● 摘要
被动毫米波成像系统通过接收物体及背景的电磁辐射与散射能量，形成目标的电磁辐射与散射特性图像。被动毫米波成像系统可以在恶劣天气或烟尘条件下工作，具有近全天候工作能力，在遥感、侦察、导航、环境监测、安检等领域发挥着重要作用。传统的被动毫米波成像系统中毫米波信号处理通常采用直接检波式或超外差式接收机处理的方式。近年来，随着微波/毫米波光子学的发展，采用光子学技术传输和处理毫米波信号得到了广泛的研究。利用电光调制技术可将毫米波信号上变频至光波频率，由光纤传输并用光子学方法处理。采用该方法传输和处理毫米波信号具有带宽高、衰减小、重量轻、抗电磁干扰等优点。本论文研究了毫米波信号的光子学处理技术，并将其应用于毫米波辐射计。利用该技术设计了机械扫描式被动毫米波扫描成像系统，并进行了被动毫米波成像实验。在此基础上研究了光子学处理技术在被动毫米波综合孔径成像中的应用，并对被动毫米波综合孔径光子成像技术关键技术进行了理论分析和实验研究。本论文取得的主要创新研究成果有：1. 提出了一种基于光子学处理技术的毫米波探测方法。研究了毫米波信号的光子学处理技术，从理论上阐述了毫米波光子探测的原理和信号处理过程，讨论了毫米波信号的光子学处理中的电光调制、载波抑制、光电探测、锁相放大等关键技术，分析了毫米波信号光子学处理中信号能量转换效率（增益）、带宽和噪声特性。提出了一种基于电光调制和光纤布拉格光栅（FBG）滤波器滤波的毫米波信号探测方法，设计并搭建了毫米波光子探测实验系统进行了50GHz毫米波光子探测实验，验证了该探测方式的可行性。2. 设计了一种采用光子学处理方法和锁相放大技术的迪克(Dicke)比较式毫米波辐射计，并在此基础上设计了33-50GHz波段机械扫描式被动毫米波光子成像系统。介绍了机械扫描式被动毫米波光子成像系统的系统总体结构和各组成部分。该成像系统使用二维机械扫描转台驱动天线实现被动毫米波成像，采用60cm口径卡塞格伦天线，角分辨率1.1°，温度灵敏度0.91K。并利用该成像系统在室内室外进行了被动毫米波成像实验。3. 研究了被动毫米波综合孔径光子成像系统的原理，并从理论上分析了被动综合孔径阵列天线的信号的电光调制、空间光学相干处理和实时光子成像的过程，得出被动综合孔径光子成像系统的等效成像模型，并利用该模型简化对被动综合对光纤阵列波束合成成像的特性进行了仿真分析。4. 分析了相位误差对被动综合孔径成像的影响，讨论了被动综合孔径光子成像系统中的四种相位误差校正技术：闭合相位校正、冗余基线校正、参考载波干涉校正以及全息相位校正。重点分析了冗余基线相位校正技术的原理和系统设计方法。5. 设计了被动毫米波综合孔径光子成像的二元干涉实验系统。使用50GHz信号源进行了毫米波电光调制和干涉实验研究。在太赫兹波段/亚毫米波，使用500GHz接收机，对中频输出信号进行了电光调制和干涉实验。验证了被动毫米波和太赫兹波光子综合孔径成像的可行性。