CN109696299B - 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台 - Google Patents

太赫兹焦平面成像系统综合研发平台 Download PDF

Info

Publication number
CN109696299B
CN109696299B CN201811522658.3A CN201811522658A CN109696299B CN 109696299 B CN109696299 B CN 109696299B CN 201811522658 A CN201811522658 A CN 201811522658A CN 109696299 B CN109696299 B CN 109696299B
Authority
CN
China
Prior art keywords
terahertz
unit
parameters
chip
module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811522658.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109696299A (zh
Inventor
牟进超
许戎戎
刘昊
刘峰
刘强
朱明�
孙兆阳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Original Assignee
Beijing Research Institute of Telemetry
Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Beijing Research Institute of Telemetry, Aerospace Long March Launch Vehicle Technology Co Ltd filed Critical Beijing Research Institute of Telemetry
Priority to CN201811522658.3A priority Critical patent/CN109696299B/zh
Publication of CN109696299A publication Critical patent/CN109696299A/zh
Priority to PCT/CN2019/095552 priority patent/WO2020119107A1/zh
Priority to EP19894558.6A priority patent/EP3896421A4/en
Application granted granted Critical
Publication of CN109696299B publication Critical patent/CN109696299B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
    • G01M11/02—Testing optical properties
    • G01M11/0242—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations
    • G01M11/0257—Testing optical properties by measuring geometrical properties or aberrations by analyzing the image formed by the object to be tested
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/2664—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture electrically moving the phase centre of a radiating element in the focal plane of a focussing device
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/267—Phased-array testing or checking devices

Abstract

本发明公开了一种太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，该平台包含太赫兹一体化协同设计仿真子平台、太赫兹芯片测试与建模子平台、太赫兹波束测试与表征子平台、太赫兹系统测试与原理验证子平台、极大规模阵列信号实时采集与处理子平台。该平台适用于太赫兹焦平面成像系统的芯片、模组、前端到原理样机的全流程研发，能够提升太赫兹焦平面成像系统的研制效果。

Description

太赫兹焦平面成像系统综合研发平台
技术领域
本发明属于太赫兹技术领域，尤其涉及一种太赫兹焦平面成像系统综合研发平台。
背景技术
太赫兹(Terahertz，THz)波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长3mm～30μm)范围内的电磁辐射(1THz＝1012Hz)，在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间。其中，0.1THz～1THz范围的太赫兹波在目标探测与识别领域具有非常重要的应用潜力，在高速目标探测与跟踪、在轨无损检测、复杂战场态势感知等应用场景具有极大的应用价值。相比于其他太赫兹探测系统，太赫兹焦平面成像系统具有成像实时性好、视场灵活、能够满足谱系化装备等优点，可以更好的满足上述应用需求。
太赫兹焦平面成像技术的研究涉及器件、模块和系统的设计与仿真，器件、模块和系统测试与功能验证，以及太赫兹系统的原理验证。其研究特点包括：
1.频率跨度大，从基带直到太赫兹频段；
2.空间尺寸跨度大，从纳米量级的半导体器件结构到米量级的天馈系统；
3.学科领域跨度大，包括半导体器件领域、微波领域、准光学领域等。
现有研究平台普遍存在以下问题：
首先，现有研究平台相对独立且零散，没有可以满足从设计到测试再到功能验证最后到原理验证全流程的设计与测试方案及相应的平台，导致各阶段研究结果之间的迭代反馈效率低下，严重影响研究的效率、完整性以及准确性。
其次，现有研究平台的模型库、数据库、方案不完善，例如缺少太赫兹频段器件的行为级模型，无法满足系统架构的设计优化需求；缺少有效数据接口，无法满足从器件级到系统级的协同仿真以及与实际测试结果之间的联合迭代优化。
第三，现有研究平台通常不能很好地满足太赫兹焦平面阵列成像系统及其关键元器件的测试，例如，不具备太赫兹焦平面阵列成像系统各通道的幅相一致性表征能力；缺少片上准光学馈电手段且不具备晶圆级成像阵列芯片的在片测试和表征能力。这严重影响了器件、模块以及系统的设计和测试准确性，且影响了研制效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的上述不足，提供一种太赫兹焦平面阵列成像系统综合设计与测试平台。该结构能够满足从设计到测试再到功能验证最后到原理验证全流程的设计与测试需求，能够提升器件、模块以及系统的设计准确性和研究效率，能够提升太赫兹焦平面阵列成像系统的研制效率。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，包括：太赫兹一体化协同设计仿真子平台、太赫兹芯片测试与建模子平台、太赫兹波束测试与表征子平台、太赫兹系统测试与原理验证子平台和极大规模阵列信号实时采集与处理子平台；其中，所述太赫兹一体化协同设计仿真子平台根据太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化得到太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数，根据太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数分别得到太赫兹芯片的物理参数指标、透镜的物理参数指标和集成前端的物理参数指标；根据太赫兹芯片的物理参数指标、透镜的物理参数指标、集成前端的物理参数指标和应用环境参数及目标特性参数，得到仿真输出数据，并将仿真输出数据传递给极大规模阵列信号实施采集与处理子平台，极大规模阵列信号实施采集与处理子平台输出场景及目标的仿真图像结果；所述太赫兹芯片测试与建模子平台得到太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数，根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台，用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台作为盲元检测的评判参考数据；所述太赫兹波束测试与表征子平台输出太赫兹激励信号和空间自由辐射的太赫兹波，太赫兹波经极化变换和波束分离后照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上；根据输出太赫兹信号和被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线输出信号得到被测太赫兹天线或被测太赫兹透镜的矢量网络参数；根据被测太赫兹天线的矢量网络参数得到被测太赫兹天线的天线测试参数，根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的透镜测试参数；并将天线测试参数和透镜测试参数输入到太赫兹一体化协同仿真设计子平台，作为太赫兹透镜和集成前端设计优化迭代的参考数据；天线测试参数输入到太赫兹系统测试与原理验证子平台作为盲元检测的分析参考数据；所述太赫兹系统测试与原理验证子平台产生太赫兹调制信号并处理得到自由空间的太赫兹调制波，照射到待测的集成前端上，待测的集成前端输出多通道中频信号，根据多通道中频信号得到多通道中频信号的幅度和相位；根据多通道中频信号的幅度和相位、并参考太赫兹芯片测试与建模子平台提供的太赫兹芯片的特征参数和太赫兹波束测试与表征子平台提供的天线测试参数得到集成前端的盲元与非均匀性分布情况，将多通道中频信号的幅度和相位传递给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台；所述极大规模阵列信号实时采集与处理子平台将多通道中频信号的幅度和相位转变为数字信号，并将数字信号通过图像预处理和图像处理得到目标图像和识别结果，并将目标图像和识别结果传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台显示出来。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹一体化协同设计仿真子平台包括太赫兹系统行为级仿真分析模块、太赫兹芯片级仿真分析模块、太赫兹组件级仿真分析模块和太赫兹系统级仿真分析模块；其中，所述太赫兹系统行为级仿真分析模块根据应用环境参数及目标特性参数、太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化得到太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数；将太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数传输给所述太赫兹芯片级仿真分析模块、所述太赫兹组件级仿真分析模块；所述太赫兹芯片级仿真分析模块根据太赫兹阵列芯片的最优化性能指标参数得到太赫兹阵列芯片的几何结构参数和材料参数，并根据太赫兹阵列芯片的几何结构参数和材料参数得到太赫兹阵列芯片的物理参数指标，根据太赫兹阵列芯片的物理参数指标得到太赫兹阵列芯片的仿真输出数据；所述太赫兹组件级仿真分析模块根据透镜的最优化性能指标参数得到透镜的几何结构参数和材料参数，并根据透镜的几何结构参数和材料参数得到透镜的物理参数指标，根据透镜的物理参数指标得到透镜的仿真输出数据；所述太赫兹系统级仿真分析模块根据集成前端的最优化性能指标参数得到集成前端的几何结构参数和材料参数，并根据集成前端的几何结构参数和材料参数得到集成前端的物理参数指标，根据集成前端的物理参数指标得到集成前端的仿真输出数据。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹芯片测试与建模子平台包括晶圆级精密定位与环境控制模块、太赫兹芯片直流参数与表征模块、太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块和太赫兹芯片特性综合表征与建模模块；其中，所述晶圆级精密定位与环境控制模块用于固定太赫兹芯片；所述太赫兹芯片直流参数与表征模块得到太赫兹芯片的直流参数并传输给太赫兹芯片特性综合表征与建模模块；所述太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块得到太赫兹芯片的矢量网络参数并传输给太赫兹芯片特性综合表征与建模模块；所述太赫兹芯片特性综合表征与建模模块根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台，用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台作为盲元检测的评判参考数据。