CN115855866A - 一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像*** - Google Patents

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CN115855866A CN202211584697.2A CN202211584697A CN115855866A CN 115855866 A CN115855866 A CN 115855866A CN 202211584697 A CN202211584697 A CN 202211584697A CN 115855866 A CN115855866 A CN 115855866A
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echo signal
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胡伟东
许志浩
蒋环宇
姚智宇
檀桢
张凯旗
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Beijing Institute of Technology BIT
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Beijing Institute of Technology BIT
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Abstract

本发明实施例中提供了一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像***，所述方法包括：向被测体发射太赫兹线性调频信号，并获取透射通过所述被测体的回波信号；根据所述太赫兹线性调频信号和所述回波信号得到中频回波信号为；对所述中频回波信号为进行非线性度校准，得到校准后的中频信号；对所述校准后的中频信号进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据；基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure DDA0003991693060000011
进行二维重建以获得二维图像；以及将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果。通过本发明的处理方案，可获取连续频谱下物体信息的太赫兹调频连续波光谱图像。

Description

一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像***
技术领域
本发明涉及太赫兹成像技术领域，尤其是一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像***。
背景技术
太赫兹波(0.1-10THz，0.03-3mm)位于微波与红外之间，其兼具微波的高穿透性与红外的高分辨特性，已广泛用于材质材料分析、安检、医疗检测、大气遥感等领域。传统的太赫兹二维成像方法仅能获取被测物体的二维强度像，无法有效获取物体内部结构信息。目前，太赫兹三维成像技术已逐渐成为研究热点，基于频率调制的太赫兹调频连续波三维成像技术，由于其小型化、高功率、成像速率快，已广泛用于多种成像领域。
然而现有的太赫兹调频连续波成像技术，仅能获取物体在一定带宽内的综合频率响应，无法获取某个频点下的成像结果，极大限制了该技术的应用。太赫兹时域光谱成像技术，可获取物体在超宽频带内，每个频点下的三维结构信息，但其穿透深度有限，成像速率极慢，极大限制了其三维成像应用。太赫兹层析成像技术，借鉴于X射线层析成像，能获取单频点下的物体三维结构信息，但其无法得到宽带信息，且成像精度受限于扫描精度。因此迫切需要一种可获取连续频谱下物体信息的太赫兹调频连续波光谱成像方法和***。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种太赫兹调频连续波光谱成像方法及成像***，至少部分解决现有技术中存在的问题。
本发明的目的是对现有太赫兹调频连续波成像技术，难以获取物体连续点频下的三维成像信息的问题，提出一种太赫兹调频连续波光谱成像方法，包括太赫兹辐射源，太赫兹探测器，分束镜，抛物面反射镜，被测物体，数据采集卡，旋转台，三维平移台，上位机。
其中太赫兹辐射源用于辐射太赫兹线性调频信号，分束镜用于入射和反射的太赫兹波束分束，离轴抛物面反射镜用于太赫兹波束的聚焦和准直，旋转台用于被测物体的旋转，平移台用于被测物体的方位向移动，数据采集卡用于中频信号的采集，上位机用于数据自动化采集及成像。
为实现本发明目的，按照本发明的另一个方面，提供了一种基于上述太赫兹调频连续波光谱成像***的成像算法，具体包括以下步骤：
步骤一：根据发射信号ST(t)和回波信号SRF(t)，经去调频处理(混频滤波去噪)后，得到中频回波信号为SZF(t)。
步骤二：对中频信号SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)。
步骤三：对SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000023
步骤四：基于滤波反投影算法对时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000024
进行二维重建。
步骤五：将重建图像按高度信息进行拼接，得到连续频点下的三维成像结果。
具体地，一个方面，本发明实施例提供了一种太赫兹调频连续波光谱成像方法，所述包括：
