本發(fā)明涉及一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

美國噴氣推進(jìn)實驗室(jetpropulsionlaboratory)、西北太平洋國家實驗室(pacificnorthwestnationallaboratory)、德國應(yīng)用科學(xué)研究所(fgan-researchinstitute)、中國工程物理研究院、中國科學(xué)院電磁輻射與探測技術(shù)實驗室、首都師范大學(xué)物理系的太赫茲波譜和成像實驗室均投入研究了太赫茲三維成像系統(tǒng)并取得了很大進(jìn)展。但他們設(shè)計的太赫茲三維成像采用雙天線(一個天線發(fā)射信號、一個天線接收信號)，除電子器件外，還需要光學(xué)元件，比如分光鏡等，搭建光路系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，集成困難，不適合工程實際應(yīng)用；而且，由于僅僅將點頻源和線性掃頻源等信號源實現(xiàn)外差式相參，其他有源器件(如功率放大器、倍頻器)均未實現(xiàn)相參，從而系統(tǒng)穩(wěn)定性缺乏足夠保障。除此之外，系統(tǒng)的帶寬中心頻率比較低，深度分辨率較差，且與平面分辨率差距很大，如中國工程物理研究院設(shè)計的中心頻率為140ghz，帶寬為5ghz的三維成像系統(tǒng)，帶寬中心比頻率比僅為3.57％，平面分辨率為1.4mm，深度分辨率為30mm。

因此，需要一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用單天線，且不附加光路系統(tǒng)的純電子器件結(jié)構(gòu)、帶寬中心頻率比大、穩(wěn)定性好、分辨率高的外差式全相參太赫茲三維成像系統(tǒng)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明基于太赫茲科學(xué)、線性調(diào)頻測距原理和超外差技術(shù)，設(shè)計硬件電路產(chǎn)生、接收太赫茲超寬帶發(fā)射信號并保障整體電路元件相參，實現(xiàn)對被測對象高分辨率、清晰可靠的三維成像。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)，包括x-y二維掃描平臺、太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊、收發(fā)共用透鏡天線、信號全相參模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、圖像處理模塊和圖像顯示單元，其中：

所述x-y二維掃描平臺固定被測對象，并沿x軸和y軸逐點移動被測對象；

所述太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊產(chǎn)生射頻信號發(fā)送給被測對象；

所述太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊探測從被測對象反射回的回波信號，并產(chǎn)生本振信號與回波信號下變頻處理得到測試信號；

所述收發(fā)共用透鏡天線向被測對象發(fā)射聚焦的射頻信號并接收反射回的回波信號；

所述信號全相參模塊將射頻信號與本振信號下變頻處理得到參考信號，然后將參考信號和測試信號進(jìn)一步下變頻處理得到差頻信號；

所述數(shù)據(jù)采集和處理模塊在x-y二維掃描平臺于一點停住且穩(wěn)定后，采集差頻信號并存儲，然后上傳至處理器處理數(shù)據(jù)；

所述圖像處理模塊根據(jù)所有處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像，并利用圖像處理技術(shù)使更清晰；

所述圖像顯示單元顯示被測對象清晰可靠的三維成像圖。

進(jìn)一步的，所述太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊與數(shù)據(jù)采集和處理模塊均經(jīng)信號發(fā)生器輸出的脈沖信號同步硬件外部觸發(fā)后開始工作。

進(jìn)一步的，所述太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊包括第一信號源、k波段線性掃頻源、功分器、第一混頻器、第一功率放大器、二倍頻器、第一三倍頻器、第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一信號源連接第一混頻器的本振端，所述k波段線性掃頻源經(jīng)過功分器連接第一混頻器的中頻端，第一混頻器的射頻輸出端依次連接有第一功率放大器、二倍頻器、第一三倍頻器、第一定向耦合器和第二定向耦合器。