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹波束测试与表征子平台包括高精度位移与旋转模块、太赫兹喇叭天线模块、太赫兹准光波束变换模块、太赫兹矢量网络参数测试与表征模块、太赫兹天线特性表征模块和太赫兹准光透镜特性表征模块；其中，所述高精度位移与旋转模块用于固定并控制被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移和旋转角度；所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块的一个端口输出太赫兹激励信号，并通过太赫兹喇叭天线模块发射出空间自由辐射的太赫兹波；所述太赫兹准光波束变换模块接收太赫兹波并经极化变换和波束分离后照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上；所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块的另一端口接收被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的太赫兹响应信号；所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块根据一个端口的输出太赫兹信号和另一端口接收的被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线输出信号，得到被测太赫兹天线或透镜的矢量网络参数；所述太赫兹天线特性表征模块根据被测太赫兹天线的矢量网络参数得到被测太赫兹天线的天线测试参数，并传输给太赫兹一体化协同仿真设计子平台和太赫兹系统测试与原理验证子平台；所述赫兹准光透镜特性表征模块根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的透镜测试参数，并传输给太赫兹一体化协同仿真设计子平台。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹系统测试与原理验证子平台包括太赫兹调制信号产生模块、太赫兹喇叭天线模块、通道输出信号测试模块、盲元与非均匀性检测分析模块和显示模块；其中，所述太赫兹调制信号产生模块用于产生太赫兹调制信号，通过太赫兹喇叭天线模块转变为自由空间的太赫兹调制波，照射到待测的集成前端上，待测的集成前端输出多通道中频信号并传输给所述通道输出信号测试模块；所述通道输出信号测试模块根据多通道中频信号得到多通道中频信号的幅度和相位，并传输给所述盲元与非均匀性检测分析模块和极大规模阵列信号实时采集与处理子平台；所述盲元与非均匀性检测分析模块根据多通道中频信号的幅度和相位、并参考太赫兹芯片测试与建模子平台提供的太赫兹芯片的特征参数和太赫兹波束测试与表征子平台提供的天线测试参数得到集成前端的盲元与非均匀性分布情况；所述显示模块将多通道中频信号的幅度和相位以图像方式显示出来。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述极大规模阵列信号实时采集与处理子平台包括阵列信号采集模块、阵列信号预处理模块和图像处理模块；其中，所述阵列信号采集模块用于将太赫兹系统测试与原理验证子平台输出的多通道中频信号的幅度和相位转变为数字信号，并将数字信号传输给所述阵列信号预处理模块；所述阵列信号预处理模块将数字信号通过图像预处理后得到预处理图像，并将预处理图像传输给所述图像处理模块；所述图像处理模块将预处理图像进行图像处理后得到标图像和识别结果，将目标图像和识别结果传递给所述太赫兹系统测试与原理验证子平台显示出来。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹系统行为级仿真分析模块包括场景定义单元、目标定义单元、场景与目标行为模型库、系统功能定义单元、系统组件行为模型库和系统行为级设计与优化单元；其中，所述场景定义单元用于得到应用环境参数，并将其传输给所述场景与目标行为模型库；所述目标定义单元用于得到目标特性参数，并将其传输给所述场景与目标行为模型库；所述场景与目标行为模型库根据应用环境参数和目标特性参数得到行为级仿真目标特性参数和行为级仿真应用环境参数；所述系统功能定义单元根据输入系统工作模式得到太赫兹系统架构，并将太赫兹系统架构传输给所述系统组件行为模型库；所述系统组件行为模型库根据太赫兹系统架构得到所需的芯片、透镜和集成前端模型，并将所需的芯片、透镜和集成前端模型传输给所述系统行为级设计与优化单元；所述系统行为级设计与优化单元对芯片、透镜和集成前端模型进行仿真优化得到芯片最优化性能指标参数、透镜最优化性能指标参数和集成前端的最优化性能指标参数。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹芯片级仿真分析模块包括芯片级协同设计与优化单元、非线性器件设计与优化单元和非电大尺寸线性器件设计与优化单元；其中，所述芯片级协同设计与优化单元用于接收芯片最优化性能指标参数并将其传输给所述非线性器件设计与优化单元，并将芯片进行建模得到非线性器件物理模型和非电大尺寸线性器件物理模型；所述非线性器件设计与优化单元根据芯片最优化性能指标参数和非线性器件物理模型得到非线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元；所述非电大尺寸线性器件设计与优化单元根据非电大尺寸线性器件物理模型得到非电大尺寸线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元；所述芯片级协同设计与优化单元根据非线性器件的几何结构参数和材料参数和非电大尺寸线性器件的几何结构参数和材料参数得到优化后的太赫兹芯片物理模型，并传输给所述太赫兹系统级仿真分析模块。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹组件级仿真分析模块包括组件级协同设计与仿真单元、电大尺寸线性组件设计与优化单元和互联结构仿真单元；其中，所述组件级协同设计与仿真单元用于接收透镜最优化性能指标参数和集成前端最优化性能指标参数，将透镜物理模型传输给电大尺寸线性组件设计与优化单元，将集成前端的互联结构物理模型发送给互联结构仿真单元；所述电大尺寸线性组件设计与优化单元根据透镜最优化性能指标参数和透镜物理模型得到透镜的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元；所述互联结构仿真单元根据集成前端最优化性能指标参数和集成前端的互联结构物理模型得到互联结构的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元；所述组件级协同设计与仿真单元根据透镜的几何结构参数和材料参数得到优化后的透镜物理模型，根据互联结构的几何结构参数和材料参数得到优化后的互联结构物理模型，并将优化后的透镜物理模型和优化后的互联结构物理模型传输给所述太赫兹系统级仿真分析模块。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹系统级仿真分析模块包括目标全波仿真单元、系统协同仿真单元、系统仿真结构存储单元和系统性能评估单元；其中，所述目标全波仿真单元基于全波分析法得到的目标特性参数，并将目标特性参数传输给所述系统协同仿真单元；所述系统协同仿真单元根据优化后的集成前端的物理模型和目标特性参数得到集成前端物理模型的仿真输出信号参数，并将集成前端物理模型的仿真输出信号参数传输给所述系统仿真结构存储单元；所述系统仿真结构存储单元接收并存储集成前端物理模型的仿真输出信号参数，并将集成前端物理模型的仿真输出信号参数传输给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台得到目标仿真图像；所述系统性能评估单元根据目标仿真图像得到集成前端系统设计性能评估表。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述晶圆级精密定位与环境控制模块包括光电屏蔽及精密微环境控制单元、微振动隔离单元、超快速高低温精密环境控制单元、精密三维位移平台自动定位单元、高分辨率数字显微成像单元、低温无霜调控单元、三维尺寸测量评估与图像处理单元、微米量级三维位移控制单元和晶圆级精密多维校准单位；其中，光电屏蔽及精密微环境控制单元为太赫兹芯片提供光学暗室和电磁暗室环境；微振动隔离单元为太赫兹芯片提供震动稳定环境；超快速高低温精密环境控制单元为太赫兹芯片提供稳定的环境温度；低温无霜调控单元为太赫兹芯片提供低温不结霜的干燥环境；精密三维位移平台自动定位单元控制太赫兹芯片的位移；高分辨率数字显微成像单元对太赫兹芯片进行显微成像，并实现芯片图像的保存；三维尺寸测量评估与图像处理单元对太赫兹芯片上的结构进行测量，输出太赫兹芯片结构的特征尺寸；微米量级三维位移控制单元控制太赫兹芯片的微位移，使太赫兹芯片出现在高分辨率数字显微成像单元的视场范围内；晶圆级精密多维校准单位为太赫兹芯片提供在片精密校准片，实现太赫兹芯片的片上测试校准。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹芯片直流参数与表征模块包括直流参数测试与分析单元、直流偏置电压激励与响应测试单元、交流电压激励与响应测试单元和脉冲激励与响应测试单元；其中，直流偏置电压激励与响应测试单元得到太赫兹芯片的I-V特性参数；交流电压激励与响应测试单元得到太赫兹芯片的C-V特性参数；脉冲激励与响应测试单元得到太赫兹芯片的脉冲特性参数；直流参数测试与分析单元根据I-V特性参数、C-V特性参数和脉冲特性参数得到太赫兹芯片的直流特性。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块包括矢量网络参数测试与分析单元、太赫兹频率扩展模块-频段N、接触式太赫兹信号馈入单元、非接触式太赫兹信号馈入单元、接触式太赫兹信号馈入单元；其中，矢量网络参数测试与分析单元提供微波频段激励信号，微波频段激励信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N实现微波信号的上变频，输出太赫兹激励信号；太赫兹激励信号通过接触式太赫兹信号馈入单元或者非接触式太赫兹信号馈入单元馈入到太赫兹芯片的输入端口；太赫兹芯片的输出太赫兹信号由太赫兹芯片的输出端口输出，并经过接触式太赫兹信号馈入单元或者非接触式太赫兹信号馈入单元输入到太赫兹频率扩展模块-频段N，输出太赫兹信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N下变频至微波频段，输出微波响应信号；微波响应信号输入到矢量网络参数测试与分析单元；根据微波频段激励信号和微波响应信号，矢量网络参数测试与分析单元输出太赫兹芯片的矢量网络参数。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹芯片特性综合表征与建模模块包括芯片特性综合单元、像元一致性分析单元和器件建模与提参单元；其中，芯片特性综合单元接收并根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片特性参数；像元一致性分析单元根据太赫兹芯片特性参数得到太赫兹芯片的特性参数一致性；器件建模与提参单元根据特性参数一致性分析数据建立太赫兹芯片的等效网络模型，并提取模型参数，输出太赫兹芯片的模型和特征参数。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述高精度位移与旋转模块包括无缝可重构准光学平台、可编程控制单元、高精度三维位移单元和微弧度旋转单元；其中，无缝可重构准光学平台用于安装被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线；可编程控制单元输出位移指令和旋转指令，位移旋转控制高精度三维位移单元实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移，旋转指令控制微弧度旋转单元实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的旋转。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹天线特性表征模块包括太赫兹时域窗单元、太赫兹天线特性分析单元和空间特性非均匀性分析单元；其中，太赫兹时域窗单元根据被测太赫兹天线的矢量网络参数滤除多径效应影响得到滤除多径效应后的矢量网络参数；太赫兹天线特性根据滤除多径效应后的矢量网络参数得到太赫兹天线方向图和天线指标参数；空间特性非均匀性分析单元根据太赫兹天线方向图和天线指标参数得到太赫兹天线一致性分析数据。