 化 。为 了在实现 快 速 扫 描 的 同时 得 到 更 高 质 量 的 成像 结 果， 近年 来 的研 究侧 重 于 ３ ０ ０ ＧＨｚ 及 其 以上频 率 的
通信作者 ： 陈 志 强 ，研 究 员 ， Ｅ — ｍａ ｉ ｌ ：ｃ ｚ ｑ ＠ ｍａ ｉ ｌ ． ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ｎ
清华大学 学 报 （ 自 然 科 学 版）
洋 国家实 验室 （ Ｐ ａ ｃ ｉ ｆ ｉ ｃ Ｎｏ ｒ ｔ ｈ ｗｅ ｓ ｔ Ｎａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｌ ａ ｂ ｏ ｒ ａ —
检手 段 。
毫米 波是 指频 率 在 ３ ０ ～３ ０ ０ ＧＨｚ的 电磁 波 ， 处 于微 波 与红外 线之 间 。毫米 波不仅 能够 穿透 常见 的
衣物、 纸张、 烟雾等 ， 而且 由于 能 量 较低 不 会 对 人 体 造成 伤 害 ， 是 人 体成 像 的理 想 照 射 源＿ 】 ］ 。与 微 波 相 比， 毫米 波波 长更 短 、 分 辨 率更 高 ， 因而 获 得 的图像 清 晰度更 好 ； 而与红外线相 比， 毫 米 波 在 人 体 衣 物 遮挡 下 的成像 结果 要 优 于 红外 线 的温 度成 像 ， 对危 险 品识别 更加 准确 。 目前 发展 的毫 米波 人体 成像 系
成像 系 统 ］ 、 新 的扫 描方 式 （ 如 合 成 孔 径 扇 束 扫 天线 平 面上 的任一 点 为 （ ， Ｙ ， ｚ 。 ） ，则 接 收 天线 接
收发天线 平面 物体平面
图 １ 毫米 波 全 息 成 像 系统 示 意 图
描Ｌ ９ ］ ）以 及 新 的 成 像 算 法 （ 如 压 缩 感 知 毫 米 波 成像 Ｅ ） 。
过 角谱 传 播 理 论 ， 将 成 像 等 效 为 半 个 波 长 的毫 米 波 衍 射 传 播
过程 ， 进 而 推 导 了 空 间采 样 范 围 所 应 满 足 的 条 件 ， 满 足 该 条 件 的采 样 范 围相 对 于 成像 物体 尺 寸 的增 量 分 别 与 波长 、 成 像 距 离和 物体 的最 大 空 间 频 率 成 正 比 。 数 值 模 拟 和 实 验 验 证 了该 空 间采 样 条 件 的 正确 性 。
足安 检 的需要 ， 因此 更 具 应用 前 景 。最 早 报 道 的 主 动式 毫米 波 阵列 成像 系统 为 １ ９ ８ ９ 年 Ｃ ｏ ｌ ｌ ｉ ｎ ｓ 等 的发
明专利 ｌ ＿ ２ ］ ， 他们 介 绍 了一 种 单频 阵列 式 的毫 米 波 全 息成 像设 备 ， 由于采 用 了阵列 式 的电子 扫描技 术 ， 成 像 时 间可 以满足实 时要 求 。１ ９ ９ ６年 ， 美 国西北 太 平
其 中 ：ｒ 一￣ ／ （ —ｚ ） 。 ＋（ — ） ＋ｚ 为物 体上 的点
到 收发 天线 的 距 离 ， ｋ 一２ 兀 为 毫 米 波 的波 数 。慢
Ｓ ｈ ｅ ｅ ｎ等 ［ ３ ］ 提到 的 不 同 ， 本 文 通 过 对 采 样 数 据 相 位 项 局部 空 间频 率 的分 析 ， 严 格 地推 导 了采样 间 隔所 应 满足 的条件 ， 该 条件 在 成像 距 离 为 零 的 极 限情 况 下 与文 ［ ３ ］ 中的结果 一致 。另外 ， 由光场 的衍射 传播 理 论可 知 ， 随着传播 距离 的增 大 ， 衍 射场 的空 间范 围
炸物、 液 体炸 弹等 ， 金属探 测器 却无 法给 出判 断 。此 外， 手持 金属探 测 器进 行 人 工 扫 描无 疑 大 大 降 低 了 安 检速度 ， 对 于安 检 工 作 造成 了很 大 的不便 。另 一
种 常见 的安检 手段 是 Ｘ光成像 技术 ， 但 是 由于 Ｘ 光 的致 电离 性 ， 公 众对 于人 体 Ｘ 光 背散 射 系统 难 以广 泛 接受 。近几 年发 展 起 来 的 毫米 波 成 像技 术 ， 由于 它具 有便 捷 高效 、 安全无 害 的特点 ， 已经 逐渐 被应用
关 键 词 ：全 息 成 像 ；毫米 波 ；采 样 条 件 中 图分 类 号 ：Ｏ ４ ３ ８ ． １ 文 章 编 号 ：１ ０ ０ ０ — ０ ０ ５ ４ （ ２ ０ １ ４ ） １ １ １ ４ ０ ７ — ０ ５ 文献标志码 ： Ａ
到美 国和 欧洲 的一 些 机 场 ， 有 望 取代 传 统 的 人 体安
ＪＪ
式（ ２ ） 的指数 项为 球面波 相位 ， 将球 面波 展开 成平 面
波 的叠 加 ，
ｅ ｘｐ（ 一 ｉ ２ ｋ ｒ）一
范 围必 须足 够大 ， 较 小 的采 样 区域 会 导 致 图像 分 辨 率 的显 著下 降 。本 文 结 合 角谱 传 播 理论 ， 将成 像 等 效为半个 波 长 的毫 米 波 衍 射传 播 过 程 ， 由此 推导 了 毫米波 全息 成像 所 要求 的空 间 采样 范 围。最 后 ， 通 过数值模 拟 和实验 对上述 分析 进行 了验证 。
（ ３ ） 带 人式 （ ２ ） 得
ｓ （ ｔ ￣ ｙ ｔ ） 一 Ⅱ ， （ ｚ ， ） ｅ ｘ ｐ （ 一 ｊ （ 是 ＋ 忌 ； Ｙ ） ） ｄ ｘ ｄ ・
ｅ ｘ ｐ （ ｊ （ 忌 ＋ｋ ； ｓ ＋愚 。 ） ） ： ： ．
由２ 维 Ｆ ｏ ｕ ｒ ｉ ｅ ｒ 变换， 可将 式 （ ４ ） 简 化为
２ ０１ ４ — ０ ４ — １ ｌ 收 稿 日期 ：
基金项 目： 国 家重 大 科 学 仪 器 设 备 开 发 专 项 （ ２ ０ １ ２ ＹＱ１ ４ ０ ０ ３ ７ ０ １ ）
作者简介 ： 乔灵博 （ １ ９ ９ Ｏ 一） ，男 （ 汉） ，河 南 ， 博 士研 究 生 。
ｓ （ ｘ ， ｙ １ ）一 Ｆ Ｔ ｉ ｌ Ｄ Ｖ Ｆ Ｔ 。 ［ ， （ ｚ， ） ］ ｅ ｘ ｐ （ ｊ 尼 ｚ 。 ） ］ ．
（ ５ ）
ｅ ｘ ｐ （ 一ｊ ２ 忌￣ ／ （ ｚ一 ３ ２ ） ＋ （ — Ｙ ） ＋ ｊ ）一
ｅ ｘ ｐ （ ｊ ｋ ： （ 一ｚ ） ＋ｊ ｋ （ 一 ） ＋ｊ 愚 ｚ 。 ） ： ｄ 忌 ．
（ ３ ）
１ 毫 米 波全 息 成 像 算 法
毫 米波 全息 成 像 算 法 最 初 是 从 声 全 息 重 建 Ｌ １ １ ］ 和合成 孔 径雷 达 成 像 ［ １ 。 借 鉴 而 来 的。 由 于是 近 场 成像 ， 采用 Ｆ ｒ ｅ ｓ ｎ ｅ ｌ 近 似 则 会 限制 成 像 的分 辨 率 ， Ｓ ｈ ｅ ｅ ｎ等 采 用 的返 波 重 建 算 法 （ ｂ ａ ｃ ｋ ｗａ ｒ ｄ — ｗａ ｖ ｅ
逐 渐增 大 。因此 ， 为 了得 到高 质量 的重建 图像 ， 采样
变 化 的系数 对 成 像 结 果 影 响 不 大 ， 式（ １ ） 略去 １ ／ ｒ 。
项 后 得
ｓ （ ｘ ， ｙ １ ） 一ｌ ｌ ｆ （ ｘ ， ） ｅ ｘ ｐ （ －ｊ ２ ｋ ｒ ） ｄ ｘ ｄ ｙ ． （ ２
高 了重建 图像 的分 辨率 。毫 米波全 息成像 系 统 的示 意 图如图 １所示 ， 在 离 物体 一 定 距 离布 置 毫 米 波 收