向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)，并获取透射通过所述被测体的回波信号SRF(t)；
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000021
基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000022
进行二维重建以获得二维图像；以及
将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)包括：
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和回波信号SRF(t)，经去调频处理后，得到中频回波信号为SZF(t)，其中
ST(t)＝exp[j2π(f0t+1/2Kt2+ε(t))]
SRF(t)＝exp[j2π(f0(t-τ)+1/2K(t-τ)2+ξ(t-τ))]
SZF(t)＝rect(t)·exp[j2π(f0τ+Ktτ-1/2Kτ2+ε(t)-ξ(t-τ))]
并且其中，f0为所述太赫兹线性调频信号ST(t)扫频的起始频率，τ为由被测物体引起的回波时延，K＝B/T为调频斜率，其中B为信号带宽，T为信号调频周期，rect(t)为窗函数，ε(t)-ξ(t-τ)为非线性相位。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)包括：
将反射目标放置于与被测物体相同的位置，采集得到所述反射目标的中频信号：
Figure BDA0003991693040000031
其中τs为所述反射目标的回波时延τs＝τ；
基于相位补偿项exp(j2πKtτs)，得到校准后的中频信号SZF-C(t)：
Figure BDA0003991693040000032
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000033
包括根据下式得到所述时域光谱数据/>
Figure BDA0003991693040000034
SZF-C1＝SZF-C·exp(-j2πfIFt)
Figure BDA0003991693040000035
其中，f＝f0+K(t-τ)，fIF＝2K R/c为目标位置所对应频率，f为当前采样t时刻所对应的频点，θ为当前投影角度，h为当前波束照射至物体的高度。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000036
进行二维重建以获得二维图像包括根据下式获取所述二维图像：
Figure BDA0003991693040000037
其中θ为投影角度，S′(ω,θ,H)为θ角度下的一维频谱，即
Figure BDA0003991693040000041
的频域表征,H为所述被测物体不同的高度。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：
向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)，并获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；以及
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测物体的综合频率响应。
第二方面，本发明实施例提供了一种太赫兹调频连续波光谱成像***，包括：
太赫兹辐射源，向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)；
第一太赫兹探测器，获取透射通过所述被测体的回波信号SRF(t)；以及
数据采集卡，根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；以及
上位机，所述上位机执行以下操作：
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000042
基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000043
进行二维重建以获得二维图像；以及
将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述方法还包括：
第二太赫兹探测器，所述第二太赫兹探测器获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；并且其中
所述上位机对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测物体的综合频率响应。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行根据前述第一方面或者任意实现方式所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行根据前述第一方面或者任意实现方式所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明提出一种太赫兹调频连续波光谱成像***及成像算法，通过本发明设计的准光***可同时获取物体的透射与反射时域光谱信息，通过所提出的成像算法可获取物体在一定带宽内连续频点下物体三维成像结果。与现有的太赫兹调频连续波***相比，本发明所提出的太赫兹调频连续波光谱成像***及算法可获取物体在连续太赫兹频谱下三维成像结果，从而获取物体更为丰富的内部结构信息，更有利于揭示物体与太赫兹波相互作用机理。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1是一种太赫兹调频连续波光谱成像***示意图。
