一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，包括天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统、系统电源及显示与控制，天线分系统连接接收分系统，接收分系统连接采集预处理分析系统，采集预处理分系统分别连接伺服分系统和显示与控制。本发明专利技术采用固定反射镜进一步缩小了光路在垂直方向的长度，减小了设备的高度10cm以上，扫描机构不需要步进控制扫描摆镜，没有扫描摆镜启动和停止的时间，扫描速度快，成像帧率高，对近距离人体隐匿物品探测时，帧率可以达到10帧/秒。

【技术实现步骤摘要】
一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统
本专利技术涉及民用安防领域的人体隐匿物品太赫兹成像探测领域，尤其是一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统。
技术介绍
用于人体隐匿危险品检测的被动太赫兹成像技术由于不辐射任何信号，对被检人员完全安全，因此具有很好的市场应用前景。在被动太赫兹成像探测技术中，应用较为广泛的是焦平面成像技术。焦平面成像技术是将多个天线馈源以一定的排列方式组成馈源阵列，放置于透镜天线或者反射面天线的焦平面上接收视场内目标和场景产生的太赫兹信号并形成图像。焦平面馈源阵列的每个馈源对应成像后相应的像素单元，如果需要瞬时覆盖探测的整个视场则馈源阵列的天线和通道数量会很多。目前太赫兹器件的制作加工工艺还不够成熟，器件价格昂贵，瞬时覆盖整个视场需要的天线和通道数量多，成本昂贵。为了降低成本，目前被动太赫兹成像设备常采用较少数量的焦平面馈源阵列瞬时覆盖部分视场，并通过机械扫描完成对整个视场的覆盖。用于近距离安检的太赫兹成像设备光路较长，使得成像设备体积较大，在某些场合下使用不方便；不少成像设备采用步进电机控制反射镜步进扫描的方式进行扫描成像，控制过程复杂，成像速度慢。因此，对于上述问题有必要提出一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统。
技术实现思路
本专利技术目的是克服了现有技术中的不足，提供了一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，减小光路纵向长度，缩小系统体积，简化扫描过程，在不影响灵敏度的前提下缩短扫描时间，提高成像速度。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现：一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，包括天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统、系统电源及显示与控制，所述天线分系统连接接收分系统，所述接收分系统连接采集预处理分析系统，所述采集预处理分系统分别连接伺服分系统和显示与控制，所述系统电源分别为天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统及显示与控制提供电源。优选地，所述天线分系统由介质透镜、扫描摆镜、固定反射面和馈源阵列组成，其中馈源阵列是一个沿水平方向排列的一维线阵，在方位方向可以瞬时覆盖成像视场。优选地，所述扫描摆镜在垂直方向转动，实现对在不同俯仰方向入射信号的扫描接收，完成对成像视场在俯仰方向上的覆盖，在扫描摆镜到馈源阵列之间增加了一个与水平方向45°夹角的固定反射板，将信号传播方向向水平方向折叠反射。优选地，所述接收分系统主要包括太赫兹波段低噪声放大器、高灵敏度检波器、视频放大器和低通滤波器，用于实现对输入太赫兹波段信号的放大和高灵敏度包络检波。优选地，所述采集预处理分系统由高精度AD、高性能FPGA、时钟模块、接口模块和控制逻辑组成，所述高精度AD、时钟模块、接口模块和控制逻辑均连接高性能FPGA，高性能FPGA完成输入模拟视频信号的高精度AD采集，采集后数据的滤波积累预处理，解析和转发系统控制命令，上报目标数据、伺服系统位置信息功能。优选地，所述伺服分系统由伺服电机、驱动单元、位置传感器、处理单元组成，所述位置传感器连接处理单元，所述伺服电机通过驱动单元连接处理单元。优选地，所述伺服分系统承载扫描摆镜，实现扫描摆镜的垂直方向往复转动，同时将位置传感器获得的实时角度信息上报给采集预处理分系统。优选地，所述显示与控制分机采用商业化高性能处理机，用于完成目标数据的重排、二次积分、图像处理、界面显示及人机交互功能。优选地，所述扫描摆镜包括摆杆、俯仰摆动固定轴，转台、连杆和滑块，固定速度和方向转动的转台带动一个连杆，连杆的一端连接到转台上，另一端连接到一个与扫描摆镜固连的往复摆杆的滑轨上，转台连续转动，并通过连杆带动往复摆杆上下往复摆动，实现扫描摆镜的上下往复扫描。优选地，所述转台转动的精确角度位置可以通过角度编码器读取出来，送给采集处理分系统，并精确计算出扫描摆镜的角度，提供给成像处理算法使用。本专利技术采用固定反射镜进一步缩小了光路在垂直方向的长度，减小了设备的高度10cm以上，同时设计出一种新的反射摆镜扫描机构，该扫描机构不需要步进控制扫描摆镜，没有扫描摆镜启动和停止的时间，扫描速度快，成像帧率高，对近距离人体隐匿物品探测时，帧率可以达到10帧/秒。附图说明图1是本专利技术的基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统组成框图；图2是本专利技术的天线分系统结构示意图；图3本专利技术的扫描摆镜伺服传动机构结构示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。如图1并结合图2和图3所示，一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，由天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统、系统电源及显示与控制组成，所述天线分系统连接接收分系统，所述接收分系统连接采集预处理分析系统，所述采集预处理分系统分别连接伺服分系统和显示与控制，所述系统电源分别为天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统及显示与控制提供电源。天线分系统由介质透镜、扫描摆镜、固定反射面和馈源阵列组成，其中馈源阵列是一个沿水平方向排列的一维线阵，在方位方向可以瞬时覆盖成像视场，所述扫描摆镜在垂直方向转动，实现对在不同俯仰方向入射信号的扫描接收，完成对成像视场在俯仰方向上的覆盖，在扫描摆镜到馈源阵列之间增加了一个与水平方向45°夹角的固定反射板，将信号传播方向向水平方向折叠反射。接收分系统主要包括太赫兹波段低噪声放大器、高灵敏度检波器、视频放大器和低通滤波器，用于实现对输入太赫兹波段信号的放大和高灵敏度包络检波，所述采集预处理分系统由高精度AD、高性能FPGA、时钟模块、接口模块和控制逻辑组成，所述高精度AD、时钟模块、接口模块和控制逻辑均连接高性能FPGA，高性能FPGA完成输入模拟视频信号的高精度AD采集，采集后数据的滤波积累预处理，解析和转发系统控制命令，上报目标数据、伺服系统位置信息功能。伺服分系统由伺服电机、驱动单元、位置传感器、处理单元组成，所述位置传感器连接处理单元，所述伺服电机通过驱动单元连接处理单元，所述伺服分系统承载扫描摆镜，实现扫描摆镜的垂直方向往复转动，同时将位置传感器获得的实时角度信息上报给采集预处理分系统。显示与控制分机采用商业化高性能处理机，用于完成目标数据的重排、二次积分、图像处理、界面显示及人机交互功能。为了减小光路的纵向长度，缩小设备体积，系统采用了45°放置的固定反射板来改变光路的传播方向，采用计算机控制步进扫描的方法来控制扫描摆镜转动的角度虽然原理上简单，但是转动到每一个要求的位置都需要启动和稳定时间，在此期间由于扫描摆镜的角度不确定，因此系统是无法工作的，这种扫描控制方式在扫描过程中需要额外的控制时间，整个扫描周期变长，成像速度慢。扫描摆镜包括摆杆、俯仰摆动固定轴，转台、连杆和滑块，固定速度和方向转动的转台带动一个连杆，连杆的一端连接到转台上，另一端连接到一个与扫描摆镜固连的往复摆杆的滑轨上，转台连续转动，并通过连杆带动往复摆杆上下往复摆动，实现扫描摆镜的上下往复扫描。转台转动的精确角度位置可以通过角度编码器读取出来，送给采集处理分系统，并精确计算出扫描摆镜的角度，提供给成像处理算法使用。本专利技术的扫描摆镜不需要控制扫描摆镜启动和停止，也就不需要额外的控制时间，扫描周期短，成像速度快，帧率高。本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：包括天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统、系统电源及显示与控制，所述天线分系统连接接收分系统，所述接收分系统连接采集预处理分析系统，所述采集预处理分系统分别连接伺服分系统和显示与控制，所述系统电源分别为天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统及显示与控制提供电源。

【技术特征摘要】
1.一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：包括天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统、系统电源及显示与控制，所述天线分系统连接接收分系统，所述接收分系统连接采集预处理分析系统，所述采集预处理分系统分别连接伺服分系统和显示与控制，所述系统电源分别为天线分系统、接收分系统、采集预处理分系统、伺服分系统及显示与控制提供电源。2.如权利要求1所述的一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：所述天线分系统由介质透镜、扫描摆镜、固定反射面和馈源阵列组成，其中馈源阵列是一个沿水平方向排列的一维线阵，在方位方向可以瞬时覆盖成像视场。3.如权利要求2所述的一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：所述扫描摆镜在垂直方向转动，实现对在不同俯仰方向入射信号的扫描接收，完成对成像视场在俯仰方向上的覆盖，在扫描摆镜到馈源阵列之间增加了一个与水平方向45°夹角的固定反射板，将信号传播方向向水平方向折叠反射。4.如权利要求1所述的一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：所述接收分系统主要包括太赫兹波段低噪声放大器、高灵敏度检波器、视频放大器和低通滤波器，用于实现对输入太赫兹波段信号的放大和高灵敏度包络检波。5.如权利要求1所述的一种基于焦平面扫描的被动太赫兹成像系统，其特征在于：所述采集预处理分系统由高精度AD、高性能FPGA、时钟模块、接口模块和控制逻辑组成，所述高精度AD、时钟模块、接口模块和控制逻辑均连...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴双，
申请(专利权)人：芜湖华创光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34