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹准光透镜特性表征模块包括宽频带网络参数综合单元、太赫兹透镜特性分析单元和太赫兹透镜材料特性分析单元；其中，宽频带网络参数综合单元根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数方法被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数；太赫兹透镜特性分析单元根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的ABCD矩阵；太赫兹透镜材料特性分析单元根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的材料参数。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述太赫兹调制信号产生模块包括可编程调制波形产生单元、微波信号产生单元和太赫兹上变频单元-频段N；其中，可编程调制波形产生单元产生调制波形，输入到高稳定度微波信号产生单元；微波信号产生单元输出包含调制波形的微波信号；太赫兹上变频单元-频段N根据包含调制波形的微波信号得到包含调制波形的太赫兹信号。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述通道输出信号测试模块包括太赫兹系统输出特性记录单元、输出频谱测试单元和输出波形测试单元；其中，输出频谱测试单元根据多通道中频信号得到多通道中频信号频谱，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元；输出波形测试单元根据多通道中频信号得到多通道中频信号时域波形，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元；太赫兹系统输出特性记录单元根据多通道中频信号频谱和多通道中频信号时域波形得到多通道中频信号的幅度和相位。
上述太赫兹焦平面成像系统综合研发平台中，所述盲元与非均匀性检测分析模块包含盲元分析单元和阵列非均匀性分析单元；其中，盲元分析单元根据多通道中频信号的幅度和相位得到集成前端的盲元分布情况；阵列非均匀性分析单元根据多通道中频信号的幅度和相位得到集成前端的非均匀性分布情况。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过有效集成太赫兹系统行为级仿真分析模块、太赫兹芯片级仿真分析模块、太赫兹组件级仿真分析模块和太赫兹系统级仿真分析模块提升从系统架构设计到关键组件设计再到系统集成设计和成像评估的全流程高效率设计需求。
(2)本发明通过有效集成晶圆级精密定位与环境控制模块、太赫兹芯片直流参数与表征模块、太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块和太赫兹芯片特性综合表征与建模模块提升太赫兹焦平面成像阵列芯片的测试与表征效率。
(3)本发明通过有效集成高精度位移与旋转模块、太赫兹喇叭天线模块、太赫兹准光波束变换模块、太赫兹矢量网络参数测试与表征模块、太赫兹天线特性表征模块以及太赫兹准光透镜特性表征模块提升太赫兹透镜测试与表征效率。
(4)本发明通过有效集成太赫兹调制信号产生模块、太赫兹喇叭天线模块、通道输出信号测试模块、盲元与非均匀性检测分析模块和显示模块有效提升太赫兹焦平面成像系统测试与表征效率。
(5)本发明通过有效集成阵列信号采集模块、阵列信号预处理模块和图像处理模块有效提升信号预处理与图像处理效率。
(6)本发明通过子平台接口实现各子平台之间的数据共享，从而满足从芯片、器件设计到测试再到系统功能验证和成像原理验证的全流程研发需求，能够提升太赫兹焦平面阵列成像系统的研制效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的太赫兹焦平面阵列成像系统综合设计与测试平台的系统框图；
图2是本发明实施例提供的太赫兹一体化协同设计仿真子平台的组成框图；
图3是本发明实施例提供的太赫兹芯片测试与建模子平台的组成框图；
图4是本发明实施例提供的太赫兹波束测试与表征子平台的组成框图；
图5是本发明实施例提供的太赫兹系统测试与原理验证子平台的组成框图；
图6是本发明实施例提供的极大规模阵列信号实时采集与处理子平台的组成框图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
本发明提供了一种太赫兹焦平面成像系统综合研发平台。该平台包含太赫兹一体化协同设计仿真子平台1、太赫兹芯片测试与建模子平台2、太赫兹波束测试与表征子平台3、太赫兹系统测试与原理验证子平台4、极大规模阵列信号实时采集与处理子平台5。
图1给出了太赫兹焦平面阵列成像系统综合设计与测试平台的系统框图。其中，太赫兹一体化协同设计仿真子平台1包括太赫兹系统行为级仿真分析模块11、太赫兹芯片级仿真分析模块12、太赫兹组件级仿真分析模块13、太赫兹系统级仿真分析模块14。
太赫兹芯片测试与建模子平台2包括晶圆级精密定位与环境控制模块21、太赫兹芯片直流参数测试与表征模块22、太赫兹在片矢量网络参数测试与表征模块23、太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24。
太赫兹波束测试与表征子平台3包括高精度位移与旋转模块31、太赫兹准光波束变换模块32、太赫兹喇叭天线模块33、太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34、太赫兹天线特性表征模块35、太赫兹准光特性表征模块36。
太赫兹系统测试与原理验证子平台4包括太赫兹调制信号产生41、太赫兹喇叭天线模块42、通道输出信号测试模块43、盲元与非均匀性检测分析模块44、显示模块45。
极大规模阵列信号实时采集与处理子平台5包括阵列信号采集模块51、阵列信号预处理模块52、图像处理模块53。
太赫兹一体化协同设计仿真子平台1根据太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化得到太赫兹阵列芯片最优化性能指标参数、透镜最优化性能指标参数和集成前端的最优化性能指标参数，根据太赫兹阵列芯片最优化性能指标参数得到太赫兹芯片的几何结构参数和材料参数，根据透镜的最优化性能指标参数得到透镜的几何结构参数和材料参数，根据集成前端的最优化性能指标参数得到集成前端的几何结构参数和材料参数，
根据几何结构参数和材料参数，计算芯片、透镜、集成前端的物理参数指标，根据物理参数指标和场景及目标参数，计算系统的仿真输出数据。仿真输出数据传递给极大规模阵列信号实施采集与处理子平台5，极大规模阵列信号实施采集与处理子平台5输出场景及目标的仿真图像结果；
太赫兹芯片测试与建模子平台2将太赫兹芯片固定在晶圆级精密定位与环境控制模块21上，利用太赫兹芯片直流参数与表征模块22测量得到太赫兹芯片的直流参数，利用太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23测量得到太赫兹芯片的矢量网络参数，根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数，通过太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24输出太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台1，应用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台5作为盲元检测的评判参考数据。
太赫兹波束测试与表征子平台3利用高精度位移与旋转模块31固定并控制被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移和旋转角度，太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34的端口1输出太赫兹激励信号，并通过太赫兹喇叭天线模块32发射出空间自由辐射的太赫兹波，空间自由辐射的太赫兹波通过太赫兹准光波束变换模块33实现太赫兹波的极化变换、波束分离等，最终照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上。被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的太赫兹响应信号通过太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34的端口2接收。太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34根据端口1的输出太赫兹信号和端口2接收的被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线输出信号，分析得出被测太赫兹天线或透镜的矢量网络参数。被测太赫兹天线的矢量网络参数通过太赫兹天线特性表征模块35输出被测太赫兹天线的天线测试参数；被测太赫兹透镜的矢量网络参数通过太赫兹准光透镜特性表征模块36输出被测太赫兹透镜的透镜测试参数。天线测试参数和透镜测试参数输入到太赫兹一体化协同仿真设计子平台1，作为太赫兹透镜和集成前端设计优化迭代的参考数据。天线测试参数输入到太赫兹系统测试与原理验证子平台4作为盲元检测的分析参考数据。
太赫兹系统测试与原理验证子平台4通过太赫兹调制信号产生模块41产生太赫兹调制信号，通过太赫兹喇叭天线模块42转变为自由空间的太赫兹调制波，照射到待测的集成前端上，太赫兹系统输出多通道中频信号，多通道中频信号通过通道输出信号测试模块43输出多通道中频信号的幅度和相位。盲元与非均匀性检测分析模块44根据多通道中频信号的幅度和相位，并参考太赫兹一体化协同设计仿真子平台1提供的太赫兹芯片的特征参数和太赫兹波束测试与表征子平台3提供的天线测试参数，输出集成前端的盲元与非均匀性分布情况，。多通道中频信号的幅度和相位通过显示模块45以图像方式显示出来，另外多通道中频信号的幅度和相位将传递给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台5用于信号处理和图像处理。
极大规模阵列信号实时采集与处理子平台5通过阵列信号采集模块51将太赫兹系统测试与原理验证子平台4输出的多通道中频信号的幅度和相位转变为数字信号，数字信号通过阵列信号预处理模块52实现图像预处理，进而通过图像处理模块53实现图像处理，输出目标图像和识别结果。目标图像和识别结果传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台4，通过显示模块45显示出来。
图2给出了太赫兹一体化协同设计仿真子平台1的组成框图。该子平台用于太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化、太赫兹焦平面成像阵列芯片的设计与优化、太赫兹准光透镜组的设计与优化、太赫兹集成前端的设计与优化以及太赫兹焦平面阵列成像系统的虚拟集成仿真。该子平台包括太赫兹系统行为级仿真分析模块11、太赫兹芯片级仿真分析模块12、太赫兹组件级仿真分析模块13、太赫兹系统级仿真分析模块14共计四个模块。
其中，太赫兹系统行为级仿真分析模块11用于太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化。该模块包括场景定义单元111、目标定义单元112、场景与目标行为模型库113、系统功能定义单元114、系统组件行为模型库115、系统行为级设计与优化单元116。场景定义单元111用于定义太赫兹焦平面成像系统的应用环境，具体输入参数包括湿度参数、温度参数、海拔高度等。目标定义单元112用于定义待探测目标的参数，包括目标的体积、目标的简化几何形状(例如平板型、三角形反射器、圆柱体、椭球体、抛物面、椎体)、目标材料的辐射率、目标材料的的透射率、目标材料的反射率、目标的距离等。场景与目标行为模型库113用于根据场景定义单元111、目标定义单元112的输入参数计算出用于太赫兹系统行为级仿真分析所需的参数，包括太赫兹波的大气传播衰减因子、目标的雷达散射截面积和目标的等效辐射面积、目标的等效亮温等。系统功能定义单元114用于定义系统的工作模式，包括四种模式：被动非相参模式、被动相参模式、主动非相参模式、主动相参模式。系统组件行为模型库115用于提供太赫兹焦平面成像系统中所包含的硬件单元的数学模型，包括太赫兹阵列芯片行为级模型、太赫兹透镜行为级模型、太赫兹集成前端的其他组件(包括中频滤波器、中频放大器等)。系统行为级设计与优化单元116用于利用系统组件行为模型库115搭建太赫兹焦平面成像系统的行为级模型，并且根据场景与目标行为模型库113和系统功能定义单元114计算太赫兹焦平面成像系统行为级模型的理论输出信号数据。另外，系统行为级设计与优化单元116还能够基于神经网络算法，以理想输出信号数据为优化目标，以太赫兹焦平面成像前端各组件实际可以实现的最佳性能指标为边界条件，优化太赫兹阵列芯片行为级模型、太赫兹透镜行为级模型、太赫兹集成前端的其他组件(包括中频滤波器、中频放大器等)的指标参数，并将相应结果传递给太赫兹芯片级仿真分析模块12和太赫兹组件级仿真分析模块13作为相应模块的优化目标。
