一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统技术方案

本发明专利技术涉及一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统，包括：天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、频率合成模块、发射模块、2个发射天线阵列、2个接收天线阵列、接收模块、延时模块、信号处理模块和显控模块，其中伺服控制模块控制电机的驱动轴以正弦曲线的速率转动并且控制和检测天线阵列圆盘支架的旋转角度，使其从0到M度顺时针旋转，100≤M≤170度，发射天线阵列辐射射频信号到目标的表面并经其反射被接收天线阵列接收，经接收模块对回波信号处理以形成中频回波信号且发给信号处理模块，以由其进行三维成像处理，获取目标的三维图像数据并将其传输到显控模块。其有益效果：设计简单、成本低、图像质量高、分辨率高且成像时间短。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及毫米波成像
，特别是涉及一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统。
技术介绍
当今，随着毫米波技术和成像技术的发展，产生了许多这两种技术相结合的应用。 毫米波成像技术在许多领域都有成熟的应用，比如地图遥感、军事探测、毫米波合成孔径雷达成像，远距离探测地面、海面以及空中目标等。随着科学技术的发展，毫米波器件在国内外基本成熟，可以进行大规模低成本应用。随着毫米波成像技术的发展，其在各行各业的应用逐渐成熟，应用于近距离成像探测基本成熟，可实现物体表面、人体表面以及其他表面散射特性探测。目前，在近距离成像方面，有多种成像方法，如可见光、红外以及激光成像等，但是这些成像都有自身的缺陷。可见光无法看到某些隐蔽物下的东西；而红外的成像分辨率和可靠识别性存在一定的问题；激光成像的应用领域比较窄。而毫米波近距离成像可以穿透某些隐蔽物，对隐蔽物下面的东西进行高精度的成像，通过图像检测识别的方法可实现某些特殊东西的甄别。采用现有的毫米波近距离成像方法成像的图像质量差、分辨率低、成像时间长，采用现有的毫米波近距离成像方法的毫米波成像系统的设计复杂、成本高。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统，其包括天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、频率合成模块、发射模块、2个发射天线阵列、2个接收天线阵列、接收模块、延时模块、信号处理模块和显控模块，其中天线阵列圆盘支架包括可旋转的中心轴和由该中心轴带动旋转的金属圆形盘；伺服控制模块用于控制交流伺服电机的驱动轴以正弦曲线的速率转动并且控制和检测天线阵列圆盘支架的旋转角度，使其从0到M度顺时针旋转，IOO^M^ 170度，其包括伺服机构、测量反馈机构和伺服控制器，其中伺服机构包括交流伺服电机(1)、电机驱动器(2)、电源适配器(3)、减速器(4)和皮带轮(5)；交流伺服电机主轴通过法兰盘连接减速器，减速器驱动皮带轮运动，皮带轮同天线阵列圆盘支架相连，驱动安检门天线阵列圆盘支架完成各种功能运动，交流伺服电机由电机驱动器直接控制，电机驱动器连接电源适配器实现交直流转换为电机系统提供电源并实现保护功能；测量反馈机构包括光栅尺(7)、光电开关(8)，光栅尺(7)安装于天线阵列圆盘支架主轴上，光栅尺(7)读数头固定于天线阵列圆盘支架并随框架转动产生编码信号脉冲从而测量天线阵列圆盘支架旋转的角度信息，光电开关(8)安装于天线阵列圆盘支架(6)顶部与角度指示圆盘相接触，可实现中心零位和极限位置的指示；伺服控制器包括交互通信模块、信号采集模块、自检校正控制模块以及伺服机构的扫描曲线控制模块；交互通信模块分为两部分一部分完成同信号处理分机的通信，接收其下发的指令信号并反馈当前伺服系统状态信息；另一部分完成与电机驱动器的通信， 对伺服执行机构实施控制；其中，信号采集模块处理光栅的正交编码脉冲信号以及光电开关信号；自检校正控制模块完成信号处理分机下发的自检校正指令；扫描曲线控制模块完成信号处理分机下发的扫描工组指令；频率合成模块用于产生基准时钟并将其发送给信号处理模块、和接收信号处理模块的控制命令以产生宽带发射信号和射频本阵信号，并且将宽带发射信号发送给发射模块和将射频本阵信号发送给延时模块，其包括用于产生宽带发射信号的高速直接频率合成器、用于将宽带发射信号倍频到所需频段的倍频器、用于产生射频本阵信号的混频器、用于产生基准时钟的晶振；发射模块用于对来自频率合成模块的宽带发射信号进行功率放大和波形调制，并将其发送给发射天线阵列，其包括用于功率放大的固态功率放大器和用于波形调制的发射波形调制器；发射天线阵列，用于辐射射频信号，每一个发射天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路发射通道，每一个天线阵列有N路电开关以控制发射通道的分时工作，即开通和关断，其中64彡N彡256 ；接收天线阵列，用于接收回波信号，每一个接收天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路接收通道，每一个天线阵列有N路电开关以控制接收通道的分时工作，即开通和关断，其中64彡N彡256 ；延时模块用于对接收到的射频本阵信号进行精确延时以使其相位与从目标的中心表面反射的射频回波信号的相位一致，并将延时的射频本阵信号发送给接收模块；接收模块包括用于功率放大的低噪声功率放大器、用于滤波的滤波器和用于将射频回波信号变换到中频回波信号的混频器，其中低噪声功率放大器将接收到的射频回波信号的功率放大至与接收到的射频本阵信号的功率近似相等或者在同一数量级，该滤波器对经功率放大的射频回波信号进行滤波，混频器将经过功率放大和滤波的射频回波信号和接收到的射频本阵信号进行混频以将该射频回波信号变换到中频回波信号并将其传输给信号处理模块；信号处理模块用于产生指示频率合成模块产生各种信号的控制命令、根据基准时钟产生成像装置的工作时序、对中频回波信号进行采样和数字下变频，进行三维成像处理， 获取目标的三维图像数据并将其传输到显控模块，其包括用于对中频回波信号进行采样的高速模数转换器、用于对采样后的数字中频回波信号进行下变频的可编程逻辑器件、用于对经数字下变频的回波数据进行三维成像处理的数字信号处理器、存储器、用于将三维图像数据高速发送给显控模块的光电转换器；显控模块用于将接收到的三维图像数据实时显示成三维图像。本专利技术的有益效果是本专利技术的毫米波成像系统在距离目标物体的表面1米范围内进行毫米波扫描成像，其结构设计简单、成本低、图像质量高、分辨率可高达厘米级且成像时间短，可实现目标物体表面的不同角度的多幅三维立体图像。附图说明图1是本专利技术的阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统的结构立体示意图2是本专利技术的天线阵列形式的示意图3是本专利技术的阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统的结构框图4是本专利技术的毫米波成像装置的工作时序图5是伺服控制器模块框图。其中1-交流伺服电机，2-电机驱动器，3-电源适配器，4-减速器，5-皮带轮， 6-天线阵列圆盘支架，7-光栅尺，8-光电开关，9-伺服控制器，10-信号采集模块，11-自检校正控制模块，12-扫描曲线控制模块，13-交互通信模块，14-信号处理分机。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细描述。本专利技术的阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统包括2个发射天线阵列、2个接收天线阵列、天线阵列圆盘支架、发射模块、接收模块、伺服控制模块、频率合成模块、延时模块、信号处理模块和显控模块；其中天线阵列圆盘支架包括可旋转的中心轴和由该中心轴带动旋转的金属圆形盘。该圆形盘的半径在0. 5-2米之间。在天线阵列圆盘的边缘以螺钉形式固定2组发射天线阵列和接收天线阵列对，其中每一组发射天线阵列和接收天线阵列对之间的间隔是0. 5-5cm，优选间隔是2cm，更优选间隔是1cm。该2组发射天线阵列和接收天线阵列对以相对且在一条直线上的方式安装在天线阵列圆盘支架的边缘两端，每个天线阵列是以竖直方式固定在圆盘的边缘上，如图1 所示。另外，每一组发射天线阵列和接收天线阵列对是等长的，如图2所示。伺服控制模块用于控制交流伺服电机的驱动轴以一种正弦曲线的速率转动和控制和检测天线阵列圆盘支架的旋转角度，以使其可以正反旋转100度，或者100度-170度之间的任意角度，如140度。该伺服控制模块包括伺服机构、测量反馈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晔，张远航，张炳煌，张永旸，余华章，
申请(专利权)人：北京华航无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：