消防員可以說是和平年代，離死神最近的職業。2019年8月上映的電影《烈火英雄》，對此有著真實的刻畫。消防員面對高溫、黑暗、有毒和濃煙等危害環境時，如果沒有相應的設備貿然沖進現場，不僅不能完成任務，還會徒增人員傷亡。

烈火英雄劇照

消防機器人作為特種機器人的一種，在滅火和搶險救援中愈加發揮舉足輕重的作用。各種大型石油化工企業、隧道、地鐵等不斷增多，油品燃氣、毒氣泄漏爆炸、隧道、地鐵坍塌等災害隱患不斷增加。此類災害具有突發性強、處置過程復雜、危害巨大、防治困難等特點，已成頑疾。消防機器人能代替消防救援人員進入易燃易爆、有毒、缺氧、濃煙等危險災害事故現場進行數據采集、處理、反饋，有效地解決消防人員在上述場所面臨的人身安全、數據信息采集不足等問題。現場指揮人員可以根據其反饋結果，及時對災情作出科學判斷，并對災害事故現場工作作出正確、合理的決策。

消防機器人

現有的消防機器人，通常裝備了光學、紅外、氣體、溫度等攝像儀和傳感器。這些傳感器，技術上已經較為成熟，可以較好的獲取火災事故現場的各種信息，有效地幫助消防人員進行搶險救災。

火災現場往往伴隨巨大的煙塵，光學與紅外攝像儀在這種情況下，探測距離會大打折扣。相比之下，太赫茲波的波長比紅外線或可見光的波長長，這意味著，太赫茲波幾乎不會因為通過灰塵、煙霧或類似介質時被散射衰減，探測距離幾乎不受影響。

因此，如果在消防機器人上裝備太赫茲成像設備，在煙霧彌漫的火場中，探測性能會有很大的提升。

太赫茲成像分為被動式和主動式。被動式太赫茲成像技術較為簡單，但分辨率較差，而且容易受到外界環境因素干擾，因此不適合應用在火災現場。主動式太赫茲成像按照成像原理，分為實孔徑成像和合成孔徑成像。

太赫茲實孔徑成像目前主要采用準光體制，未來可能會發展到相控陣體制。準光和相控陣的硬件架構都較為復雜，而且占用空間較大，不適合安裝在消防機器人上。

太赫茲合成孔徑成像，當前研究較多的是三維全息成像技術。三維全息成像技術已經在毫米波安檢成像領域得到應用。目前處于技術領先的，是德國羅德施瓦茨的QPS200安檢儀。采用稀疏二維陣列，工作在77GHz，可以在不到10ms時間內，完成掃描，實現三維全息成像。

羅德施瓦茨QPS 200安檢儀

羅德施瓦茨QPS 200安檢儀成像結果

稀疏二維陣列架構由于采用了合成孔徑成像原理，只需要約四分之一的天線面積，就可以實現實孔徑成像系統相同的方位向與高度向分辨率。

羅德施瓦茨提出的稀疏二維陣列架構采用的是口字型面陣，基于等效陣元均勻分布，采用對稱布局結構。2M個發射單元和2N個接收單元通過收發對組合，可以產生2M╳2N個邏輯等效陣元。

稀疏二維陣列等效示意圖

稀疏二維陣列硬件架構較為簡單，可以通過開關陣列的方式實現。口字型面陣中空，可以方便的集成其他傳感器，非常適合消防機器人這種對安裝空間要求苛刻的平臺。

這一體制的主要缺點在于，由于采用合成孔徑成像體制，信號處理的計算量非常大。目前合成孔徑成像信號處理的主流硬件如DSP、FPGA、GPU，所需體積、功耗、熱耗都比較大，不適合安裝在消防機器人平臺上。不過考慮到消防機器人與后方控制端之間一般有高速無線數據鏈，因此可以將原始回波數據傳輸至后方，在后方進行復雜的信號處理。

按照先易后難的步驟，一開始可以先在在消防機器人上裝備主動式太赫茲照相機，未來隨著技術水平的提升，再升級至主動式太赫茲攝像機，與現有的光學攝像機和紅外攝像機可以完美融合。安裝了主動式太赫茲攝像機的消防機器人，可以穿透煙塵、火焰，對火災現場進行三維成像，全面獲取現場信息，最大限度保障消防員的人身安全。

太赫茲相比紅外和可見光，即使是在高溫和煙霧彌漫的環境下，其傳播也不會受到太大影響，這一特點，非常適合應用在消防領域。同時，太赫茲頻段，相比微波毫米波頻段，更容易實現大帶寬。預計未來，以太赫茲成像為代表的各類太赫茲技術(如太赫茲通信、太赫茲時域光譜物質鑒別等)，將會在消防領域大有作為。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的合成孔径成像算法与实现_浅析太赫兹成像技术在消防领域中的应用前景的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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