太赫兹芯片级仿真分析模块12用于太赫兹焦平面成像阵列芯片的设计与优化，包括芯片级协同设计与优化单元121、非线性器件设计与优化单元122、非电大尺寸线性器件设计与优化单元123。芯片级协同设计与优化单元121综合采用有限元分析法、谐波平衡法计算仿真太赫兹焦平面成像阵列芯片的像元性能(包括响应率、变频损耗、噪声温度、空间方向性)以及像元间的隔离度，其输入为太赫兹焦平面成像阵列芯片各组成部分的几何模型，各组成部分的材料特性参数，输出为像元性能(包括响应率、变频损耗、噪声温度、空间方向性)以及像元间的隔离度。非线性器件设计与优化单元122综合采用谐波平衡法以及有限元法计算太赫兹焦平面成像阵列芯片中非线性结构(例如肖特基势垒)的特性参数(包括饱和电流、理想因子、反向击穿电压等)，其输入为芯片外延层的材料参数(包括外延层的材料类型、材料掺杂浓度、材料厚度等)，输出为非线性结构(例如肖特基势垒)的特性参数(包括饱和电流、理想因子、反向击穿电压等)。非电大尺寸线性器件设计与优化单元123采用有限元法计算太赫兹焦平面成像阵列芯片中片上天线、滤波器等非电大尺寸线性器件的特性(主要包括S参数、空间方向图等)，其输入为片上天线、滤波器等非电大尺寸线性器件的几何模型，各组成部分的材料特性参数，输出为器件的特性(主要包括S参数、空间方向图等)。该模块以神经网络算法为基础优化算法，以太赫兹系统行为级仿真分析模块11传递过来的太赫兹焦平面成像系统理想最优指标为优化模目标，可以优化太赫兹焦平面成像阵列芯片的材料参数、几何结构。优化后的太赫兹焦平面成像阵列芯片可以封装成太赫兹芯片级模型传递给太赫兹系统级仿真分析模块14。
太赫兹组件级仿真分析模块13用于太赫兹准光透镜组的设计与优化，主要包括组件级协同设计与仿真单元131、电大尺寸线性组件设计与优化单元132、互联结构仿真单元133。组件级系统设计与仿真单元131用于建立太赫兹透镜组、太赫兹硬件前端无源结构的模型，并分别基于电大尺寸线性组件设计与优化单元132和互联结构仿真单元计算太赫兹透镜组133、太赫兹硬件前端无源结构的S参数。电大尺寸线性组件设计与优化单元132综合利用快速多极子算法、几何光学算法以及物理光学算法计算太赫兹透镜组的S参数以及电场分布，其输入为太赫兹准光透镜组的几何结构模型和材料参数，输出为太赫兹准光透镜组的S参数以及电场分布。互联结构仿真单元133采用有限元法计算互联结构(例如垂直过孔)的S参数，其输入为互联结构的几何结构模型和材料参数，输出为互联结构的S参数。该模块以神经网络算法为基础优化算法，以太赫兹系统行为级仿真分析模块11传递过来的太赫兹焦平面成像系统理想最优指标为优化模目标，可以优化太赫兹透镜组的几何结构以及互联结构的几何结构。优化后的太赫兹太赫兹准光透镜组和互联结构可以封装成太赫兹组件级模型传递给太赫兹系统级仿真分析模块14。
太赫兹系统级仿真分析模块14用于太赫兹焦平面成像硬件前端的设计与仿真，包括目标全波仿真单元141、系统协同仿真单元142、系统仿真结构存储单元143、系统性能评估单元144。目标全波仿真单元141综合利用有限元算法、快速多极子算法、几何光学算法以及物理光学算法计算待探测目标的雷达散射截面以及等效辐射面积，其输出为目标的几何结构与材料参数，其输出为目标目标的雷达散射截面以及等效辐射面积；另外，其输出结果将传递给113场景与目标行为模型库，用于修正模型库中的目标模型。系统协同仿真单元142综合利用有限元算法、快速多极子算法、几何光学算法、物理光学算法以及谐波平衡算法计算太赫兹焦平面成像前端的各个通道的输出结果。该结果传递给系统仿真结果存储单元143。系统仿真结果存储单元143与极大规模阵列信号实施采集与处理子平台5间存在子平台结构，用于将数据传递给阵列信号采集模块51；经过图像处理模块53计算输出的成像结果A经由子平台接口5313传递给系统性能评估单元144进行设计评估。其基本判据为若成像结果A能够区别显示出目标与背景，则达到设计要求。
太赫兹系统行为级仿真分析模块11通过场景定义单元111输入应用环境参数，通过目标定义单元112输入目标特性参数，应用环境参数和目标特性参数通过场景与目标行为模型库113输出行为级仿真目标特性参数和行为级仿真应用环境参数。系统功能定义单元114根据输入的输入系统工作模式输出太赫兹系统架构。太赫兹系统架构从系统组件行为模型库115中调用所需芯片、透镜、集成前端模型，并通过系统行为级设计与优化单元116进行仿真优化，输出芯片最优化性能指标参数、透镜最优化性能指标参数和集成前端的最优化性能指标参数。
芯片最优化性能指标参数输入到芯片级协同设计与优化单元121，芯片级协同设计与优化单元121将芯片进行建模后，分解为非线性器件物理模型和非电大尺寸线性器件物理模型。根据芯片最优化性能指标参数，非线性器件物理模型通过非线性器件设计与优化单元122优化设计，得到非线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元121；非电大尺寸线性器件物理模型通过非电大尺寸线性器件设计与优化单元123优化设计，得到非电大尺寸线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元121。最后，由芯片级协同设计与优化单元121输出优化后的太赫兹芯片物理模型，并传递到系统级协同仿真单元142。
透镜最优化性能指标参数和集成前端最优化性能指标参数输入到组件级协同设计与仿真单元131，组件级协同设计与仿真单元131将透镜物理模型传递给电大尺寸线性组件设计与优化单元132，将集成前端的互联结构物理模型发送给互联结构仿真单元133。根据透镜最优化性能指标参数，透镜物理模型通过电大尺寸线性组件设计与优化单元132优化设计，得到透镜的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元131。根据集成前端最优化性能指标参数，集成前端的互联结构通过互联结构仿真单元133优化设计，得到互联结构的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元131。最后，由组件级协同设计与仿真单元131输出优化后的透镜物理模型和优化后的互联结构物理模型，并传递到系统级协同仿真单元142。
根据优化后的太赫兹芯片物理模型、优化后的透镜物理模型和优化后的互联结构物理模型，系统级协同仿真单元142构建起集成前端的物理模型；根据目标全波仿真单元141提供的基于全波分析法得到的目标特性参数，通过系统级协同仿真单元142得到集成前端物理模型的仿真输出信号参数。仿真输出信号参数通过系统仿真结果存储单元143存储并传递给阵列信号采集模块51，通过阵列信号采集模块51转换为仿真输出数字信号参数，并依次通过阵列信号预处理模块52、图像处理模块53得到目标仿真图像。目标仿真图像通过系统性能评估单元144输出系统设计性能评估表。
图3给出了太赫兹芯片测试与建模子平台2的组成框图。该子平台用于太赫兹焦平面成像阵列芯片的测试以及该芯片上的器件建模。该子平台包括晶圆级精密定位与环境控制模块21、太赫兹芯片直流参数与表征模块22、太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23、太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24共计四个模块。
其中晶圆级精密定位与环境控制模块，21用于为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供定位以及一定的温度环境。该模块包括光电屏蔽及精密微环境控制单元211、微振动隔离单元212、超快速高低温精密环境控制单元213、精密三维位移平台自动定位单元214、高分辨率数字显微成像单元215、低温无霜调控单元216、三维尺寸测量评估与图像处理单元217、微米量级三维位移控制单元218、晶圆级精密多维校准单位219。光电屏蔽及精密微环境控制单元211为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供光学暗室和电磁暗室环境，其电磁干扰屏蔽能力不低于20dB，噪声水平不高于-170dBVrms/rtHz(≤1MHz)，光衰减不低于120dB。微振动隔离单元212为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供震动稳定环境，具有气浮式六自由度次赫兹级别的震动隔离能力，震动隔离能力不低于20dB。超快速高低温精密环境控制单元213为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供稳定的环境温度，其可控温度范围能够包含-60℃到300℃，温度均匀性不高于0.5℃，温度控制分辨率优于0.1℃。精密三维位移平台自动定位单元214用于控制太赫兹焦平面成像阵列芯片的位置。高分辨率数字显微成像单元215用于对太赫兹焦平面成像阵列芯片进行显微成像，可对芯片的微小结构进行图像处理和观察，能够在不同的倍率下对单个或者多个观察点进行图像处理和放大，支持芯片图像保存。低温无霜调控单元216用于为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供低温不结霜的干燥环境。三维尺寸测量评估与图像处理单元217用于对太赫兹焦平面成像阵列芯片焦平面成像阵列芯片上的结构进行测量，分辨率可以达到亚微米量级并且能够测量芯片上的结构高度。微米量级三维位移控制单元218用于控制太赫兹焦平面成像阵列芯片成像阵列芯片的微位移，其位移控制分辨率优于1μm。晶圆级精密多维校准单元219用于为太赫兹焦平面成像阵列芯片提供在片精密校准片。
太赫兹芯片直流参数测试与表征模块22用于测试太赫兹焦平面成像阵列芯片上半导体器件例如太赫兹肖特基二极管、太赫兹高电子迁移率晶体管等器件的直流参数特性，能够实现对半导体器件的正反向偏置特性表征、饱和特性表征、结电容与串联电阻特性表征，以及脉冲瞬态响应测试。该模块包括直流参数测试与分析单元220、直流偏置电压激励与响应测试单元221、交流电压激励与响应测试单元222和脉冲激励与响应测试单元223。直流参数测试与分析单元220用于根据测试数据计算半导体器件的级联电阻、饱和电流、理想因子、反向击穿电压、结电容等。直流偏置电压激励与响应测试单元221用于测试半导体器件的直流特性，最小电流测量分辨率优于10fA，最小电压测量分辨率优于1uV。交流电压激励与响应测试单元222用于测试半导体器件的低频交流特性，最小电流测量分辨率优于10fA，最小电压测量分辨率优于1uV。脉冲激励与响应测试单元223用于测试半导体器件的脉冲响应，测试最小采样间隔不高于5ns，具有任意波形编辑功能，可以实现超快脉冲测量，瞬态脉冲测量，脉冲伏安特性测量。
太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23用于测试太赫兹焦平面成像阵列芯片上器件的S参数特性，包括矢量网络参数测试与分析单元230、太赫兹频率扩展模块-频段1 2311、太赫兹频率扩展模块-频段2 2312、……、太赫兹频率扩展模块-频段N 231N。不失一般性的，太赫兹频率扩展模块-频段N 231N接有接触式太赫兹信号馈入单元232NA或者非接触式太赫兹信号馈入单元232NB。矢量网络参数测试与分析单元230的最高频率范围不低于40GHz，输入输出端口为同轴端口，能够获取器件的矢量网络参数，具备内置Bias-T，动态范围不低于100dB，幅度稳定度不高于±0.05dB/℃，相位稳定度不高于≤±0.5°/℃。231N太赫兹频率扩展模块-频段N用于将测试频段上变频至太赫兹频段，例如220GHz～330GHz，动态范围不低于80dB。接触式太赫兹信号馈入单元232NA为“地-信号-地”探针结构；非接触式太赫兹信号馈入单元232NB为透镜结构。
太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24用于综合太赫兹芯片直流参数与表征模块22获取的直流参数和太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23获取的矢量网络参数，并分析太赫兹焦平面成像阵列芯片的像元一致性，并且具有半导体器件的建模与提参能力。该模块包括芯片特性综合单元241、像元一致性分析单元242、器件建模与提参单元243。芯片特性综合单元241用于综合器件的直流参数和矢量网络参数。像元一致性分析单元242采用Kappa一致性检验方法，其结果通过子平台接口2444传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台4中的盲元与非均匀性检测分析模块44。器件建模与提参单元243采用基于小信号矢量网络参数的建模方法，其结果通过子平台接口2412传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台1中的太赫兹器件级仿真分析模块12。