進(jìn)一步的，所述太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊包括第二信號源、所述k波段線性掃頻源、功分器、第二混頻器、第二功率放大器、第二三倍頻器、第三定向耦合器、第一次諧波混頻器、第一帶通濾波器和第一低噪聲放大器，所述第二信號源連接第二混頻器的本振端，所述k波段線性掃頻源經(jīng)過功分器連接第二混頻器的中頻端，第二混頻器的射頻輸出端依次連接有第二功率放大器、第二三倍頻器和第三定向耦合器，所述第一次諧波混頻器本振端接收第三定向耦合器的輸出信號和射頻端接收所述第二定向耦合器的輸出信號，中頻輸出端依次連接第一帶通濾波器和第一低噪聲放大器。

進(jìn)一步的，所述第一信號源和第二信號源均為點頻信號源。

進(jìn)一步的，所述信號全相參模塊使得太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊和太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊實現(xiàn)相干。

進(jìn)一步的，所述信號全相參模塊包括第二次諧波混頻器、第二帶通濾波器、第二低噪聲放大器和第三混頻器，所述第三定向耦合器與第一定向耦合器的輸出信號分別進(jìn)入第二次諧波混頻器的本振端和射頻端，第二次諧波混頻器中頻輸出端依次連接第二帶通濾波器、第二低噪聲放大器和第三混頻器。

進(jìn)一步的，所述第三混頻器射頻端和本振端分別接收第二低噪聲放大器的輸出信號和第一低噪聲放大器的輸出信號，并進(jìn)行混頻，下變頻處理后中頻端輸出差頻信號。

進(jìn)一步的，所述數(shù)據(jù)采集和處理模塊包括usb數(shù)據(jù)采集卡和處理器，usb數(shù)據(jù)采集卡采集差頻信號并存儲，處理器根據(jù)x-y二維掃描平臺移動方式進(jìn)行數(shù)據(jù)二維重排，再進(jìn)行快速傅立葉變化等處理，其中頻率表征被測對象深度方向的位置信息，幅值表征被測對象的反射信號強度。

進(jìn)一步的，圖像處理模塊根據(jù)處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建被測對象三維圖像，然后通過圖像融合、增強、復(fù)原、變換和特征分析等算法使圖像更加清晰，圖象顯示單元顯示最終清晰可靠的三維成像圖。

基于上述系統(tǒng)的工作方法，包括以下步驟：

(1)被測對象置于x-y二維掃描平臺上，沿x和y方向移動，每移動至一點后停止；

(2)待x-y二維掃描平臺停止且穩(wěn)定后，信號發(fā)生器產(chǎn)生脈沖信號同時觸發(fā)太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊和數(shù)據(jù)采集和處理模塊開始工作；

(3)太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊生成發(fā)射信號，通過收發(fā)共用透鏡天線掃描被測對象，收發(fā)共用透鏡天線接收被測對象反射回的回波信號，太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊產(chǎn)生本振信號與回波信號下變頻處理得到測試信號；

(4)信號全相參模塊首先將發(fā)射信號和本振信號混頻得到參考信號，再將參考信號與測試信號混頻得到差頻信號；

(5)數(shù)據(jù)采集和處理模塊對差頻信號進(jìn)行采集和存儲，然后x-y二維掃描平臺移至下一位置，以此類推，從而實現(xiàn)n個點的掃描，最終實現(xiàn)面的掃描，存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)處理器進(jìn)行二維數(shù)據(jù)重排、快速傅里葉變換、加窗濾波等多種處理；

(6)圖像處理模塊根據(jù)數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像，并利用圖像增強、復(fù)原、分割和特征分析等圖像處理技術(shù)使更清晰。

(7)圖像顯示單元顯示生成的被測對象清晰可靠的三維成像圖。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

(1)結(jié)構(gòu)簡單，易集成：本發(fā)明采用的信號源、功率放大器、倍頻器和定向耦合器等電子器件體積小，并單天線收發(fā)，使電路結(jié)構(gòu)簡單、易集成。

(2)成本較低，且適合工程應(yīng)用：本發(fā)明僅利用電子器件，不需要昂貴的光學(xué)器件(如激光器)，大大降低了系統(tǒng)的成本，同時也更方便搬移和用于實際的工程環(huán)境。

