一种短距离毫米波成像雷达系统，该系统包括适于产生在几千兆赫的频率范围内扫描的毫米波辐射电子装置。该扫描的毫米波辐射通过频率扫描的发射天线广播，以在第一扫描方向（诸如竖直方向）产生与扫描的毫米波频率对应的窄发射波束。发射天线在与第一扫描方向垂直的第二扫描方向上（诸如水平或方位角方向）用发射波束扫描，从而定义一个二维视野场。反射的毫米波辐射被接收频率扫描天线收集，该接收频率扫描天线与发射天线协同定位（或接近于协同定位），并且适于产生窄的接收波束，该接收波束在近似相同的视野场内在与发射波束相同方向上被近似协同定向。计算机处理设备比较预定距离集合接收毫米雷达信号的强度和已知的作为时间函数的发射和接收波束的方向，以产生视野场内至少所需部分的雷达图像。在优选的实施例中，本发明专利技术被安装在卡车上并且适于作为ＦＯＤ探测器系统以检测和定位机场地面上ＦＯＤ。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及雷达成像系统，并且尤其涉及毫米波成像雷达系统。
技术介绍
利用毫米波成像在毫米波长下(1cm至Imm ；30GHz至300GHz)工作的无源和有源成像系统是公知的。在毫米波频率下的短波波长使得能够通过相对小的天线产生窄波束以及生成高分辨率的无源和有源图像。由于窄波束，图像中的物体能够被精确定位，并且当系统以雷达模式工作时，能够获得反射信号的高灵敏性。毫米波系统的一个重要品质在于，它们相比可见光被远距离的雾或者烟衰减较小。毫米波波长的辐射穿透远距离的雾和烟。毫米波辐射还穿透壳罩或者其它诸如干木材和墙板之类的很厚的材料。这些毫米波成像系统因而被提出用于飞行器增强透过雾的可见度和用于检测被隐藏的武器或之类的安全应用。无源毫米波成像在第5，121，124号和第5，365，237号美国专利中描述过无源毫米波成像系统，这些专利被转让给申请人的雇主。在这些专利中所述的系统使用天线，其中收集的毫米波辐射的方向是频率的函数。这种类型的天线被称作“频率扫描”天线。在频谱分析仪中分析所收集的毫米波光以产生一维图像。在所述’ 124号专利所描述的系统中，天线信号被用于调制声光设备(布拉格单元)，该声光设备进而又调制激光束以产生频谱图像。在所述’ 237 号专利所描述的系统中，通过天线信号调制电光模块并且该电光模块进而又调制激光束， 以在激光束上施加毫米波频谱信息，该激光束接着被标准器分离成频谱分量以产生图像。第4，654，666号美国专利描述了一种成像系统，该成像系统包括频率扫描天线和频谱分析仪，用于将天线收集的编码的辐射分布转换成时间编码的分布从而再生一维场景。在第7，194，236和第6，937，182号美国专利中描述了其它频率扫描无源毫米波成像系统。上述所有专利在此通过援引并入。雷达系统以毫米波频率工作的雷达系统是已知的。这些系统通常使用两个或更多更低频率的信号(称作频移键控法或FSK)调制毫米波信号或者使用线性变化(频率上上升或下降) 更低频率的信号(称作线性频率调制LFM)。并且已经提出了 FSK和LFM的结合。已经提出这些FSK和LFM系统用于自动机动车辆控制和机动车辆防撞。一些此类系统提供发射波束或接收波束或二者皆有的角度扫描技术。外部物体检测机场跑道上或其它地面上的外部物体碎片(通常称作F0D)对于航空运输安全是极大的危险。飞行器脱落的物体，地面上的设备或是被地勤错放的物体是造成商业航线、机场和军方的行业损失的原因，并且在极端情况会导致人员生命损失。FOD每年耗费航空和航天工业40亿美元，导致飞行器和部件每年昂贵、显著的损害，并且可能导致工人、飞行员和乘客死伤。在飞行器中引入雷达系统用于FOD检测的尝试是已知的。这种系统的高成本、操作复杂性、大量的基础设施和试验性质限制了航空运输业对其的接受。由英国的公司 QinetiQ设计并制造的以Tarsier为名销售的毫米波雷达系统是一个先进毫米波FOD检测系统的例子。Tarceir系统现在运用在加拿大的温哥华国际机场。Tarsier雷达被设计成静态长距离(最长达2千米)频率调制雷达以检测沿机场地面全长度上的FOD。Tarsier 系统的长距离工作要求高精度的机械和电子部件以及高的发射功率。这些要求导致该系统的高成本。为了能够在长距离检测F0D，雷达被设计成具有极高的灵敏性，据称这会导致来自较短距离处杂波信号的大量假警报。在第WCV2006/103391号国际专利申请中描述了 Tarsier FOD探测器的设计和工作原理，该申请在此通过援引加入。根据国家FOD防止协会有限公司维护的国家宇航标准412，F0D通常被定义为会潜在导致交通工具或系统损害的与交通工具或系统不同的物体、碎片或物品。外部物体损害是归因于外部物体的任何损害，其可以表述为可以或不可以降级产品所需安全和/或性能特性的物理或经济术语。通常，FOD是一个用于描述飞行器上或飞行器周围的碎片或者对飞行器造成的损害的航空学术语。在第W0/2004/038675号和第US20020080046号专利中描述了利用可见光进行工作的光学FOD检测系统，在此通过援引并入这些专利。需要一种移动毫米波成像系统。
