fmcw式太赫兹成像后处理系统研究与设计

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1、FMCW式太赫兹成像后处理系统研究与设计ResearchandDesignoftheFMCWTerahertzImagingPost-processingSystem学科专业：微电子学与固体电子学研究生：张晨指导教师：郭炜研究员天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要太赫兹波是指频率在0.1THz-10THz的电磁波，在电磁波谱上介于红外线与毫米波之间，是当前国际上倍受关注的前沿技术。太赫兹波具有瞬态性、相干性、穿透性、吸水性、低能性等特点，能够广泛的应用到各大领域，而且太赫兹波长短且带宽大，与调频连续波（FMCW）结合可以实现高精度距离测量和探测成像，尤其在无损检测和安检领域具有很高

2、的研究和应用价值。本文通过对太赫兹成像技术和FMCW雷达原理的研究，完成FMCW太赫兹成像后处理系统的设计。首先根据系统要求，利用Simulink和SystemGenerator模型开发工具进行成像后处理系统的成像算法模型建立及仿真验证，并且利用VerilogHDL硬件描述语言完成对系统各关键模块的设计、功能仿真及系统的联合调试和FPGA硬件实现。通过模拟探测目标的差频信号，完成对成像系统的功能验证。在FMCW式太赫兹成像后处理系统中，主要是根据探测目标差频信号的频率来进行位置判断和目标表征信息的提取，因此探测目标的差频信号频率值的准确程度影响着探测目标成像的清晰度。本文以提高系统成像质量

3、为目的，提出了一种FMCW太赫兹距离测量精度提高算法，通过整周期参数调整和谱线梯度校正法来改进FFT计算过程中的频谱泄露和栅栏效应，提高频率估计精度。总之，本文对FMCW太赫兹成像后处理系统进行设计和研究，实现了对探测目标的轮廓成像，对FMCW太赫兹雷达成像的研究有着重要的意义。关键词：太赫兹成像调频连续波系统建模FPGA测量精度ABSTRACTTerahertzwaveisrefertotheelectromagneticwaveswhosefrequencyisbetween0.1THzand10THz.Itisontheelectromagneticspectrumbetweenin

4、fraredandmillimeterwave,anditisthemostcloselywatchedontheinternationalcutting-edgetechnology.Terahertzwavehasmanycharacteristics,suchastransient,coherence,penetrability,absorption,lowenergyandsoon.Itcanbewidelyappliedtovariousfields.Andbecauseoftheshortwavelengthandlargebandwidth,itcanbecombinedwi

5、thfrequencymodulationcontinuouswave(FMCW)toachievehighprecisiondistancemeasurementanddetectionimaging.Ithasgreatvalueonresearchandapplication,especiallyinthefieldofnondestructivetestingandsecurity.ThisthesisdesignstheFMCWterahertzimagingpost-processingsystembasedontheprincipleofterahertzimagingand

6、theFMCWradar.First,accordingtothesystemrequirements,itusesSimulinkandSystemGeneratortomodelandsimulatetheimagingalgorithmoftheimagepost-processingsystem.AndthenVerilogHDLhardwaredescriptionlanguageisusedtocompletethesystemdesign,functionsimulationandjointdebuggingofthekeymodules.FPGAhardwareofthes

7、ystemisimplemented.Thefunctionalverificationofimagingsystemiscompletedbysimulatingbeatsignalofthedetectiontarget.IntheFMCWterahertzimagingpost-processingsystem,thelocationdetermineandextractioninformationoftarget