图2是一种太赫兹调频连续波光谱成像算法流程图。
图3是一种时域点频成像原理图。
图中，1-太赫兹辐射源；2-分束镜；3-第一离轴抛物面镜；4-第二离轴抛物面镜；5-三维平移台；6-旋转台；7-被测物体；8-第三离轴抛物面镜；9-第四离轴抛物面镜；10-第一太赫兹探测器；11-第二太赫兹探测器；12-数据采集卡；13-上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。
首先，参考图1，描述本发明实施例的太赫兹调频连续波光谱成像***，其包括太赫兹辐射源1、分束镜2、第一离轴抛物面镜3、第二离轴抛物面镜4、三维平移台5、旋转台6、被测物体7、第三离轴抛物面镜8、第四离轴抛物面镜9、第一太赫兹探测器10、第二太赫兹探测器11、数据采集卡12和上位机13。
太赫兹辐射源1用于辐射太赫兹线性调频信号，其例如可以是半导体太赫兹辐射源、基于光子学的太赫兹辐射、利用自由电子的太赫兹辐射源和基于高能加速器的太赫兹辐射源。在本发明实施例中，太赫兹辐射源1的种类不受限制，只要能够辐射太赫兹线性调频信号即可。术语“线性调频信号”是指持续期间频率连续线性变化的信号。
分束镜2用于入射和反射的太赫兹波束分束。分束镜2是一种镀膜玻璃。在光学玻璃表面镀上一层或多层薄膜，当一束光投射到镀膜玻璃上后，通过反射和折射，光束就被分为两束或更多束。在本发明实施例中，分束镜2用于对入射和反射的太赫兹波束进行分束。
第一离轴抛物面镜3和第二离轴抛物面镜4用于太赫兹波束的聚焦和准直。离轴抛物面镜(OffAxis Parabolic Mirror)可以把平行入射的准直光束/准直太赫兹波聚焦到焦点上，也能够把点光源发出的太赫兹波或红外光转换为平行传输的光束。在本发明实施例中，从点光源太赫兹辐射源1发出的太赫兹波通过第一离轴抛物面镜3被转换为平行传输的光束，平行传输的光束入射到第二离轴抛物面镜4，从而被第二离轴抛物面镜4聚焦到焦点上。
类似地，从焦点上的被测物体7反射的太赫兹波通过第二离轴抛物面镜4被转换为平行传输的光束，平行传输的光束入射到第一离轴抛物面镜3，从而被第一离轴抛物面镜3聚焦到焦点上。
类似地，从焦点上的被测物体7透射的太赫兹波通过第三离轴抛物面镜8被转换为平行传输的光束，平行传输的光束入射到第四离轴抛物面镜9，从而被第四离轴抛物面镜9聚焦到焦点上。
应当理解的是，本发明实施例中的第一离轴抛物面镜3、第二离轴抛物面镜4、第三离轴抛物面镜8和第四离轴抛物面镜9的参数可以相同也可以不同，参数例如可以是焦距或通光孔径。也就是说，本发明实施例中的第一离轴抛物面镜3、第二离轴抛物面镜4、第三离轴抛物面镜8和第四离轴抛物面镜9的焦距和通光孔径可以相同，也可以不同。
在本发明中，被测物体7被设置于第二离轴抛物面镜4的焦点处，并且被测物体7经由平移台6与旋转台5固定，其中旋转台5用于被测物体7的旋转，平移台6用于被测物体7的移动，其中移动可以是水平方向的移动也可以是垂直方向的移动。
数据采集卡12用于中频信号的采集，上位机13用于数据自动化采集及成像。术语“中频信号”是含有被测物体7的回波信息的低频信号，其本质是含有被测物体7信息的射频信号与本振信号混频后的差频，其中含有被测物体7信息的射频信号是辐射源辐射出去的太赫兹波透过被测物体7或由被测物体7反射的信号。
在本发明实施例中，太赫兹辐射源1辐射出线极化的太赫兹波束，经分束镜2分束后，直透的太赫兹波束经第一离轴抛物面镜3准直为平面波，再经第二离轴抛物面镜4聚焦至被测物体7上，其中平移台5用于被测物体7的移动，旋转台6用于被测物体7的旋转。在本发明实施例中，术语“线极化”是指场矢量在空间的取向固定不变。
透射穿过被测物体7的透射光束经过第三离轴抛物面镜8准直为平面波，再经第四离轴抛物面镜9聚焦至第一太赫兹探测器10。
经被测物体7反射的反射光束经第二离轴抛物面镜4和第一离轴抛物面镜3，再经分束镜2反射后聚焦至第二太赫兹探测器11。至此，便可得到被测物体7透射与反射的时域中频信号。
以上，描述了本发明实施例的太赫兹调频连续波光谱成像***，接下来，参考图2和图3，描述基于上述太赫兹调频连续波光谱成像***的成像算法，本发明实施例中的成像算法具体包括以下步骤：
步骤一：根据发射信号ST(t)和回波信号SRF(t)，经去调频处理后，得到中频回波信号为SZF(t)。
在本发明实施例中，调频处理为发射信号ST(t)和回波信号SRF(t)的混频频滤波去噪处理。
具体地，太赫兹辐射源1所发射的太赫兹线性调频信号ST(t)的表达式为：
ST(t)＝exp[j2π(f0t+1/2Kt2+ε(t))] (1)
第一太赫兹探测器10接收的回波信号SRF(t)为：
SRF(t)＝exp[j2π(f0(t-τ)+1/2K(t-τ)2+ξ(t-τ))] (2)
经去调频处理(混频滤波)后，得到中频回波信号SZF(t)形式分别为：
SZF(t)＝rect(t)·exp[j2π(f0τ+Ktτ-1/2Kτ2+ε(t)-ξ(t-τ))] (3)
其中f0为太赫兹辐射源1发射的太赫兹线性调频信号扫频的起始频率，τ＝2R/c为由被测物体7引起的回波时延，其中R为被测物体7距离第一太赫兹探测器10的距离，c为光速。K＝B/T为调频斜率，其中B为信号带宽，T为信号调频周期，rect(t)为窗函数，ε(t)-ξ(t-τ)为非线性相位。
步骤二：对中频信号SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)。
具体地，将强反射目标放置于与被测物体7相同的位置，采集得到此强反射目标的中频信号：
Figure BDA0003991693040000091
其中τs为强反射目标的回波时延，τs＝τ。
借助于相位补偿项exp(j2πKtτs)，得到校准后的中频信号SZF-C(t)：
Figure BDA0003991693040000092