太赫兹芯片测试与建模子平台2将太赫兹芯片固定在晶圆级精密定位与环境控制模块21上，利用太赫兹芯片直流参数与表征模块22测量得到太赫兹芯片的直流参数，利用太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23测量得到太赫兹芯片的矢量网络参数，根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数，通过太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24输出太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台1，应用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台5作为盲元检测的评判参考数据。
太赫兹芯片测试与建模子平台2将太赫兹芯片固定在晶圆级精密定位与环境控制模块21上。通过光电屏蔽及精密微环境控制单元211为太赫兹芯片提供光学暗室和电磁暗室环境；通过微振动隔离单元212为太赫兹芯片提供震动稳定环境；通过超快速高低温精密环境控制单元213为太赫兹芯片提供稳定的环境温度；通过低温无霜调控单元216为太赫兹芯片提供低温不结霜的干燥环境。通过精密三维位移平台自动定位单元214控制太赫兹芯片的位移；通过高分辨率数字显微成像单元215对对太赫兹芯片进行显微成像，并实现芯片图像的保存；通过三维尺寸测量评估与图像处理单元217对对太赫兹芯片上的结构进行测量，输出太赫兹芯片结构的特征尺寸；通过微米量级三维位移控制单元218控制太赫兹芯片的微位移，使太赫兹芯片出现在高分辨率数字显微成像单元215的视场范围内。通过晶圆级精密多维校准单位219为太赫兹芯片提供在片精密校准片，实现太赫兹芯片的片上测试校准。
利用太赫兹芯片直流参数与表征模块22测量得到太赫兹芯片的直流参数。通过直流偏置电压激励与响应测试单元221测试太赫兹芯片的直流特性，输出I-V特性参数；通过交流电压激励与响应测试单元222测试太赫兹芯片的低频交流特性，输出C-V特性参数；通过脉冲激励与响应测试单元223测试太赫兹芯片的脉冲响应，输出脉冲特性参数。I-V特性参数、C-V特性参数和脉冲特性参数反馈给直流参数测试与分析单元220，输出太赫兹芯片的直流特性。
利用太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块23测量得到太赫兹芯片的矢量网络参数。通过矢量网络参数测试与分析单元230提供微波频段激励信号。微波频段激励信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N231N实现微波信号的上变频，输出太赫兹激励信号。太赫兹激励信号通过接触式太赫兹信号馈入单元232NA或者非接触式太赫兹信号馈入单元232NB馈入到太赫兹芯片的输入端口。太赫兹芯片的输出太赫兹信号由太赫兹芯片的输出端口输出，并经过接触式太赫兹信号馈入单元232NA或者非接触式太赫兹信号馈入单元232NB输入到太赫兹频率扩展模块-频段N231N，输出太赫兹信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N231N下变频至微波频段，输出微波响应信号。微波响应信号输入到矢量网络参数测试与分析单元230。根据微波频段激励信号和微波响应信号，矢量网络参数测试与分析单元230输出太赫兹芯片的矢量网络参数。
根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数，通过太赫兹芯片特性综合表征与建模模块24输出太赫兹芯片的模型和特征参数。太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数输入到芯片特性综合单元241，输出太赫兹芯片特性参数。根据太赫兹芯片特性参数，通过像元一致性分析单元242分析太赫兹芯片的特性参数一致性，输出特性参数一致性分析数据。根据特性参数一致性分析数据，通过器件建模与提参单元243建立太赫兹芯片的等效网络模型，并提取模型参数，输出太赫兹芯片的模型和特征参数。
图4给出了太赫兹波束测试与表征子平台3的组成框图。该子平台用于太赫兹准光透镜和太赫兹天线的空间波束特性。该子平台包括高精度位移与旋转模块31、太赫兹喇叭天线模块32、太赫兹准光波束变换模块33、太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34、太赫兹天线特性表征模块35以及太赫兹准光透镜特性表征模块36。
高精度位移与旋转模块31用于为太赫兹准光透镜和太赫兹天线提供高精度定位与位移环境。该模块包括无缝可重构准光学平台310、可编程控制单元311、高精度三维位移单元312、微弧度旋转单元313。无缝可重构准光学平台310用于为太赫兹准光透镜和天线提供测试环境，支持多个准光学平台的无缝拼接，可实现组装拆分，并保证桌面水平，其平面度不大于0.05mm/m2，表征粗糙度不大于1μm，振幅不大于2μm。可编程控制单元311用于对高精度三维位移单元312和微弧度旋转单元313提供控制信号，支持运动库函数编程与控制。高精度三维位移单元312用于实现太赫兹准光透镜和太赫兹喇叭天线的高精度位移，最小位移精度高于5nm。微弧度旋转单元313用于实现太赫兹准光透镜和太赫兹喇叭天线的高精度旋转，分辨率优于0.001°。
太赫兹喇叭天线模块32用于产生空间太赫兹波，包括N个频段的太赫兹喇叭天线，记为太赫兹天线-频段N 32N。
太赫兹准光波束33变换包括用于对太赫兹波束实现空间变换，包括M个准光学单位例如透镜、波束分离器，记为准光学单元M 33M。
太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34用于测试太赫兹准光学透镜的S参数特性，包括矢量网络参数测试与分析单元340和N个频段的太赫兹频率扩展模块，记为太赫兹频率扩展模块-频段N 341N。矢量网络参数测试与分析单元340的最高频率范围不低于40GHz，输入输出端口为同轴端口，能够获取器件的矢量网络参数，动态范围不低于100dB，幅度稳定度不高于±0.05dB/℃，相位稳定度不高于≤±0.5°/℃。太赫兹频率扩展模块-频段N 341N用于将测试频段上变频至太赫兹频段，例如325GHz～500GHz，动态范围不低于80dB。
太赫兹天线特性表征模块35用于根据矢量网络参数分析太赫兹芯片上的片上天线、微系统中的微透镜集成天线等天线结构的空间方向特性，并且能够分析天线阵列的一致性。该模块包括太赫兹时域窗单元351、太赫兹天线特性分析单元352、空间特性非均匀性分析单元353。太赫兹时域窗单元351可以定义太赫兹时域窗，用于滤除多径效应影响。太赫兹天线特性分析单元352根据矢量网络参数分析太赫兹天线方向图分析与关键分析指标输出包括波束宽度、副瓣电平等。空间特性非均匀性分析单元353根据矢量网络参数并采用Kappa一致性检验方法分析太赫兹焦平面成像阵列芯片各像元天线方向性的一致性。
太赫兹准光透镜特性表征模块36用于根据太赫兹线性矢量网络参数，分析透镜的传输特性与材料特性。该模块包括宽频带网络参数综合单元361、太赫兹透镜特性分析单元362和太赫兹透镜材料特性分析单元363。宽频带网络参数综合单元361将频段1、频段2、……、频段N的S参数按照频率频率合成宽频段S参数，并传递给太赫兹透镜特性分析单元362和太赫兹透镜材料特性分析单元363。
太赫兹波束测试与表征子平台3利用高精度位移与旋转模块31固定并控制被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移和旋转角度。被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线被安装在无缝可重构准光学平台310上，将位移或旋转参数输入至可编程控制单元311，输出位移指令和旋转指令，位移旋转控制高精度三维位移单元312实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移，旋转指令控制微弧度旋转单元313实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的旋转。
利用太赫兹矢量网络参数测试与表征模块34测量得到被测太赫兹透镜测试参数或被测太赫兹天线测试参数。通过矢量网络参数测试与分析单元340提供微波频段激励信号。微波频段激励信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N341N实现微波信号的上变频，输出太赫兹激励信号。太赫兹激励信号通过太赫兹喇叭天线模块32发射出空间自由辐射的太赫兹波，空间自由辐射的太赫兹波通过太赫兹准光波束变换模块33实现太赫兹波的极化变换、波束分离等，最终照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上。被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的输出信号通过太赫兹喇叭天线模块32接收，进而通过太赫兹频率扩展模块-频段N341N下变频至微波频段，输出微波响应信号。微波响应信号输入到矢量网络参数测试与分析单元230。根据微波频段激励信号和微波响应信号，矢量网络参数测试与分析单元340输出被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的矢量网络参数。
被测太赫兹天线的矢量网络参数通过太赫兹天线特性表征模块35输出被测太赫兹天线的天线测试参数。被测太赫兹天线的矢量网络参数输入到太赫兹时域窗单元351滤除多径效应影响，输出滤除多径效应后的矢量网络参数。滤除多径效应后的矢量网络参数通过太赫兹天线特性352，输出太赫兹天线方向图和天线指标参数。根据太赫兹天线方向图和天线指标参数，空间特性非均匀性分析单元353输出太赫兹天线一致性分析数据。
被测太赫兹透镜的矢量网络参数通过太赫兹准光透镜特性表征模块36输出被测太赫兹透镜的透镜测试参数。被测太赫兹透镜的矢量网络参数输入到宽频带网络参数综合单元361，输出被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数。根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数，太赫兹透镜特性分析单元362输出被测太赫兹透镜的ABCD矩阵；根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数，太赫兹透镜材料特性分析单元363输出被测太赫兹透镜的材料参数。
图5给出了太赫兹系统测试与原理验证子平台4的组成框图。该子平台用于太赫兹焦平面成像系统的测试与成像原理验证实验，包括太赫兹调制信号产生模块41、太赫兹喇叭天线模块42、通道输出信号测试模块43、盲元与非均匀性检测分析模块44和显示模块45共5个模块。
太赫兹调制信号产生模块41用于为太赫兹焦平面成像系统提供所需的太赫兹调制信号。该模块包括可编程调制波形产生单元411、高稳定度微波信号产生单元412、N个频段的太赫兹上变频单元，记为太赫兹上变频单元-频段N 413N。可编程调制波形产生单元411用于产生调制波形，其分辨率不低于12位，采样率不低于12GSa/S。高稳定度微波信号产生单元412用于产生稳定的微波信号，其最高频率范围不低于40GHz，谐波抑制不高于-55dBc。太赫兹上变频单元-频段N 413N用于将高稳定度微波信号产生单元412产生的微波信号上变频至太赫兹频段，例如220-330GHz。
太赫兹喇叭天线模块42用于产生空间太赫兹波，包括N个频段的太赫兹喇叭天线，记为太赫兹天线-频段N 42N，与太赫兹上变频单元-频段N 413N相对应。
通道输出信号测试模块43用于测试太赫兹焦平面成像系统的输出频谱和输出波形。该模块包括太赫兹系统输出特性记录单元430、输出频谱测试单元431和输出波形测试单元432。太赫兹系统输出特性记录单元430用于综合处理输出频谱测试单元431和输出波形测试单元432的输出数据，并将数据传递给盲元与非均匀性检测分析模块44。
盲元与非均匀性检测分析模块44用于根据通道输出信号测试模块43的输出数据分析太赫兹焦平面成像系统的盲元以及各通道一致性。该模块包含盲元分析单元441和阵列非均匀性分析单元442。
显示模块45用于显示太赫兹焦平面成像系统的成像结果。
太赫兹系统测试与原理验证子平台4通过太赫兹调制信号产生模块41产生太赫兹调制信号。可编程调制波形产生单元411产生调制波形，输入到高稳定度微波信号产生单元412。微波信号产生单元412输出包含调制波形的微波信号。包含调制波形的微波信号输入到太赫兹上变频单元-频段N413N输出包含调制波形的太赫兹信号。
