本文針對(duì)國(guó)內(nèi)的安檢現(xiàn)狀和毫米波成像技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用,對(duì)毫米波成像技術(shù)原理進(jìn)行了深入研究,對(duì)毫米波成像的算法進(jìn)行了詳細(xì)的理論推導(dǎo),并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬目標(biāo)和非金屬目標(biāo)的毫米波成像以及實(shí)現(xiàn)了非金屬介質(zhì)物體的電磁參數(shù)的精確估算。同時(shí)搭建和對(duì)多種物體進(jìn)行毫米波成像實(shí)驗(yàn),并初步設(shè)計(jì)毫米波測(cè)試系統(tǒng)樣機(jī)。論文主要研究工作如下:(1)基本的毫米波成像理論以及目標(biāo)檢測(cè)算法的研究研究了SAR成像基礎(chǔ)理論和不同工作模式下的場(chǎng)景,并分析了SAR成像的距離向和方位向的分辨率,以及單頻點(diǎn)和寬帶毫米波的圖像重建。介紹了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理以及目標(biāo)檢測(cè)SSD算法的實(shí)現(xiàn)過程。(2)MIMO陣列毫米波成像算法的實(shí)現(xiàn)與仿真介紹了MIMO陣列毫米波成像的理論基礎(chǔ),給出了詳細(xì)的推導(dǎo)過程,并與圓柱掃描方式做出了對(duì)比。通過對(duì)不同頻帶寬度、不同角度參數(shù)以及不同成像系統(tǒng)參數(shù)的仿真實(shí)驗(yàn),分析了相鄰天線的最小間距以及最小角度夾角對(duì)成像效果的影響,也得出了MIMO成像系統(tǒng)中各方向分辨率與成像系統(tǒng)參數(shù)之間的關(guān)系�；诔上袼惴�,實(shí)現(xiàn)了對(duì)金屬和非金屬目標(biāo)物體的成像,并且對(duì)手槍、匕首進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別檢測(cè)實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了目標(biāo)檢測(cè)算法應(yīng)用于毫米波成像系統(tǒng)的可行性。(3)提出了基于毫米波成像的電磁參數(shù)提取方法推導(dǎo)了基于毫米波成像的目標(biāo)物體電磁參數(shù)估算的方法原理,結(jié)合了無耗介質(zhì)物體和有耗介質(zhì)物體進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn),通過實(shí)測(cè)現(xiàn)實(shí)生活常見的木塊,估算其介電常數(shù),驗(yàn)證了基于毫米波的電磁參數(shù)估算法的可行性以及正確性。(4)近場(chǎng)毫米波成像系統(tǒng)的搭建與實(shí)測(cè)介紹了毫米波成像系統(tǒng)的搭建方法,給出了在搭建以及實(shí)測(cè)過程中需要注意的測(cè)試問題與要點(diǎn),同時(shí),在此基礎(chǔ)上給出了目標(biāo)物體的實(shí)測(cè)情況,說明了成像系統(tǒng)搭建的可行性。設(shè)計(jì)了適用于MIMO成像系統(tǒng)的初步實(shí)測(cè)平臺(tái),給出了設(shè)計(jì)圖與設(shè)計(jì)說明,并提供了推薦樣件參數(shù)。
【學(xué)位單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN015
【部分圖文】：

缺點(diǎn)主要有分辨率較低、天線孔徑大小受限、成像區(qū)域有限和二維陣列的成本高等。主動(dòng)式合成孔徑成像其實(shí)和全息成像是屬于同一種成像理念，它們都是屬于近程成像模式但是主動(dòng)式合成孔徑成像主要應(yīng)用與遙感成像，采用機(jī)載雷達(dá)，這種方式在國(guó)內(nèi)外的研究領(lǐng)域已經(jīng)比較成熟，而全息成像更適合于近程毫米波成像技術(shù)，因?yàn)槠浞直媛瘦^高，并且圖像的質(zhì)量比較高。被動(dòng)毫米波成像系統(tǒng)[15]使用毫米波輻射計(jì)獲取目標(biāo)物體的輻射特性，利用不同物體的不同輻射特性實(shí)現(xiàn)成像，被動(dòng)式[16]毫米波成像無法對(duì)目標(biāo)物體進(jìn)行三維成像，而且容易受背景環(huán)境的影響，所以主動(dòng)式毫米波成像技術(shù)逐漸占據(jù)市場(chǎng)主流。全息成像[17]是毫米波成像技術(shù)中應(yīng)用比較多的一種方式，它可以獲取目標(biāo)區(qū)域的三維毫米波圖像，能夠較為準(zhǔn)確的還原目標(biāo)物體的形狀輪廓，對(duì)目標(biāo)的識(shí)別概率比較高。該成像技術(shù)具有清晰度較高、成像區(qū)域廣等優(yōu)點(diǎn)，但是在距離向上不能完整的重建具有深度信息的目標(biāo)物體。美國(guó)太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的 Sheen 等人在 1996 年引入光學(xué)中全息成像的概念[18]，提出了近場(chǎng)有源毫米波全息成像算法。在原始的算法基礎(chǔ)上，優(yōu)化了掃描的幾何結(jié)構(gòu)，使得被測(cè)物體能被波源完美照射，大幅改善了聚焦特性，克服了很多傳統(tǒng)有源毫米波技術(shù)的限制，并提出了單頻點(diǎn)以及寬帶全息成像技術(shù)[19]。

南京航空航天大學(xué)碩士學(xué)位論文該成像技術(shù)在三個(gè)維度上都有比較高的分辨率，相比單頻點(diǎn)成像，能夠最大限度的消除斑的影響，如上圖 1.1 為該成像系統(tǒng)下使用 100GHz~112GHz 頻段所成的寬帶全息毫米波效果圖。Sheen 等人還研究出一種圓柱成像系統(tǒng)，能夠同時(shí)優(yōu)化織物穿透性、系統(tǒng)分辨率、圖像和檢測(cè)速度。還使用了極化成像、陣列開關(guān)控制、高頻率、超寬帶等技術(shù)來提高原始技術(shù)。2003 年太平洋西北國(guó)家實(shí)驗(yàn)室授權(quán) L3-通信公司將全息毫米波成像技術(shù)商業(yè)化，推出oVision 以及 Safe View 等產(chǎn)品。該裝置使用兩個(gè)垂直的天線陣列對(duì)人體進(jìn)行圓柱掃描，天列采用 Ka 波段（27GHz-40GHz）進(jìn)行全息成像。

圖 1. 3 WTS 安檢系統(tǒng)通道式毫米波成像安檢系統(tǒng)如圖1.3所示，這種采用天線稀疏排布的方式可以減少天線數(shù)降低成本，并且能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行并行化處理，將采樣時(shí)間控制在 20ms 以內(nèi)[22]。該成像系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體的實(shí)時(shí)成像，當(dāng)人體進(jìn)入通道時(shí)，首先對(duì)人體的正面成像一走到通道中間時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)人體的側(cè)面成像，當(dāng)即將走出通道時(shí)，系統(tǒng)會(huì)對(duì)人體的背部成這樣就形成了對(duì)人體的一次完整安全檢查，圖 1.4 所示為人體經(jīng)過通道后，成像系統(tǒng)所成幅圖像。
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