基于不同回波信号模型的太赫兹三维人体成像
作者:
作者单位:

1.北京交通大学,先进轨道交通自主运行全国重点实验室,北京 100044;2.北京交通大学,电子信息工程学院,北京 100044;3.中国信通院 泰尔终端实验室,北京 100191;4.中兴通讯股份有限公司 移动网络和移动多媒体技术国家重点实验室,广东 深圳 518055

作者简介:

韩嘉越(1999-),女,在读硕士研究生,主要研究方向为太赫兹无线信道建模与成像检测.email: hanjiayue@bjtu.edu.cn.
何丹萍(1985-),女,博士,副教授,主要研究方向为无线信道仿真与建模.
朵灏(1982-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为移动通信技术.
陈奔(2000-),男,在读博士研究生,主要研究方向为太赫兹无线信道测量和建模.
官科(1983-),男,博士,教授,主要研究方向为电波传播与无线信道测量、仿真与建模,毫米波与太赫兹通信技术、智慧轨道交通移动通信系统等.
窦建武(1973-),男,博士,正高级工程师,主要研究方向为太赫兹通信与无线信道建模.

通讯作者:

朵灏(1982-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向为移动通信技术. email: duohao@caict.ac.cn

基金项目:

重点研发计划基金资助项目(2023YFB2904801);教育部基金资助项目(8091B032123);北京市自然科学基金资助项目(L221009);航空科学基金资助项目(2022Z0660M5001)

伦理声明:



Terahertz 3D human imaging based on different echo signal models
Author:
Ethical statement:

Affiliation:

1.State Key Laboratory of Advanced Rail Autonomous Operation;2.School of Electronic Information Engineering, Beijing Jiaotong University,Beijing 100044, China;3.CTTL-Terminals, China Academy of Information and Communications Technology, Beijing 100191, China;4.State Key Laboratory of Mobile Network and Mobile Multimedia Technology, ZTE Corporation, Shenzhen Guangdong 518055, China

Funding:

  • 摘要
  • |
  • 图/表
  • |
  • 访问统计
  • |
  • 参考文献
  • |
  • 相似文献
  • |
  • 引证文献
  • |
  • 资源附件
    摘要:

    多输入多输出合成孔径雷达(MIMO SAR)成像系统利用多通道获得人体多方位信息,适用于人体安检场景。但在太赫兹MIMO SAR成像系统中,由于天线元素数量众多,如何平衡回波信号模型的准确度与计算效率成为关键挑战。采用圆柱形合成孔径照射人体获得回波信号,并使用极坐标格式算法(PFA)处理这些回波信号,实现太赫兹三维人体成像。通过仿真比较2种不同回波信号模型:物理光学(PO)算法和射线追踪(RT)方法在计算完美电导体材料人体时的计算效率和成像效果。结果表明,使用图形处理器(GPU)加速的PO算法在计算效率和成像质量方面均表现出色,整个圆柱形合成孔径回波信号的计算时间小于1 h,同时成像结果能清晰重现危险物体的形状。此外PO算法在计算符合实际材料人体的回波信号时,同样展现出优异的性能。本文还探索了不同波瓣宽度的定向天线对成像效果的影响。该研究为未来成像算法的验证及优化提供了更准确且高效的回波信号模型。

    Abstract:

    Multiple Input Multiple Output Synthetic Aperture Radar(MIMO SAR) imaging systems use multiple channels to obtain multi-directional information about humans, which is suitable for human security scenarios. However, in THz MIMO SAR imaging systems, due to the large number of antenna elements, how to balance the accuracy and computational efficiency of the echo signal model becomes a key challenge. A cylindrical synthetic aperture is employed to irradiate the human to obtain the echo signals, and these echo signals are processed by using the Polar Format Algorithm(PFA) to achieve THz 3D human imaging. The computational efficiency and imaging results of two different echo signal models, the Physical Optics(PO) algorithm and the Ray Tracing(RT) method, are compared by simulation for computing a Perfect Electric Conductor(PEC) material-human body. The results show that the PO algorithm using Graphics Processing Unit(GPU) acceleration performs well in terms of computational efficiency and imaging quality, with less than one hour of computation time to compute the entire cylindrical synthetic aperture echo signal, and the imaging results clearly reproduce the shape of the hazardous object. In addition, the PO algorithm also performs well in calculating echo signals that match the actual material of the human body. The effect of directional antennas with different lobe widths on the imaging results is also explored. This provides a more accurate and efficient echo signal model for future validation and optimization of imaging algorithms.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

韩嘉越,何丹萍,朵灏,陈奔,官科,窦建武.基于不同回波信号模型的太赫兹三维人体成像[J].太赫兹科学与电子信息学报,2025,23(3):202~213

复制
分享
文章指标
  • 点击次数:
  • 下载次数:
  • HTML阅读次数:
历史
  • 收稿日期:2024-08-27
  • 最后修改日期:2024-12-12
  • 录用日期:
  • 在线发布日期: 2025-03-27
  • 出版日期:
关闭