步骤三：对SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000093
具体地，借助于频移项exp(-j2πfIFt)，对SZF-C(t)进行数字下变频，即将中频信号移至基带，并提取信号包络，即时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000097
SZF-C1＝SZF-C·exp(-j2πfIFt) (6)
Figure BDA0003991693040000094
f＝f0+K(t-2R/c) (8)
其中，fIF＝2K R/c为目标所在频率，R为目标距雷达距离，f为当前采样t时刻所对应的频点，θ为当前投影角度，其可以对应于旋转台6的旋转角度，h为当前波束照射至物体的高度。
步骤四：基于滤波反投影算法对时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000095
进行二维重建。
具体地，通过旋转台6和三维平移台5，获取物体在不同方位、不同高度h及不同旋转角度下的投影数据，基于典型的滤波反投影算法，对物体截面的物函数的o(x,y,h)进行图像重建：
Figure BDA0003991693040000096
其中θ为投影角度，S′(ω,θ,H)为θ角度下的一维频谱，即
Figure BDA0003991693040000101
的频域表征,H为物体不同的高度。
步骤五：将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，便可得到连续频点下的三维成像结果。
具体地，将不同频率处的二维图像重建结果进行拼接后，便可得到连续频点下物体的三维重建结果。
至此便可获取被测物体在连续太赫兹频点下的高精度、高分辨率的三维成像结果，此外对于接收器10得到的回波信号，通过步骤二处理，直接傅里叶变换便可得到在此***带宽下物体的综合频率响应。
也就是说，向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)，并获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；以及
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测物体的综合频率响。
另外，本发明实施例还提供了一种太赫兹调频连续波光谱成像***，包括：
太赫兹辐射源，向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)；
第一太赫兹探测器，获取透射通过所述被测体的回波信号SRF(t)；以及
数据采集卡，根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；以及
上位机，所述上位机执行以下操作：
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000102
基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure BDA0003991693040000103
进行二维重建以获得二维图像；以及
将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果。
根据本发明实施例的一种具体实现方式，所述太赫兹调频连续波光谱成像***还包括：
第二太赫兹探测器，所述第二太赫兹探测器获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；并且其中
所述上位机对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测物体的综合频率响应。
对于太赫兹调频连续波光谱成像***的具体细节可以参考以上对于太赫兹调频连续波光谱成像方法的描述，在此不再赘述。
另外，本发明实施例提供了一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行以上所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
另外，本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行根据以上所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，包括：
向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)，并获取透射通过所述被测体的回波信号SRF(t)；
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000011
基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000012
进行二维重建以获得二维图像；以及
将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果，其中为当前采样t时刻所对应的频点，θ为当前投影角度，h为当前波束照射至物体的高度。
2.根据权利要求1所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，所述根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)包括：
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和回波信号SRF(t)，经去调频处理后，得到中频回波信号为SZF(t)，其中