多通道中频信号通过通道输出信号测试模块43输出多通道中频信号的幅度和相位。根据多通道中频信号，输出频谱测试单元431输出多通道中频信号频谱，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元430。根据多通道中频信号，输出波形测试单元432输出多通道中频信号时域波形，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元430。根据多通道中频信号频谱和多通道中频信号时域波形，太赫兹系统输出特性记录单元430输出多通道中频信号的幅度和相位。
根据多通道中频信号的幅度和相位，盲元分析单元441输出集成前端的盲元分布情况；根据多通道中频信号的幅度和相位，阵列非均匀性分析单元442输出集成前端的非均匀性分布情况。
图6给出了极大规模阵列信号实时采集与处理子平台5的组成框图。该子平台用于太赫兹焦平面成像系统算法研究，包括阵列信号采集模块51、阵列信号预处理模块52、图像处理模块53共三个模块。
阵列信号采集模块51用于提供同步采集时钟和同步触发信号，实现阵列信号的时间对齐，并进一步将模拟信号转换为数字信号。该模块包括时钟和同步板卡510以及M个N通道采集单元，记为N通道采集单元51M，能够同时处理M×N个通道。
阵列信号预处理模块52用于完成成像预处理。该模块包括P个高速处理板卡，记为高速处理板卡P 52P。
图像处理模块53用于成像算法研究，包括高性能图像处理单元530，其输出图像分别通过子平台接口5345和子平台5314传递给显示与控制模块45和太赫兹系统级仿真分析模块14。
以上所述的实施例只是本发明较优选的具体实施方式，本领域的技术人员在本发明技术方案范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (20)

1.一种太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于包括：太赫兹一体化协同设计仿真子平台(1)、太赫兹芯片测试与建模子平台(2)、太赫兹波束测试与表征子平台(3)、太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)和极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)；其中，
所述太赫兹一体化协同设计仿真子平台(1)根据太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化得到太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数，根据太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数分别得到太赫兹芯片的物理参数指标、透镜的物理参数指标和集成前端的物理参数指标；根据太赫兹芯片的物理参数指标、透镜的物理参数指标、集成前端的物理参数指标和应用环境参数及目标特性参数，得到仿真输出数据，并将仿真输出数据传递给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)，极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)输出场景及目标的仿真图像结果；
所述太赫兹芯片测试与建模子平台(2)得到太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数，根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台(1)，用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)作为盲元检测的评判参考数据；
所述太赫兹波束测试与表征子平台(3)输出太赫兹激励信号和空间自由辐射的太赫兹波，太赫兹波经极化变换和波束分离后照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上；根据输出太赫兹信号和被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线输出信号得到被测太赫兹天线或被测太赫兹透镜的矢量网络参数；根据被测太赫兹天线的矢量网络参数得到被测太赫兹天线的天线测试参数，根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的透镜测试参数；并将天线测试参数和透镜测试参数输入到太赫兹一体化协同仿真设计子平台(1)，作为太赫兹透镜和集成前端设计优化迭代的参考数据；天线测试参数输入到太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)作为盲元检测的分析参考数据；
所述太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)产生太赫兹调制信号并处理得到自由空间的太赫兹调制波，照射到待测的集成前端上，待测的集成前端输出多通道中频信号，根据多通道中频信号得到多通道中频信号的幅度和相位；根据多通道中频信号的幅度和相位、并参考太赫兹芯片测试与建模子平台(2)提供的太赫兹芯片的特征参数和太赫兹波束测试与表征子平台(3)提供的天线测试参数得到集成前端的盲元与非均匀性分布情况，将多通道中频信号的幅度和相位传递给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)；
所述极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)将多通道中频信号的幅度和相位转变为数字信号，并将数字信号通过图像预处理和图像处理得到目标图像和识别结果，并将目标图像和识别结果传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)显示出来。
2.根据权利要求1所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹一体化协同设计仿真子平台(1)包括太赫兹系统行为级仿真分析模块(11)、太赫兹芯片级仿真分析模块(12)、太赫兹组件级仿真分析模块(13)和太赫兹系统级仿真分析模块(14)；其中，
所述太赫兹系统行为级仿真分析模块(11)根据应用环境参数及目标特性参数、太赫兹焦平面阵列成像系统的系统架构设计与优化得到太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数；将太赫兹阵列芯片、透镜和集成前端的最优化性能指标参数传输给所述太赫兹芯片级仿真分析模块(12)、所述太赫兹组件级仿真分析模块(13)；
所述太赫兹芯片级仿真分析模块(12)根据太赫兹阵列芯片的最优化性能指标参数得到太赫兹阵列芯片的几何结构参数和材料参数，并根据太赫兹阵列芯片的几何结构参数和材料参数得到太赫兹阵列芯片的物理参数指标，根据太赫兹阵列芯片的物理参数指标得到太赫兹阵列芯片的仿真输出数据；
所述太赫兹组件级仿真分析模块(13)根据透镜的最优化性能指标参数得到透镜的几何结构参数和材料参数，并根据透镜的几何结构参数和材料参数得到透镜的物理参数指标，根据透镜的物理参数指标得到透镜的仿真输出数据；
所述太赫兹系统级仿真分析模块(14)根据集成前端的最优化性能指标参数得到集成前端的几何结构参数和材料参数，并根据集成前端的几何结构参数和材料参数得到集成前端的物理参数指标，根据集成前端的物理参数指标得到集成前端的仿真输出数据。
3.根据权利要求1所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹芯片测试与建模子平台(2)包括晶圆级精密定位与环境控制模块(21)、太赫兹芯片直流参数与表征模块(22)、太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块(23)和太赫兹芯片特性综合表征与建模模块(24)；其中，
所述晶圆级精密定位与环境控制模块(21)用于固定太赫兹芯片；
所述太赫兹芯片直流参数与表征模块(22)得到太赫兹芯片的直流参数并传输给太赫兹芯片特性综合表征与建模模块(24)；
所述太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块(23)得到太赫兹芯片的矢量网络参数并传输给太赫兹芯片特性综合表征与建模模块(24)；
所述太赫兹芯片特性综合表征与建模模块(24)根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片的模型和特征参数，将太赫兹芯片的模型传递给太赫兹一体化协同设计仿真子平台(1)，用于太赫兹芯片的几何结构参数与材料参数优化，将太赫兹芯片的特征参数传递给太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)作为盲元检测的评判参考数据。
4.根据权利要求1所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹波束测试与表征子平台(3)包括高精度位移与旋转模块(31)、太赫兹喇叭天线模块(32)、太赫兹准光波束变换模块(33)、太赫兹矢量网络参数测试与表征模块(34)、太赫兹天线特性表征模块(35)和太赫兹准光透镜特性表征模块(36)；其中，
所述高精度位移与旋转模块(31)用于固定并控制被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移和旋转角度；
所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块(34)的一个端口输出太赫兹激励信号，并通过太赫兹喇叭天线模块(32)发射出空间自由辐射的太赫兹波；
所述太赫兹准光波束变换模块(33)接收太赫兹波并经极化变换和波束分离后照射到被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线上；
所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块(34)的另一端口接收被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的太赫兹响应信号；
所述太赫兹矢量网络参数测试与表征模块(34)根据一个端口的输出太赫兹信号和另一端口接收的被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线输出信号，得到被测太赫兹天线或透镜的矢量网络参数；
所述太赫兹天线特性表征模块(35)根据被测太赫兹天线的矢量网络参数得到被测太赫兹天线的天线测试参数，并传输给太赫兹一体化协同仿真设计子平台(1)和太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)；
所述赫兹准光透镜特性表征模块(36)根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的透镜测试参数，并传输给太赫兹一体化协同仿真设计子平台(1)。
5.根据权利要求1所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)包括太赫兹调制信号产生模块(41)、太赫兹喇叭天线模块(42)、通道输出信号测试模块(43)、盲元与非均匀性检测分析模块(44)和显示模块(45)；其中，
所述太赫兹调制信号产生模块(41)用于产生太赫兹调制信号，通过太赫兹喇叭天线模块(42)转变为自由空间的太赫兹调制波，照射到待测的集成前端上，待测的集成前端输出多通道中频信号并传输给所述通道输出信号测试模块(43)；
所述通道输出信号测试模块(43)根据多通道中频信号得到多通道中频信号的幅度和相位，并传输给所述盲元与非均匀性检测分析模块(44)和极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)；
所述盲元与非均匀性检测分析模块(44)根据多通道中频信号的幅度和相位、并参考太赫兹芯片测试与建模子平台(2)提供的太赫兹芯片的特征参数和太赫兹波束测试与表征子平台(3)提供的天线测试参数得到集成前端的盲元与非均匀性分布情况；
所述显示模块(45)将多通道中频信号的幅度和相位以图像方式显示出来。
6.根据权利要求1所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)包括阵列信号采集模块(51)、阵列信号预处理模块(52)和图像处理模块(53)；其中，
所述阵列信号采集模块(51)用于将太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)输出的多通道中频信号的幅度和相位转变为数字信号，并将数字信号传输给所述阵列信号预处理模块(52)；
所述阵列信号预处理模块(52)将数字信号通过图像预处理后得到预处理图像，并将预处理图像传输给所述图像处理模块(53)；
