近年来,太赫兹成像技术得到了越来越多的关注和研究,已经逐步应用于生物医学、导引雷达、人体安检和材料无损检测等多种领域。太赫兹波上承近红外波段,下接毫米波段,其技术部分涉及电子学理论,部分涵盖光学机理。按照辐射源类型,太赫兹成像系统分为太赫兹时域光谱系统和太赫兹连续波系统。与太赫兹时域光谱系统相比,太赫兹连续波系统通常工作在太赫兹低频段,适合远距离探测或较厚材料的深度测量,因为在太赫兹低频段处大气中水吸收峰较少,且太赫兹波在介质中传输损耗小。同时,太赫兹连续波系统大多为全固态电子电路结构,其简单可靠,便于集成和携带,能更好地适应恶劣的工程环境,且成本也较低,更具实用价值。相比较于其它波段的无损检测技术,太赫兹连续波雷达还具有一些独特优势:与微波相比,成像分辨率是毫米量级,足以满足多数场合待测目标的识别精度;与光波相比,对非金属、非极性材料的穿透力强,如塑料、陶瓷、木材、衣物等;与X射线相比,光子能量低,不会产生有害的生物电离,避免损害人体健康。且近些年太赫兹固态电子器件研制周期越来越短,成本正在逐渐降低,有望实际应用和推广。虽然太赫兹成像技术是近几年的研究热点,但其从兴起至今发展也仅十几年,技术领域及应用还存在诸多空白。其中,目前国内外对宽带太赫兹连续波成像雷达的探索多倾向于军用末制导雷达传感器和人体安检仪,鲜有研究单位关注无损检测的应用方向。而且,国内研制的系统普遍带宽窄、带宽中心频率比低,且系统中只有信号源实现相参。因此,本文提出了一种超宽带、全相参且应用于材料无损检测的三维太赫兹连续波成像雷达。为实现宽带宽,提高空间分辨率,基于锁相频率合成技术设计了超宽带线性调频源;为削弱非相参信号源引起的相位噪声、宽带器件较大的群时延波动导致的非线性扫频及有源器件随温度变化而产生的频率偏移,提出了全相参超外差探测结构并设计了系统校准过程;为适用于近距离无损检测并便于系统集成和便携,利用耦合器实现了收发链路隔离和单天线收发共用的全固态电子结构。最终实现系统的中心频率约200GHz,带宽高达47GHz,平面和距离分辨率分别为2.1mm和3.2mm。目前国内在200GHz附近,它的带宽最大、距离分辨率最高。此外,针对该系统特性和测试要求,研究了多种电磁重建算法,包括用于精确测距或测厚、基于快速傅里叶变换的频谱细化和频谱校正方法及现代功率谱估计法;用于探测低折射率材料或自由空间中目标的合成孔径雷达成像算法;用于探测高折射率材料、基于半空间格林函数和爆炸源模型的三维重建算法;用于测量不平坦表面斜率或曲率的频率干涉算法。最后,利用自主设计研发的硬件系统和研究的电磁重建算法对不同材料的或具有不同缺陷的物体完成了检测并实现了三维成像。