(3)成像分辨率高：本發(fā)明采用多次倍頻方式獲得171.6～219.6ghz的頻率，帶寬高達(dá)48ghz，平面分辨率能達(dá)到3.12mm，深度分辨率能達(dá)到3.125mm。

(4)穩(wěn)定性好：本發(fā)明采用太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊和接收模塊全相參的設(shè)計，使所有的有源器件、無源器件的頻移和溫漂等問題都得到了有效抑制，而目前世界上其他研究單位設(shè)計的系統(tǒng)僅僅將信號源相參，因此本發(fā)明設(shè)計的系統(tǒng)穩(wěn)定性具有獨特優(yōu)勢。

(5)信噪比高：系統(tǒng)采用主動式太赫茲成像，回波信號信噪比遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于被動式太赫茲成像系統(tǒng)接收信號的信噪比，進(jìn)而獲得更高的成像質(zhì)量。

(6)用途廣泛：利用外差式全相參太赫茲三維成像系統(tǒng)具有高分辨率成像及結(jié)構(gòu)簡單等優(yōu)點，可以用于各類材料(如玻璃、陶瓷、木材等)無損探傷、違禁品檢測和遙感探測等多個領(lǐng)域。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；

圖2是本發(fā)明的硬件外觸發(fā)方式示意圖；

圖3是本發(fā)明的發(fā)射模塊、接收模塊和信號全相參模塊的電路圖；

圖4是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本發(fā)明的成像過程的流程圖。

其中，101、太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊，102、收發(fā)共用透鏡天線，103、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊，104、信號全相參模塊，105、數(shù)據(jù)采集和處理模塊，106、圖像處理模塊，107、圖像顯示單元，108、被測對象，109、x-y二維掃描平臺；

201、處理器，202、信號發(fā)生器，203、usb數(shù)據(jù)采集卡；

301第一信號源，302、第一混頻器，303、第一功率放大器，304、二倍頻器，305、第一三倍頻器，306、第一定向耦合器，307、第二定向耦合器，308、k波段線性掃頻源，309、功分器，310、第二信號源；

311、第二混頻器，312、第二功率放大器，313、第二三倍頻器，314、第三定向耦合器，315、第一次諧波混頻器，316、第一帶通濾波器，317、第一低噪聲放大器，318、第二次諧波混頻器，319、第二帶通濾波器，320、第二低噪聲放大器，321、第三混頻器；

401、被測對象缺陷，402、電路系統(tǒng)。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在太赫茲三維成像采用雙天線(一個天線發(fā)射信號、一個天線接收信號)，除電子器件外，還需要光學(xué)元件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本較高、集成困難、不適合工程實際應(yīng)用且有源器件(如功率放大器、倍頻器)均未實現(xiàn)相參、帶寬中心頻率比較低、深度分辨率較差且與平面分辨率差距很大的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽艘环N以太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊、信號全相參模塊為核心的結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、分辨率高的太赫茲三維成像系統(tǒng)。

本申請的一種典型的實施方式中，太赫茲三維成像系統(tǒng)主要分為太赫茲時域光譜成像和太赫茲連續(xù)波成像。太赫茲時域光譜成像的基本原理是：分別獲得自由空間和樣品的太赫茲脈沖時域波形，時域波形中包含了強度和相位信息，經(jīng)過適當(dāng)?shù)奶幚砗头治龅玫綐悠返奶掌澣S圖像。太赫茲連續(xù)波三維成像的基本原理是：基于線性調(diào)頻測距原理，獲得被測對象在深度方向的分辨率，采集信號的幅值表征強度。太赫茲時域光譜成像和連續(xù)波成像的最大區(qū)別是發(fā)射功率，時域光譜系統(tǒng)的發(fā)射功率為納瓦數(shù)量級，而連續(xù)波成像系統(tǒng)的發(fā)射功率在毫瓦或瓦數(shù)量級；除此之外，時域光譜系統(tǒng)全都采用光學(xué)器件構(gòu)成，結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜且不適合工程應(yīng)用，而連續(xù)波成像系統(tǒng)依靠電子器件搭建，結(jié)構(gòu)簡單易集成。