所述图像处理模块(53)将预处理图像进行图像处理后得到标图像和识别结果，将目标图像和识别结果传递给所述太赫兹系统测试与原理验证子平台(4)显示出来。
7.根据权利要求2所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹系统行为级仿真分析模块(11)包括场景定义单元(111)、目标定义单元(112)、场景与目标行为模型库(113)、系统功能定义单元(114)、系统组件行为模型库(115)和系统行为级设计与优化单元(116)；其中，
所述场景定义单元(111)用于得到应用环境参数，并将其传输给所述场景与目标行为模型库(113)；
所述目标定义单元(112)用于得到目标特性参数，并将其传输给所述场景与目标行为模型库(113)；
所述场景与目标行为模型库(113)根据应用环境参数和目标特性参数得到行为级仿真目标特性参数和行为级仿真应用环境参数；
所述系统功能定义单元(114)根据输入系统工作模式得到太赫兹系统架构，并将太赫兹系统架构传输给所述系统组件行为模型库(115)；
所述系统组件行为模型库(115)根据太赫兹系统架构得到所需的芯片、透镜和集成前端模型，并将所需的芯片、透镜和集成前端模型传输给所述系统行为级设计与优化单元(116)；
所述系统行为级设计与优化单元(116)对芯片、透镜和集成前端模型进行仿真优化得到芯片最优化性能指标参数、透镜最优化性能指标参数和集成前端的最优化性能指标参数。
8.根据权利要求2所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹芯片级仿真分析模块(12)包括芯片级协同设计与优化单元(121)、非线性器件设计与优化单元(122)和非电大尺寸线性器件设计与优化单元(123)；其中，
所述芯片级协同设计与优化单元(121)用于接收芯片最优化性能指标参数并将其传输给所述非线性器件设计与优化单元(122)，并将芯片进行建模得到非线性器件物理模型和非电大尺寸线性器件物理模型；
所述非线性器件设计与优化单元(122)根据芯片最优化性能指标参数和非线性器件物理模型得到非线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元(121)；
所述非电大尺寸线性器件设计与优化单元(123)根据非电大尺寸线性器件物理模型得到非电大尺寸线性器件的几何结构参数和材料参数，并反馈到芯片级协同设计与优化单元(121)；
所述芯片级协同设计与优化单元(121)根据非线性器件的几何结构参数和材料参数和非电大尺寸线性器件的几何结构参数和材料参数得到优化后的太赫兹芯片物理模型，并传输给所述太赫兹系统级仿真分析模块(14)。
9.根据权利要求2所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹组件级仿真分析模块(13)包括组件级协同设计与仿真单元(131)、电大尺寸线性组件设计与优化单元(132)和互联结构仿真单元(133)；其中，
所述组件级协同设计与仿真单元(131)用于接收透镜最优化性能指标参数和集成前端最优化性能指标参数，将透镜物理模型传输给电大尺寸线性组件设计与优化单元(132)，将集成前端的互联结构物理模型发送给互联结构仿真单元(133)；
所述电大尺寸线性组件设计与优化单元(132)根据透镜最优化性能指标参数和透镜物理模型得到透镜的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元(131)；
所述互联结构仿真单元(133)根据集成前端最优化性能指标参数和集成前端的互联结构物理模型得到互联结构的几何结构参数和材料参数，并反馈到组件级协同设计与仿真单元(131)；
所述组件级协同设计与仿真单元(131)根据透镜的几何结构参数和材料参数得到优化后的透镜物理模型，根据互联结构的几何结构参数和材料参数得到优化后的互联结构物理模型，并将优化后的透镜物理模型和优化后的互联结构物理模型传输给所述太赫兹系统级仿真分析模块(14)。
10.根据权利要求2所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹系统级仿真分析模块(14)包括目标全波仿真单元(141)、系统协同仿真单元(142)、系统仿真结构存储单元(143)和系统性能评估单元(144)；其中，
所述目标全波仿真单元(141)基于全波分析法得到的目标特性参数，并将目标特性参数传输给所述系统协同仿真单元(142)；
所述系统协同仿真单元(142)根据优化后的集成前端的物理模型和目标特性参数得到集成前端物理模型的仿真输出信号参数，并将集成前端物理模型的仿真输出信号参数传输给所述系统仿真结构存储单元(143)；
所述系统仿真结构存储单元(143)接收并存储集成前端物理模型的仿真输出信号参数，并将集成前端物理模型的仿真输出信号参数传输给极大规模阵列信号实时采集与处理子平台(5)得到目标仿真图像；
所述系统性能评估单元(144)根据目标仿真图像得到集成前端系统设计性能评估表。
11.根据权利要求3所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述晶圆级精密定位与环境控制模块(21)包括光电屏蔽及精密微环境控制单元(211)、微振动隔离单元(212)、超快速高低温精密环境控制单元(213)、精密三维位移平台自动定位单元(214)、高分辨率数字显微成像单元(215)、低温无霜调控单元(216)、三维尺寸测量评估与图像处理单元(217)、微米量级三维位移控制单元(218)和晶圆级精密多维校准单位(219)；其中，
光电屏蔽及精密微环境控制单元(211)为太赫兹芯片提供光学暗室和电磁暗室环境；微振动隔离单元(212)为太赫兹芯片提供震动稳定环境；超快速高低温精密环境控制单元(213)为太赫兹芯片提供稳定的环境温度；低温无霜调控单元(216)为太赫兹芯片提供低温不结霜的干燥环境；精密三维位移平台自动定位单元(214)控制太赫兹芯片的位移；高分辨率数字显微成像单元(215)对太赫兹芯片进行显微成像，并实现芯片图像的保存；三维尺寸测量评估与图像处理单元(217)对太赫兹芯片上的结构进行测量，输出太赫兹芯片结构的特征尺寸；微米量级三维位移控制单元(218)控制太赫兹芯片的微位移，使太赫兹芯片出现在高分辨率数字显微成像单元(215)的视场范围内；晶圆级精密多维校准单位(219)为太赫兹芯片提供在片精密校准片，实现太赫兹芯片的片上测试校准。
12.根据权利要求3所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹芯片直流参数与表征模块(22)包括直流参数测试与分析单元(220)、直流偏置电压激励与响应测试单元(221)、交流电压激励与响应测试单元(222)和脉冲激励与响应测试单元(223)；其中，
直流偏置电压激励与响应测试单元(221)得到太赫兹芯片的I-V特性参数；交流电压激励与响应测试单元(222)得到太赫兹芯片的C-V特性参数；脉冲激励与响应测试单元(223)得到太赫兹芯片的脉冲特性参数；
直流参数测试与分析单元(220)根据I-V特性参数、C-V特性参数和脉冲特性参数得到太赫兹芯片的直流特性。
13.根据权利要求3所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹芯片矢量网络参数测试与表征模块(23)包括矢量网络参数测试与分析单元(230)、太赫兹频率扩展模块-频段N(231N)、非接触式太赫兹信号馈入单元(232NB)、接触式太赫兹信号馈入单元(232NA)；其中，
矢量网络参数测试与分析单元(230)提供微波频段激励信号，微波频段激励信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N(231N)实现微波信号的上变频，输出太赫兹激励信号；太赫兹激励信号通过接触式太赫兹信号馈入单元(232NA)或者非接触式太赫兹信号馈入单元(232NB)馈入到太赫兹芯片的输入端口；太赫兹芯片的输出太赫兹信号由太赫兹芯片的输出端口输出，并经过接触式太赫兹信号馈入单元(232NA)或者非接触式太赫兹信号馈入单元(232NB)输入到太赫兹频率扩展模块-频段N(231N)，输出太赫兹信号通过太赫兹频率扩展模块-频段N(231N)下变频至微波频段，输出微波响应信号；微波响应信号输入到矢量网络参数测试与分析单元(230)；根据微波频段激励信号和微波响应信号，矢量网络参数测试与分析单元(230)输出太赫兹芯片的矢量网络参数。
14.根据权利要求3所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹芯片特性综合表征与建模模块(24)包括芯片特性综合单元(241)、像元一致性分析单元(242)和器件建模与提参单元(243)；其中，
芯片特性综合单元(241)接收并根据太赫兹芯片的直流参数和太赫兹芯片的矢量网络参数得到太赫兹芯片特性参数；
像元一致性分析单元(242)根据太赫兹芯片特性参数得到太赫兹芯片的特性参数一致性；
器件建模与提参单元(243)根据特性参数一致性分析数据建立太赫兹芯片的等效网络模型，并提取模型参数，输出太赫兹芯片的模型和特征参数。
15.根据权利要求4所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述高精度位移与旋转模块(31)包括无缝可重构准光学平台(310)、可编程控制单元(311)、高精度三维位移单元(312)和微弧度旋转单元(313)；其中，
无缝可重构准光学平台(310)用于安装被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线；
可编程控制单元(311)输出位移指令和旋转指令，位移旋转控制高精度三维位移单元(312)实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的位移，旋转指令控制微弧度旋转单元(313)实现被测太赫兹透镜或被测太赫兹天线的旋转。
16.根据权利要求4所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹天线特性表征模块(35)包括太赫兹时域窗单元(351)、太赫兹天线特性分析单元(352)和空间特性非均匀性分析单元(353)；其中，
太赫兹时域窗单元(351)根据被测太赫兹天线的矢量网络参数滤除多径效应影响得到滤除多径效应后的矢量网络参数；
太赫兹天线特性分析单元(352)根据滤除多径效应后的矢量网络参数得到太赫兹天线方向图和天线指标参数；
空间特性非均匀性分析单元(353)根据太赫兹天线方向图和天线指标参数得到太赫兹天线一致性分析数据。
17.根据权利要求4所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹准光透镜特性表征模块(36)包括宽频带网络参数综合单元(361)、太赫兹透镜特性分析单元(362)和太赫兹透镜材料特性分析单元(363)；其中，
宽频带网络参数综合单元(361)根据被测太赫兹透镜的矢量网络参数方法被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数；
太赫兹透镜特性分析单元(362)根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的ABCD矩阵；
太赫兹透镜材料特性分析单元(363)根据被测太赫兹透镜的宽频带矢量网络参数得到被测太赫兹透镜的材料参数。
18.根据权利要求5所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述太赫兹调制信号产生模块(41)包括可编程调制波形产生单元(411)、微波信号产生单元(412)和太赫兹上变频单元-频段N(413N)；其中，
可编程调制波形产生单元(411)产生调制波形，输入到高稳定度微波信号产生单元(412)；
微波信号产生单元(412)输出包含调制波形的微波信号；
太赫兹上变频单元-频段N(413N)根据包含调制波形的微波信号得到包含调制波形的太赫兹信号。
19.根据权利要求5所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述通道输出信号测试模块(43)包括太赫兹系统输出特性记录单元(430)、输出频谱测试单元(431)和输出波形测试单元(432)；其中，
输出频谱测试单元(431)根据多通道中频信号得到多通道中频信号频谱，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元(430)；
输出波形测试单元(432)根据多通道中频信号得到多通道中频信号时域波形，反馈到太赫兹系统输出特性记录单元(430)；
太赫兹系统输出特性记录单元(430)根据多通道中频信号频谱和多通道中频信号时域波形得到多通道中频信号的幅度和相位。
20.根据权利要求5所述的太赫兹焦平面成像系统综合研发平台，其特征在于：所述盲元与非均匀性检测分析模块(44)包含盲元分析单元(441)和阵列非均匀性分析单元(442)；其中，