技术实现思路
本专利技术涉及短距离移动毫米波成像系统。该系统优选被安装在车辆上并且被设计以检测车辆路径中或附近的物体。该系统包括适于在几千兆赫的频率范围内产生毫米波辐射扫描的电子装置。该扫描的毫米波辐射通过频率扫描的发射天线广播以在第一扫描方向 (诸如竖直方向)产生窄扫描发射波束，限定与扫描的毫米波频率对应的窄的接近一维的电子扫描视野场。发射天线机械回转或者在与第一扫描方向垂直的第二扫描方向上(诸如水平或方位角方向)扫描从而限定二维的视野场。反射的毫米波辐射被与发射天线协同定位(或接近协同定位)的接收频率扫描天线收集，并且适于产生窄的接收波束，该接收波束在近似相同的视野场内被接近协同定向在与发射波束相同的方向上。计算机处理设备比较预定距离集合的接收毫米雷达信号的强度和已知的作为时间函数的发射和接收波束的方向，以产生视野场内至少所需部分的雷达图像。在优选的实施例中，本专利技术是适于检测和定位机场地面上FOD的FOD探测器。在一个优选实施例中，雷达系统被安装在轻型卡车的舱室(cabin)顶部。雷达系统在78至 81GHz的毫米波频率范围内工作。双频率扫描天线系统包括带有椭圆柱形反射器的8英寸的开槽频率扫描天线，其适于产生在竖直方向窄，并且在竖直方向上约4度的扫描范围内频率扫描的波束。在每个双天线系统中，开槽的频率扫描天线被定位在椭圆柱形反射器的近焦点。椭圆反射器的另一个焦点在距离近焦点约150英尺处。两个天线都限定波束在方位角方向向外至约150英尺约半米宽，在方位角方向向外进一步发散约0. 34度，并且在竖直方向发散约0. 85度。双天线系统被一起回转以限定在竖直方向约4度且在方位角方向约80度的雷达的视野场。两个天线通常被定向为从卡车的顶部朝下的角度，以在卡车前约 20米至200米且在方位角方向80度产出机场地面的视野场。在优选的实施例中，从来自锁相振荡器的12. 25GHz信号产生扫描频率，该信号被三倍倍频器转换成36. 75GHz并接着被谐波混频器翻倍为73. 5GHz。压控振荡器提供扫描的4. 5GHz至7. 5GHz信号，该信号在谐波混频器中与73. 5GHz信号混频以产生78GHz至81GHz 之间的扫描毫米波信号，并接着被馈送至发射天线以产生频率扫描发射波束。接收波束和发射波束类似并且在任意给定时间与发射波束协同对准，以最大化被物体反射的返回信号。所接收的信号向下转换成低频，被数字化并使用快速傅里叶变换 (FFT)处理器来生成其频谱。发射和接收波束在竖直方向上被电子扫描而在方位角方向则是被机械地扫描。计算机基于波束的竖直扫描方向生成二维图像(EL角度和距离)并基于水平扫描把它们结合成三维图像。在优选的FOD探测器(finder)的实施例中，到FOD的距离基于雷达信号，而方位角位置基于系统的计算机处理器所记录的水平扫描信息。雷达能量在平坦机场地面上的FOD内被最大反射并且没有被接收天线收集。但是，当波束在机场地面上扫描时，平坦坚硬地面上的FOD产生大的返回信号。到目标的距离基于发射信号和被从FOD目本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种短距离移动毫米波成像雷达系统，包括：Ａ）车辆，Ｂ）安装在所述车辆上的频率扫描毫米波成像雷达系统，所述雷达系统包括：１）适于在几千兆赫的频率范围内产生毫米波辐射扫描的电子装置；２）频率扫描发射天线，其适于：ａ）在第一扫描方向产生窄的扫描发射波束，其限定与扫描的毫米波频率对应的窄的接近一维的电子扫描视野场，以及ｂ）在与第一扫描方向垂直的第二扫描方向上机械回转或者扫描从而限定二维视野场；３）频率扫描接收天线，其与所述发射天线协同定位或接近协同定位，并且适于产生第一方向的窄的扫描接收波束，所述窄的扫描接收波束在与所述发射天线近似相同的一维和二维视野场内定义在和所述发射波束相同的方向上接近协同定向的窄的接近一维电子扫描视野场；４）适于检测由所述频率扫描接收天线所收集的毫米波辐射的电子装置；以及５）计算机处理器设备，其适于基于从所述二维视野场内目标反射的并被所述接收天线收集的毫米波辐射确定目标位置。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：G·毕晓普，
申请(专利权)人：雀莱斯企业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US
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