如圖1所示，本發(fā)明包括有：

x-y二維掃描平臺109，用于固定并在x、y方向移動被測對象108；

太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101，用于產(chǎn)生通過收發(fā)共用透鏡天線102發(fā)射給被測對象108的射頻信號；

太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103，用于探測通過收發(fā)共用透鏡天線102接收從被測對象108反射回的太赫茲線性調(diào)頻回波信號，然后將產(chǎn)生的本振信號與回波信號進(jìn)行下變頻處理得到測試信號；

收發(fā)共用透鏡天線102，用于向被測對象108發(fā)射太赫茲線性調(diào)頻發(fā)射信號并接收從被測對象108反射回來的太赫茲線性調(diào)頻回波信號，且將太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101發(fā)射的太赫茲線性調(diào)頻波會聚至被測對象108；

信號全相參模塊104，用于將太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101提供的射頻信號與太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103提供的本振信號下變頻得到參考信號，然后將參考信號和太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103提供的測試信號下變頻得到差頻信號；

數(shù)據(jù)采集和處理模塊105，用于在x-y二維掃描平臺109于一點停住且穩(wěn)定后，采集從信號全相參模塊104輸出的差頻信號并存儲，然后上傳至處理器201處理數(shù)據(jù)；

圖像處理模塊106，用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集和處理模塊105采集并處理的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像，并利用圖像處理技術(shù)使更清晰；

圖像顯示單元107，用于顯示由圖像處理模塊106生成的被測對象108清晰可靠的三維成像圖。

如圖2所示，太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103和數(shù)據(jù)采集和處理模塊105均采用硬件外觸發(fā)的方式；x-y二維掃描平臺109通過沿x軸和y軸方向移動放置在上面的被測對象108，從而實現(xiàn)系統(tǒng)逐點掃描被測對象108，x-y二維掃描平臺109移動至一點后立刻給數(shù)據(jù)采集和處理模塊105中處理器201回送信號，然后處理器201發(fā)送指令給信號發(fā)生器202命其輸出脈沖信號給太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103中k波段線性掃頻源308的觸發(fā)輸入端口及數(shù)據(jù)采集和處理模塊105中usb數(shù)據(jù)采集卡203的外觸發(fā)輸入端口，此時k波段線性掃頻源308輸出k波段的線性調(diào)頻信號，usb數(shù)據(jù)采集卡203開始采集信號全相參模塊104輸出的差頻信號，然后數(shù)據(jù)采集和處理模塊105發(fā)送指令給x-y二維掃描平臺109讓其繼續(xù)移動至第二個點，以此類推，從而實現(xiàn)n個點的掃描，最終實現(xiàn)面的掃描。

如圖3所示，太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101包括第一信號源301、k波段線性掃頻源308、功分器309、第一混頻器302、第一功率放大器303、二倍頻器304、第一三倍頻器305、第一定向耦合器306和第二定向耦合器307，太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101用于產(chǎn)生通過收發(fā)共用透鏡天線102發(fā)射給被測對象108的太赫茲線性調(diào)頻射頻信號。

具體來說，第一信號源301是工作頻率為10.1ghz的點頻信號源，可以表示為：

其中，a1表示為初始幅值，f1為頻率10.1ghz，t為時間，為第一信號源301的初始相位值，將信號輸出至第一混頻器302的本振端；

k波段線性掃頻源308是工作頻率為18.5～26.5ghz的掃頻源，可以表示為：

其中，a3表示為初始幅值，f3為頻率18.5～26.5ghz，為k波段線性掃頻源308的初始相位值，經(jīng)功分器309將信號輸出至第一混頻器302的中頻端；

第一混頻器302將第一信號源301和k波段線性掃頻源308信號進(jìn)行混頻，上變頻得到頻率為28.6～36.6ghz的信號并通過射頻端輸出至第一功率放大器303；