盲元分析单元(441)根据多通道中频信号的幅度和相位得到集成前端的盲元分布情况；
阵列非均匀性分析单元(442)根据多通道中频信号的幅度和相位得到集成前端的非均匀性分布情况。
CN201811522658.3A 2018-12-13 2018-12-13 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台 Active CN109696299B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811522658.3A CN109696299B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台
PCT/CN2019/095552 WO2020119107A1 (zh) 2018-12-13 2019-07-11 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台
EP19894558.6A EP3896421A4 (en) 2018-12-13 2019-07-11 INTEGRATED RESEARCH AND DEVELOPMENT PLATFORM FOR A TERAHERTZ FOCAL PLANE IMAGING SYSTEM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811522658.3A CN109696299B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109696299A CN109696299A (zh) 2019-04-30
CN109696299B true CN109696299B (zh) 2020-06-09

Family

ID=66231608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811522658.3A Active CN109696299B (zh) 2018-12-13 2018-12-13 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP3896421A4 (zh)
CN (1) CN109696299B (zh)
WO (1) WO2020119107A1 (zh)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109696299B (zh) * 2018-12-13 2020-06-09 北京遥测技术研究所 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台
CN113008907B (zh) * 2019-12-19 2024-04-12 华为技术有限公司 太赫兹感知系统和太赫兹感知阵列
CN112327476B (zh) * 2020-11-12 2022-05-03 中国电子技术标准化研究院 一种制备太赫兹双远心透镜天线组的方法及透镜天线组
CN116151135B (zh) * 2023-04-23 2023-06-27 广东云湃科技有限责任公司 一种电大尺寸目标的电磁仿真方法及系统
CN117572178B (zh) * 2024-01-12 2024-03-22 沈阳圣祥科技有限公司 一种35-500kv油浸式电流互感器检测系统

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1495602A (zh) * 2002-07-26 2004-05-12 株式会社理光 成像装置、信息处理装置、程序执行方法及程序生成方法
CN101320065A (zh) * 2008-07-22 2008-12-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天光学遥感器成像电路的仿真测试方法
CN101660966A (zh) * 2009-09-18 2010-03-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种tdi ccd相机动态成像的模拟装置
CN102981814A (zh) * 2011-06-03 2013-03-20 三星电子株式会社 用于开发成像装置的应用的方法和装置
CN103455673A (zh) * 2013-08-30 2013-12-18 西安电子科技大学 高超声速红外导引头成像仿真系统及方法
US8984502B2 (en) * 2011-10-28 2015-03-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for composing or decomposing a composite image for firmware update images
CN106568578A (zh) * 2016-10-12 2017-04-19 中国电子科技集团公司第五十研究所 一种离轴反射式太赫兹成像系统的装调检测仪及其装调方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20060062258A1 (en) * 2004-07-02 2006-03-23 Vanderbilt University Smith-Purcell free electron laser and method of operating same
CN105676218B (zh) * 2016-01-08 2018-01-19 中国人民解放军国防科学技术大学 一种基于双频干涉的太赫兹雷达目标三维成像方法
CN108649344B (zh) * 2018-05-15 2020-08-04 中国科学院国家空间科学中心 一种用于制备太赫兹透镜天线组的方法
CN109696299B (zh) * 2018-12-13 2020-06-09 北京遥测技术研究所 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1495602A (zh) * 2002-07-26 2004-05-12 株式会社理光 成像装置、信息处理装置、程序执行方法及程序生成方法
CN101320065A (zh) * 2008-07-22 2008-12-10 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 航天光学遥感器成像电路的仿真测试方法
CN101660966A (zh) * 2009-09-18 2010-03-03 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种tdi ccd相机动态成像的模拟装置
CN102981814A (zh) * 2011-06-03 2013-03-20 三星电子株式会社 用于开发成像装置的应用的方法和装置
US8984502B2 (en) * 2011-10-28 2015-03-17 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Systems and methods for composing or decomposing a composite image for firmware update images
CN103455673A (zh) * 2013-08-30 2013-12-18 西安电子科技大学 高超声速红外导引头成像仿真系统及方法
CN106568578A (zh) * 2016-10-12 2017-04-19 中国电子科技集团公司第五十研究所 一种离轴反射式太赫兹成像系统的装调检测仪及其装调方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于FPGA的LFMCW太赫兹成像系统的建模与仿真;吴鹏飞;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20141015(第10期);第11-40页 *
面向空天应用的太赫兹波实时态势感知与监视探测技术;牟进超等;《技术前沿》;20170430;第54-58页 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2020119107A1 (zh) 2020-06-18
EP3896421A4 (en) 2022-08-17
EP3896421A1 (en) 2021-10-20
CN109696299A (zh) 2019-04-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109696299B (zh) 太赫兹焦平面成像系统综合研发平台
CN108206717B (zh) 测试系统和测试方法
Baccouche et al. Three-dimensional terahertz imaging with sparse multistatic line arrays
Maheshwari et al. Emission source microscopy technique for EMI source localization
Cheong et al. PX-1000: A solid-state polarimetric X-band weather radar and time–frequency multiplexed waveform for blind range mitigation
JP7422224B2 (ja) 電磁場のシングルピクセルイメージング
Laviada et al. Phaseless synthetic aperture radar with efficient sampling for broadband near-field imaging: Theory and validation
Trichopoulos et al. A novel approach for improving off-axis pixel performance of terahertz focal plane arrays
Arboleya et al. Phaseless characterization of broadband antennas
CN101782432A (zh) 通用太赫兹光谱光电测试系统
CN105425185A (zh) 一种平面波幅相性能直角坐标扫描校准系统及方法
CN108761215A (zh) 一种电磁辐射检测系统及检测方法
Jam et al. A submillimeter-wave near-field measurement setup for on-wafer pattern and gain characterization of antennas and arrays
López-Pérez et al. Surface accuracy improvement of the Yebes 40 meter radiotelescope using microwave holography
Álvarez-Narciandi et al. Freehand system for antenna diagnosis based on amplitude-only data
Hakli et al. Testing of a 1.5-m reflector antenna at 322 GHz in a CATR based on a hologram
Horst et al. A compact microwave camera based on chaotic excitation synthetic-aperture radar
Yurduseven et al. Point-spread-function (PSF) characterization of a 340-GHz imaging radar using acoustic levitation
Kiefner et al. Holographic calibration of phased array telescopes
CN108828327A (zh) 星载分步式一维综合孔径微波辐射计定标系统和方法
CN108225554B (zh) 一种阵列太赫兹探测器响应度参数的标定方法和装置
Headland et al. Incoherent, spatially-mapped THz spectral analysis
CN106571880B (zh) 一种太赫兹器件传输参数的测量系统与方法
CN115326745A (zh) 一种电力安全工器具的THz时域光谱的无损检测方法
CN109855724B (zh) 太赫兹波束质量表征系统及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant