[发明专利]基于FMCW体制的THz扫描成像系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于FMCW体制的THz扫描成像系统，包括：数据采集处理子系统、毫米波FMCW收发模块、扫描架子系统及主控计算机；所述毫米波FMCW收发模块在系统的控制下，根据设定的起始、终止频率和扫描速率，扫频源产生微波扫描信号并送到毫米波前端模块中；所述主控计算机控制扫描架子系统在扫描平面内按照预设规则进行扫描，得到整个扫描平面上各个不同位置处的目标回波数据；系统软件通过补偿、处理运算，得到目标的三维像，完成测试过程。本发明将FMCW体制三维成像扩展到170GHz‑220GHz频率范围，具有更好的成像分辨率，同时可以有效解决微波成像测量精度问题。

技术领域

本发明涉及微波领域，特别涉及一种THz扫描成像系统，还涉及一种THz扫描成像方法。

背景技术

微波三维成像技术通过不同位置微波扫描特定目标并进行响应处理实现三维成像。对于微波成像，频率以及频段宽度将影响成像分辨率。在现有的10G-40G条件下，分辨率难以实现高精度，步进扫描也制约着扫描速度。

太赫兹(THz)波处于红外和毫米波之间，具备独特的辐射特性，高频率宽频段使得高分辨率成为可能，其成像技术被作为一种新型的成像方式正随着材料科学、反隐身、高技术攻防、信息对抗、自动导航、目标搜索及跟踪等技术的快速发展而日益被重视，目前已成为世界研究的热点。

研究表明，THz电磁辐射，具有穿透深度大，对人体组织无辐射损伤，成像分辨率高，成像对比度和均匀性好，敏感陶瓷、塑料、多种无机非金属材料、动物骨质、牙齿、泡沫材料、油墨、介电材料、毒品、化学和生物制剂等，能有效鉴别多种常规手段所无法识别的伪装、隐身和欺骗性措施，非接触和破坏式的快速成像诊断和检测，识别由金属或无机材料制成的隐藏物或埋藏物等的良好特性。

三维成像装置频率一般在10G-40G，通过在不同位置对目标进行扫频测量获取目标回波数据，通过一定算法获取被测目标三维微波像。数据获取方式一般有FMCW体制以及步进扫描体制。如图1和图2所示，FMCW体制扫描一般通过扫描架或天线阵列完成平面内扫频测量，通过测量回波及本振耦合后中频数据，通过成像算法完成目标微波像。

传统步进扫描与FMCW体制相比扫描时间过长，实际应用中存在较大缺陷。为保证扫描速度，需采用调频连续波(FMCW)模式，而现有FMCW体制扫描频段较窄，并不能满足高分辨率的需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于FMCW体制的THz扫描成像系统及方法，在近场条件下完成170GHz-220GHz频率范围内的高分辨率三维成像测试。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于FMCW体制的THz扫描成像系统，包括：

数据采集处理子系统、毫米波FMCW收发模块、扫描架子系统及主控计算机；

所述毫米波FMCW收发模块在系统的控制下，根据设定的起始、终止频率和扫描速率，扫频源产生微波扫描信号并送到毫米波前端模块中；在毫米波前端模块，微波信号被分为2个部分，一部分经倍频放大滤波链路处理后形成毫米波信号，并通过天线发射出去，另一部分同样经过倍频放大滤波链路后作为混频器的本振信号，同接收信号进行混频；混频后的中频信号经放大后被送入数据采集处理子系统，经过采样处理后得到待测目标的回波信息；

所述主控计算机控制扫描架子系统在扫描平面内按照预设规则进行扫描，得到整个扫描平面上各个不同位置处的目标回波数据；系统软件通过补偿、处理运算，得到目标的三维像，完成测试过程。