随着国内外恐怖主义威胁的加剧,人体携带危险品的品种更加多样、方式更加隐秘,需要针对不同的场景设计不同的毫米波成像系统,而高效和快速的系统仿真正是成像系统设计的基础。与对点目标的雷达成像不同,人体模型的成像计算更加复杂,需要选取合适的电磁计算方法和成像算法求解人体及携带异常物体的重建图像。针对苛刻的安检场景,要求所设计的成像系统对不同姿态的人体模型实现关键部位的有效成像。常规的基于成像算法的仿真过程在面对天线单元多、目标网格剖分单元多、频点数目多的情况下,计算极为耗时,严重影响系统设计的效率,为此需要研究能够快速计算有效人体成像区域的方法。未来的人体安检系统应当符合无感安检的人性化要求,为此也对多目标的同时成像提出了要求。最后,爆炸物等非金属介质物体的重建图像与金属目标相比存在特殊性,如何通过电磁仿真分析解决非金属异常物品的判别也是很重要的研究内容。本文系统地研究了三维近场毫米波人体安检成像从人体建模、前向计算、后向计算、图像处理到最终图像显示及异常物体检测的仿真设计全流程,对其中的建模方法、成像质量等关键技术进行深入研究和优化改进。为了提高系统设计的效率,提出了基于射线追踪法的成像系统性能中人体模型有效成像区域的快速预判方法。设计了满足单人或多人无感安检要求的通道式多输入多输出（MIMO）天线布局,实现了多路径多目标成像。最后对金属和非金属介质异常物品的检测进行了讨论,解决了弱反射非金属介质重建图像与实际位置不匹配的问题,提出了同时求解介质体轮廓与介电常数的办法。本文的主要研究工作与贡献如下:（1）研究了近场有源毫米波成像的基本理论体系。从基础的亥姆霍兹方程开始推导了直角坐标系下MIMO系统成像算法的空间域表示和波数域表示的相关公式,将单频和宽频、单站和多站、二维和三维的不同情形纳入到统一的理论框架中。基于波数域分析,讨论了平板扫描和圆弧扫描成像系统的空间分辨率和采样条件。（2）研究了近场人体成像的建模及仿真方法。分析了二维和三维的人体仿真模型的建立方法。在近场散射的理论构造中,在前向计算中应用矩量法对全金属二维模型进行仿真,应用改进型等效电流近似（MECA）算法对全金属和表面介质的三维模型进行仿真。采用三维点阵图和深度信息图的技术,完善了成像的显示方式,有效直观地获得相应的人体二维截面曲线和三维曲面成像结果。应用K聚类滤波算法显著减少了图像的噪声点,优化了成像结果质量。最后讨论分析了算法计算量和带宽对成像性能的影响,并给出了二维目标仿真示例。（3）提出了基于射线追踪法的MIMO人体成像系统的快速评估方法。将射线追踪法的计算方法与发射天线的辐射方向图、电磁波在目标表面的漫反射和镜面反射,以及接收天线方向图对电磁波传播过程的影响结合等进行综合分析,通过快速估算MIMO系统的人体目标有效成像区域,实现系统性能的快速预判,大大提升了系统设计调试的效率。实验表明,人体全身扫描成像的仿真时间从数个小时快速减少到秒级。对圆柱扫描的MIMO系统进行了算法优化,仿真时间进一步减少到一秒之内。（4）提出了满足无感安检要求的通道式成像的笼状MIMO系统设计。为了在人群快速通过的基础上实现无感安检,提出了一个四柱二环三维笼状MIMO系统的天线布局,理论上可以在待测人员非停留通过成像系统时实现人体全身成像检查。该系统结构可以嵌入到通道或交叉路口,实现无感安检。仿真结果表明,所提方案与传统方案相比,在图像精度不变的前提下,天线单元数更少,相应的系统成本也更小,其特殊结构带来的多路径成像方式使其有更大的应用灵活性。（5）提出了可以实现多目标成像的的笼状MIMO系统设计。对已有的多种通过模式进行系统研究,对单人和双人实体模型的有效成像区域进行仿真测试分析,优化系统天线布局,提出了改进型六柱二环三维笼状MIMO成像系统,解决了四柱二环三维笼状MIMO系统方案存在的成像区域不充分、有盲区的问题,成像清晰度提高,实现了多目标成像的MIMO系统设计。（6）研究了近场毫米波成像仿真方法在人体安检领域的应用。建立了介质人体与金属枪支的复合三维模型,对其进行成像与危险品的检测。针对爆炸物的非金属特性,深入研究了强反射背景下弱反射介质平板的检测与仿真。利用多角度下回波信号的叠合分析,优化了该场景下同时计算非金属物品介电常数和介质平板厚度的方法,从而为违禁物品的自动检测提供了理论依据。