超宽带检测与成像技术研究

摘要

随着人类社会经济的高速发展，特别是“数字地球”、“智慧地球”概念提出后，检测和成像技术及其相关仪器的开发成为全球性研究热点，尤其是非接触式（甚至遥测、遥感）检测和成像技术及仪器，因其在不接触被测物质情况下，就可以获得物质各种参数信息的本征技术优势，进而成为国内外研究快速发展的新兴领域，其中基于电磁波谱技术（包括THz和微波）的非接触检测和成像技术及仪器研究更是备受青睐。
　　传统的微波测量技术基本都采用点频或者窄带微波辐射，信息获取量有限，而超宽带(Ultra-Wideband，UWB)技术作为新兴的微波技术，传输不用载波，不需要复杂的调制方法，直接使用窄脉冲传输，因此超宽带技术具有高带宽、低延迟、穿透性强、分辨率高、功耗低、设备结构简单等无法比拟的本征优势，近年来超宽带技术在雷达跟踪、精确定位和无线通信方面有着广泛研究和良好的应用前景。但是利用超宽带技术进行物质定性定量分析以及包含物质属性成像的研究鲜有报道，本文原创性地开展超宽带检测和成像技术研究，主要研究内容有:一、超宽带技术关键部件特性研究:超宽带发射模块脉冲辐射时域、频域特性研究;二、超宽带检测技术研究:气溶胶、水溶液、有机溶液的溶剂相超宽带特性检测研究;食用油等待测物质的超宽带定性分析研究;电解质浓度（离子强度）超宽带定量分析研究;三、超宽带成像技术研究:BP-ISAR超宽带成像技术和条件优化研究;非可视物体超宽带成像技术研究;多相混合物超宽带成像及相含率检测技术研究;四、超宽带检测成像装置研发。
　　本论文主要研究成果和创新点如下:
　　1.系统研究了超宽带发射谱，提出了一种时间高精度控制的超宽带辐射时域频域性能分析方法;
　　2.针对气溶胶、水溶液、有机溶液的溶剂相进行研究，提出了空气、水、乙醇和三种食用油的超宽带定性分析方法;
　　3.以氯化钠水溶液为检测对象，研究了电解质浓度（离子强度）超宽带定量分析方法;
　　4.开展了非可视物超宽带成像检测技术和方法研究;
　　5.提出了一个基于材料属性的后向投影逆合成孔径雷达成像算法(MP-BP-ISAR, Material Properties-Back Projection-Inverse SyntheticAperture Radar)，并基于MP-BP-ISAR算法进行多相混合物相含率检测方法研究;
　　6.搭建了超宽带透射分析和反射成像检测装置。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 引言

1．2 超宽带简介

1．3 研究背景

1．3．1 电磁波在检测上的应用

1．3．2 太赫兹与超宽带

1．4 超宽带发展历程

1．4．1 超宽带历史

1．4．2 超宽带主要应用领域

1．5 本文主要研究内容

第2章 超宽带辐射特性研究

2．1 超宽带基本概念

2．1．1 超宽带定义

2．1．2 超宽带特点

2．2 超宽带辐射

2．2．1 超宽带波形

2．2．2 超宽带多径传输

2．3 超宽带辐射传输特性研究

2．3．1 辐射时域分析

2．3．2 辐射的频域分析

2．3．3 超宽带辐射衰减

2．4 本章小结

第3章 超宽带检测技术

3．1 超宽带检测系统搭建

3．1．1 超宽带检测硬件系统

3．1．2 超宽带检测软件系统

3．2 超宽带检测中的定性分析

3．2．1 常见溶剂的定性分析

3．2．2 食用油定性分析

3．2．3 小结

3．3 超宽带检测中的定量分析

3．4 本章小结

第4章 超宽带成像技术研究

4．1．1 一维成像原理

4．1．2 二维成像原理

4．1．3 时域BP成像算法

4．2 ISAR成像系统

4．2．1 ISAR成像系统介绍

4．2．2 成像系统校准

4．3 超宽带成像检测研究

4．3．1 非可视物体BP-ISAR成像研究

4．3．2 多相混合物相含率检测

4．4 小结

第5章 总结与展望

5．1 工作总结

5．2 工作展望

附录

参考文献

个人简历

作者在攻读硕士学位期间的研究成果