ST(t)＝exp[j2π(f0t+1/2Kt2+ε(t))]
SRF(t)＝exp[j2π(f0(t-τ)+1/2K(t-τ)2+ξ(t-τ))]
SZF(t)＝rect(t)·exp[j2π(f0τ+Ktτ-1/2Kτ2+ε(t)-ξ(t-τ))]
并且其中，f0为所述太赫兹线性调频信号ST(t)扫频的起始频率，τ为由被测物体引起的回波时延，K＝B/T为调频斜率，其中B为信号带宽，T为信号调频周期，rect(t)为窗函数，ε(t)-ξ(t-τ)为非线性相位。
3.根据权利要求2所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，所述对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)包括：
将反射目标放置于与被测物体相同的位置，采集得到所述反射目标的中频信号：
Figure FDA0003991693030000021
其中τs为所述反射目标的回波时延τs＝τ；
基于相位补偿项exp(j2πKtτs)，得到校准后的中频信号SZF-C(t)：
Figure FDA0003991693030000022
4.根据权利要求3所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，所述对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000023
包括根据下式得到所述时域光谱数据/>
Figure FDA0003991693030000024
SZF-C1＝SZF-C·exp(-j2πfIFt)
Figure FDA0003991693030000025
/>
其中，f＝f0+K(t-τ)，fIF＝2KR/c为目标位置所对应频率，f为当前采样t时刻所对应的频点，θ为当前投影角度，h为当前波束照射至物体的高度。
5.根据权利要求4所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，所述基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000026
进行二维重建以获得二维图像包括根据下式获取所述二维图像：
Figure FDA0003991693030000027
其中θ为投影角度，S′(ω,θ,H)为θ角度下
Figure FDA0003991693030000028
的频域表征，H为所述被测物体不同的高度。
6.根据权利要求1所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法，其特征在于，还包括：
向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)，并获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；
根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；以及
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测体的综合频率响应。
7.一种太赫兹调频连续波光谱成像***，其特征在于，包括：
太赫兹辐射源，向被测体发射太赫兹线性调频信号ST(t)；
第一太赫兹探测器，获取透射通过所述被测体的回波信号SRF(t)；以及
数据采集卡，根据所述太赫兹线性调频信号ST(t)和所述回波信号SRF(t)得到中频回波信号为SZF(t)；以及
上位机，所述上位机执行以下操作：
对所述中频回波信号为SZF(t)进行非线性度校准，得到校准后的中频信号SZF-C(t)；
对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行数字下变频，提取时域包络，得到时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000031
基于滤波反投影算法对所述时域光谱数据
Figure FDA0003991693030000032
进行二维重建以获得二维图像；以及
将重建得到的二维图像按高度信息进行拼接，以获得连续频点下的三维成像结果，其中为当前采样t时刻所对应的频点，θ为当前投影角度，h为当前波束照射至物体的高度。
8.根据权利要求7所述的太赫兹调频连续波光谱成像***，其特征在于，还包括：
第二太赫兹探测器，所述第二太赫兹探测器获取所述被测体反射的回波信号SRF(t)；并且其中
所述上位机对所述校准后的中频信号SZF-C(t)进行傅里叶变换以获取所述被测体的综合频率响应。
9.一种电子设备，该电子设备包括：
至少一个处理器；以及，
与该至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
该存储器存储有可被该至少一个处理器执行的指令，该指令被该至少一个处理器执行，以使该至少一个处理器能够执行根据权利要求1-6中任一项所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
10.一种非暂态计算机可读存储介质，该非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使该计算机执行根据权利要求1-6中任一项所述的太赫兹调频连续波光谱成像方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN116106254A (zh) * 2023-04-07 2023-05-12 北京理工大学 太赫兹三维层析成像***及方法

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