Fourier变换近程目标毫米波全息成像算法分析(4)

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毫米波不仅可以判别不同物理属性的物体，而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围正常组织高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程度等信息。毫米波可以穿透人体表层至大约2mm的深度，可以对早期皮肤癌、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。另外现代军用飞机和舰船等都在大力发展隐身技术，即减小目标的雷达散射截面积，一种有效方法是使用吸波涂层。而黑体辐射理论表明，物体的吸收率越高，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。

总之，近程毫米波成像技术具有其它波段或方式成像所不具有的优势，既可以独立工作，也可以与其它系统联合形成相互补充的复合系统，以进一步提高信息量。

而毫米波成像方式主要可分为被动成像和主动成像，被动主要有机械扫描、焦平面凝视阵列、相控阵波束形成和被动合成孔径，主动主要有合成孔径和全息成像。

早期由于毫米波器件技术不成熟，当时大多数近程毫米波成像系统都被动的，一般通过单波束机械扫描方式实现的，它通过机械运动把单个波束扫描整个场景从而获得大的视场。这类系统的优点是用较少的通道就能成像，成本较低，技术难度小，容易实现，其不足是成像时间长，很难满足实时性要求。后来发展了多通道阵列扫描系统，提高了数据率和成像速度，它将是当前毫米波成像技术发展的一个重要方向。文献综述

多通道阵列扫描成像系统的一个自然发展是构建大型焦平面凝视阵列成像系统。毫米波焦平面阵列成像属于非相干多波束直接成像体制，其原理是将多个接收阵元以一定方式排列在聚焦天线的焦平面上，利用各阵元的偏焦不同而产生不同指向的波束来覆盖视场，每个阵元输出信号即视场中相应点的亮度温度，图像的像素个数等于阵元个数，系统无需扫描即可直接实时成像。但是大型焦平面阵列构建现在仍有很多困难，其中包括毫米波器件的成本较高，各通道间均衡，以及器件排列、功耗和散热等诸多不便，因此现阶段还不是成像的最佳选择。

相控阵波束形成的接收天线由许多相同的接收阵元组成，每个阵元都有移相器及其控制电路。被动成像的相控阵原理是通过控制每个阵元接收信号的相位相对关系以确定波束形状及指向。相控阵天线的主要优点是扫描快和控制自适应性高，但是高效率的毫米波接收阵元很难设计，其结构复杂，馈电损耗较高，使得相控阵天线的相位控制很难实现，因此相控阵技术在被动毫米波成像中并没有得到广泛应用。

相对于相控阵波束形成，毫米波被动合成孔径成像技术难度较低，容易工程实现。被动合成孔径和主动合成孔径原理不同，它是利用了空域的相位相干性，由多个真实孔径的小天线通过信号处理合成一个大孔径天线。其理论基础是准单色扩展源的部分相干理论。此外被动合成孔径技术还可以采用稀疏阵列技术，采用有效的成像算法可进一步减少阵元个数，降低系统的成本。

主动合成孔径成像主要用于遥感成像，用机载雷达成像，不属于本文讨论的内容。主动全息成像则特别适合近程毫米波成像，其图像分辨率高，成像质量好，是近程毫米波成像的首选方式。全息成像源于光学全息术，主要是利用电磁波的相干原理，通过采集空间干涉条纹，记录目标上每个散射点的衍射图样，最后通过图像重建就可得到目标的毫米波图像。全息成像虽然系统复杂，但相对于相控阵等方式，对系统要求较低，与机械扫描配合可以实现工程化。