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文 献 综 述 （一）毫米波特性 物体中的分子、原子受到激发而发射电磁波，这种现象称为热辐射。根据黑体辐射理论，自然界中任何温度大于绝对零度的物体都会向外界辐射电磁波，这些电磁波包含着各种波长，构成了一个辐射强度按波长分布的图谱。物体在受到外来电磁波照射时，会发生反射、散射、透射和吸收的现象，物体辐射或散射电磁波的特性根据其分子结构和物体特性的不同而变化，且根据波长分布的不同而不同。这种电磁波能量的辐射和散射特性就构成了物体的辐射特性，它随天气、季节、地点等因素的变化而变化[1]。 电磁波可以根据波长划分为长波、中波、短波、超短波、微波、红外等。其中，微波频率范围为300MHz~300GHz，对应波长约为1mm~1cm。毫米波是指波长在1mm至10mm之间的电磁波。毫米波频段介于红外和微波之间，兼具两者的特点。相较于微波频段，毫米波具有更短的波长，成像分辨率更好。相较于红外频段，毫米波波长相对较长，空气中的各种微粒（如气体分子、小水滴、烟尘、微粒等）对毫米波的散射和吸收较弱，这使得毫米波对沙尘、雾霾和雨雪的穿透性较好[2]。物体热辐射能量强度在红外（Infrared）频段最高，探测成像最为有利[3][4]。虽然物体在毫米波段热辐射强度是红外频段的约倍，但毫米波接收机的噪声系数比红外系统更好且不同物体在毫米波频段的辐射能力差异比红外频段更明显[5]。 由于波长相对较短，在一定尺寸的天线口径条件下，毫米波的波束更窄，成像系统的分辨能力更好，并且体积相对不大，应用限制相对更少；对雨雾烟尘的穿透能力使得毫米波能够全天候工作；同时由于探测不同目标的对比度较好，毫米波可以用来测试多种物品。得益于这些优势，毫米波在检测、识别、侦察、跟踪等方面均有应用潜力[6]。 （二）毫米波成像系统 随着社会的进步和发展，毫米波相关技术和应用研究日益成熟，人们对安全愈发重视，对军事、武器作战领域的研究更是进一步深入。近年来，毫米波技术已经在制导、通信、雷达、辐射测量和遥感等领域得到比较广泛的应用，毫米波系统的应用研究也得 |
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到大力支持。 毫米波成像系统分为主动和被动两种形态。主动成像系统也就是通常所说的成像雷达，它自己带有照射源，自己发射电磁波。 被动毫米波（PMMW，Passive Millimeter Wave）成像是指利用毫米波高灵敏辐射计系统探测被动接收物体辐射的毫米波能量，并利用物体的辐射强度差异来实现成像的技术手段。自从上世纪五十年代英国国防研究中心（Defence Research Agency）研制出第一台毫米波辐射计成像系统“Green Mimnow”）以来[7]，毫米波被动成像技术在大气研究[8]、地球环境遥感[9]、军事侦察[10]、飞机盲降与防撞[11]、安检监视[12][13]等众多领域都有着广泛的应用。 相比于主动成像系统，被动成像系统具有一些其无法比拟的优点[14]：（1）被动式图像通过检测物体辐射的能量得到，在毫米波段与可见光段的原理一致，因而被动毫米波图像与可见光图像相近，有利于物体辨认，而主动系统如雷达，其成像要受到“闪烁效应”的影响，难以直接显现物体的自然形状；（2）被动式成像不发射电磁波，因而没有电磁污染，比主动式更适于隐匿工作。理论分析还表明，各种涂层隐身材料对雷达的隐身性越好，就越容易被被动探测系统发现。 此外，就探测金属目标而言，被动毫米波成像有一个显著的优点，就是金属目标的发射率很低，它仅反射天空的辐射，而天空温度在一定时空范围内基本不变，因而金属目标的毫米波特征很稳定，昼夜变化及车辆行止等对被动毫米波系统的成像品质影响不会太大。 为实现被动毫米波成像系统快速、实时成像，人们对系统工作体制进行了多种尝试，如实孔径单点扫描成像、焦平面成像、相控阵成像和综合孔径成像等体制。实孔径单点扫描成像系统通过对具有笔状波束的实孔径天线进行二维机械扫描来获得场景的二维图像。其特点是系统简单可靠，许多星载对地遥感系统就采用这种体制。但其成像速度慢，目前情况下难于达到在可接受的测量灵敏度下每秒十帧或数十帧的成像速度。焦平面成像体制的工作原理是将一定数量的、体积小灵敏度高的接收机放置于聚焦天线的焦平面上，不扫描或扫描（通过馈源阵列或辅助反射面) ，获得整个场景的二维图像。此种工作体制成像速度比实孔径单点扫描成像体制要快许多，但其成像质量受制于毫米波器件的工艺及水平，对于短毫米波段还不得不受制于国外禁运。南京理工大学[15]、哈尔滨工业大学[16]、首都师范大学[17]等相继开展了这方面的研究工作。被动毫米波成像的相控阵体制之工作原理与相控阵成像雷达的工作原理类似，都是通过控制移相器的移相值使得系统的合成波束在二维空间内完成电扫描，从而获得场景的二维图像。南京理工大学等单位开展了此方面的研究工作[18]。被动毫米波成像的综合孔径体制是将稀疏分布的小孔径天线之间的干涉测量结果通过数字波束合成的办法将其综合成一个大的等效孔径，从而实现高分辨率成像，通过数字波束扫描实现视场范围内图像的瞬时成像。 （三）金属目标的毫米波探测 本项目探测目标主要为空中金属目标。金属是人们日常生活中的重要材料，在毫米波段探测系统“眼中”，由于其主要反射比较低的天空温度，因而金属相对于其他目标或背景的对比度明显，比较容易区分。毫米波探测金属目标的一个非常典型和重要的方向就是军事方面。在复杂的环境或不利天气下，可用毫米波系统弥补其他某些波段的不足，用来辅助精确制导，侦查地面装甲或其他武器目标等。另外一个重要的应用场景是安防领域。利用毫米波探测系统检测人体隐匿危险品，尤其是刀具、枪支等，近年已成为相关领域研究的热点。 在相关的理论研究方面，陈曦，曹东任等人对金属球的毫米波辐射特性进行建模分析[19]；袁龙，尹明等人提出一种基于毫米波辐射计成像的金属目标探测方法[20]；刘静等对金属球柱等立体目标的辐射进行理论及实验探究，分析总结不同立体结构的辐射特点和差异[21]；Meng Yang等人提出一种简单快速的单通道成像系统[22]，采用新的扫描结构，并且扫描视场可以调节，可用于公共安全检查。 参考文献
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