第一功率放大器303對頻率為28.6～36.6ghz的信號功率進(jìn)行放大以達(dá)到二倍頻器304的安全功率輸入范圍；

二倍頻器304將頻率為28.6～36.6ghz信號的頻率二倍頻達(dá)到57.2～73.2ghz，并輸出至第一三倍頻器305輸入端；

第一三倍頻器305將頻率為57.2～73.2ghz信號的頻率三倍頻為171.6～219.6ghz，并輸出至第一定向耦合器306的輸入端；

第一定向耦合器306將頻率為171.6～219.6ghz的信號通過直通端輸出至第二定向耦合器307的直通端，通過耦合端輸出至第二次諧波混頻器318的射頻端；

第二定向耦合器307的輸入端連接至收發(fā)共用透鏡天線102，最終經(jīng)收發(fā)共用透鏡天線102將太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)送至被測對象108，收發(fā)共用透鏡天線102發(fā)射的射頻信號為：

其中，a1′是射頻信號的幅值，是射頻信號的相位。

進(jìn)一步地如圖3所示，太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103包括第二信號源310、k波段線性掃頻源308、功分器309、第一混頻器311、第二功率放大器312、第二三倍頻器313、第三定向耦合器314、第二定向耦合器307、第一次諧波混頻器315、第一帶通濾波器316和第一低噪聲放大器317，太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103用于接收從被測對象108反射回的太赫茲線性調(diào)頻回波信號。

具體來說，第二信號源310是工作頻率為10ghz的點頻信號源，可以表示為：

其中，a2表示為初始幅值，f2為頻率10ghz，為第二信號源310的初始相位值，將信號輸出至第二混頻器311的本振端；

k波段線性掃頻源308經(jīng)功分器309將工作頻率為18.5～26.5ghz的信號輸出至第二混頻器311的中頻端；

第二混頻器311將第二信號源310和k波段線性掃頻源308產(chǎn)生的頻率為10ghz和18.5～26.5ghz信號進(jìn)行混頻，上變頻得到頻率為28.5～36.5ghz的信號并通過射頻端輸出至第二功率放大器312；

第二功率放大器312對頻率為28.5～36.5ghz信號的功率進(jìn)行放大以達(dá)到第二三倍頻器313輸入端的安全功率輸入范圍；

第二三倍頻器313將頻率為28.5～36.5ghz信號的頻率三倍頻達(dá)到85.5～109.5ghz，并將其輸出至第三定向耦合器314的輸入端；

第三定向耦合器314的直通端將85.5～109.5ghz的信號輸出至第一次諧波混頻器315的本振端；

第二定向耦合器307通過輸入端接收由收發(fā)共用透鏡天線102獲取的太赫茲線性調(diào)頻回波信號：

其中，a1″是回波信號的幅值，δf是根據(jù)線性調(diào)頻測距原理、因被測對象108或被測對象缺陷401相對收發(fā)共用透鏡天線102距離產(chǎn)生的差頻信號，是回波信號的相位，然后經(jīng)耦合端輸出至第一次諧波混頻器315的射頻端；

第一次諧波混頻器315首先本振端將85.5～109.5ghz的信號二倍頻得到頻率為171～219ghz的信號，然后與射頻端的回波信號混頻，下變頻得到測試中頻信號，并將測試信號輸出至第一帶通濾波器316；

第一帶通濾波器316中心頻率是600mhz，帶寬為8mhz，將第一次諧波混頻器315的測試中頻信號中596～604mhz以外的雜波濾除，第一帶通濾波器316的輸出端連接至第一低噪聲放大器317；

第一低噪聲放大器317將第一帶通濾波器316輸出信號的噪聲降低并功率放大以提高596～604mhz內(nèi)測試中頻信號的輸出功率得到測試信號，第一低噪聲放大器317輸出測試信號至第三混頻器321的射頻端，測試信號可表示為：

其中，am是測試信號的幅值，f0是第一信號源301與第二信號源310之間的頻率差的6倍，是測試信號的相位。

進(jìn)一步地如圖3所示，信號全相參模塊104包括第三定向耦合器314、第一定向耦合器306、第二次諧波混頻器318、第二帶通濾波器319、第二低噪聲放大器320和第三混頻器321，用于將太赫茲線性調(diào)頻接收模塊103產(chǎn)生的本振信號分別與射頻信號和回波信號下變頻處理得到參考信號和測試信號，然后將參考信號和測試信號下變頻得到差頻信號。

具體地說，第三定向耦合器314的耦合端將工作頻率為85.5～109.5ghz的信號輸出至第二次諧波混頻器318的本振端；

第一定向耦合器306的耦合端將工作頻率為171.6～219.6ghz的信號輸出至第二次諧波混頻器318的射頻端；

第二次諧波混頻器318首先本振端將85.5～109.5ghz的信號二倍頻得到頻率為171～219ghz的信號，然后與射頻端的171.6～219.6ghz的信號混頻，下變頻得到頻率為600mhz的參考中頻信號，并輸出至第二帶通濾波器319；

第二帶通濾波器319中心頻率是600mhz，帶寬為8mhz，將第二次諧波混頻器318的參考中頻信號中596～604mhz以外的雜波濾除，第二帶通濾波器319的輸出端連接至第二低噪聲放大器320；

第二低噪聲放大器320將第二帶通濾波器319輸出信號的噪聲降低并功率放大以提高596～604mhz內(nèi)參考中頻信號的輸出功率，第二低噪聲放大器320輸出參考信號至第三混頻器321的本振端，參考信號可表示為：

其中，ar是參考信號的幅值，是參考信號的相位。

第三混頻器321將本振端的參考信號與射頻端的測試信號混頻，得到下變頻的差頻信號，差頻信號可表示為：

其中，aδ是差頻信號的幅值，是差頻信號的相位，并將其輸出至數(shù)據(jù)采集和處理模塊105。

如圖4所示，太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103和信號全相參模塊104構(gòu)成了電路系統(tǒng)402，電路系統(tǒng)402通過收發(fā)共用透鏡天線102向放置在x-y二維掃描平臺109上的被測對象108發(fā)射和接收線性調(diào)頻的太赫茲電磁波，被測對象缺陷401會引起線性調(diào)頻的太赫茲波的相位和幅值產(chǎn)生變化。

如圖5所示，利用上述外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法對被測對象的成像過程包括以下步驟：

x-y二維掃描平臺109沿x軸、y軸方向移動固定在上面的被測對象108，每移動至一點后停止；

太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101受信號發(fā)生器202的脈沖信號觸發(fā)后生成射頻信號；

收發(fā)共用透鏡天線102將射頻信號發(fā)射給被測對象108，然后接收被測對象108反射回的回波信號并傳輸給太赫茲線性調(diào)頻接收模塊103；太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊102受信號發(fā)生器202的脈沖信號觸發(fā)后接收回波信號，然后對回波信號進(jìn)行下變頻處理得到測試信號并發(fā)送給信號全相參模塊104；

信號全相參模塊104對太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊101的射頻信號和太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊103的本振信號混頻得到參考信號，然后與測試信號混頻得到差頻信號；

數(shù)據(jù)采集和處理模塊105對來自信號全相參模塊104的差頻信號進(jìn)行采集與存儲，然后x-y二維掃描平臺109移至下一位置，以此類推，從而實現(xiàn)n個點的掃描，最終實現(xiàn)面的掃描，存儲的數(shù)據(jù)經(jīng)處理器201進(jìn)行二維數(shù)據(jù)重排、快速傅里葉變換、加窗濾波等多種處理；

圖像處理模塊106，用于根據(jù)數(shù)據(jù)采集和處理模塊105采集并處理的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像，并利用圖像增強、復(fù)原、分割和特征分析等圖像處理技術(shù)使更清晰；

圖像顯示單元107，用于顯示由圖像處理模塊106生成的被測對象108清晰可靠的三維成像圖。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。

上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。