一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置，其包括：1个发射天线阵列、1个接收天线阵列、天线阵列圆盘支架、滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、发射模块、接收模块、伺服控制模块、电机、频率合成模块、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，使其旋转300度，信号处理模块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。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及毫米波成像
，特别是涉及ー种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置。
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、军事探測、毫米波合成孔径雷达成像，远距离探測地面、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，可以进行大規模低成本应用。 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，本技术提供了一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置，其包括滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、电机、频率合成模块、发射模块、I个发射天线阵列、I个接收天线阵列、接收模块、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；滑轨的弧度为300度，其直径与天线阵列圆盘一致；驱动圆盘与天线阵列圆盘ー样大，2个金属支杆以相对且在一条直线上的方式安装在天线阵列圆盘和驱动圆盘的边缘两端，金属支杆的一端固定到天线阵列圆盘的边缘，另一端固定到驱动圆盘的边缘，该驱动圆盘的底部边缘处安装有3-10个之间的任意个滑轮，该滑轮位于滑轨上；伺服控制模块用于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，260 < M < 300度；电机使该驱动圆盘沿着滑轨转动，从而带动天线阵列圆盘转动；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接收模块；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，每ー个发射天线阵列有N个天线単元，每个天线单元对应一路发射通道，每个天线阵列有N路电开关控制发射通道的分时工作，即开通和关断，其中64≤N≤256 ;接收天线阵列，用于接收回波信号，每ー个接收天线阵列有N个天线単元，每个天线单元对应一路接收通道，每个天线阵列有N路电开关控制接收通道的分时工作，即开通和关断，其中64≤N≤256 ;接收模块用于对接收到的回波信号进行功率放大、滤波、混频处理，实现将射频回波信号变换到中频回波信号，其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；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；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，和通过其人机交互界面向伺服控制模块和信号处理模块输入工作參数和发出控制指令。其中用螺钉形式将发射天线阵列和接收天线阵列固定在天线阵列圆盘的边缘上，该发射天线阵列和接收天线阵列之间的间隔是O. 5-5cm，每个天线阵列以竖直方式固定在天线阵列圆盘的边缘上，该发射天线阵列和接收天线阵列是等长的。其中发射天线单元和接收天线単元是微带天线、波导缝隙天线、偶极子或者喇叭ロ天线，发射和接收天线単元的大小是长和宽均为一个波长λ，波束宽度是30-120度。其中N = 208个，两个天线单元之间间隔大小为ー个波长入。其中频率合成模块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，该高速直接频率合成器产生的宽带发射信号的最高信号带宽B为I. 2GHz，脉宽τ为10us，倍频器将高速直接频率合成器产生的宽带发射信号倍频到20GHz到40GHz之间或者90GHz到IlOGHz之间，基准时钟为60MHz。其中信号处理模块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、以及用于将三维图像数据高速发送给显控模块的光电转换器。本技术的单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置的有益效果是该毫米波成像装置可在距离目标物体的表面I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是本技术的单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置的结构立体示意图；图2是本技术的单天线阵列形式的示意图；图3是本技术的单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置的结构框图；图4是本技术的毫米波成像装置的工作时序图。其中1-交流伺服电机，2-电机驱动器，3-电源适配器，4-減速器，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,15-金属支杆。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式作详细描述。本技术的单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置包括1个发射天线阵列、I个接收天线阵列、天线阵列圆盘支架、滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、发射模块、接收模块、伺服控制模块、电机、频率合成模块、信号处理模块和显控模块；其中伺服控制模块用于控制电机的驱动轴以ー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，以使其可以旋转300度。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发射天线阵列和接收天线阵列，其中该发射天线阵列和接收天线阵列之间的间隔是0. 5-5cm，优选间隔是2cm，更优选间隔是1cm。每个天线阵列是以竖直方式固定在天线阵列圆盘的边缘上，如图I所示。另外，该发射天线阵列和接收天线阵列是等长的，如图2所示。滑轨的弧度为300度，其直径与天线阵列圆盘一致或者稍大几个厘米。驱动圆盘与天线阵列圆盘ー样大，2个金属支杆以相对且在一条直线上的方式安装在天线阵列圆盘和驱动圆盘的边缘两端，金属支杆的一端固定到天线阵列圆盘的边缘，另一端固定到驱动圆盘的边缘。固定方式可以是多种，常用的为焊接方式。驱动圆盘的底部边缘处安装有3-10个滑轮，滑轮位于滑轨上。滑轮的具体个数依据圆盘的直径而定。电机可以以齿轮啮合、驱动杆或皮带轮等任何公知的方式来使驱动圆盘沿着滑轨转动，由干天线阵列圆盘和驱动圆盘通过本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像装置，其包括滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、电机、频率合成模块、发射模块、I个发射天线阵列、I个接收天线阵列、接收模块、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； 滑轨的弧度为300度，其直径与天线阵列圆盘一致； 驱动圆盘与天线阵列圆盘ー样大，2个金属支杆以相对且在一条直线上的方式安装在天线阵列圆盘和驱动圆盘的边缘两端，金属支杆的一端固定到天线阵列圆盘的边缘，另ー端固定到驱动圆盘的边缘，该驱动圆盘的底部边缘处安装有3-10个之间的任意个滑轮，该滑轮位于滑轨上； 伺服控制模块用于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O到M度顺时针旋转，260 < M < 300度； 电机使该驱动圆盘沿着滑轨转动，从而带动天线阵列圆盘转动； 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接收模块； 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，每ー个发射天线阵列有N个天线単元，每个天线单元对应一路发射通道，每个天线阵列有N路电开关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，每ー个接收天线阵列有N个天线単元，每个天线单元对应一路接收通道，每个天线阵列有N路电开关控制接收通道的分时工作，即开通和关断，其中64彡N彡256 ; 接收模块用于对接收到的回波信号进行功率放大、滤波、混频处理，实现将射频回波信号变换到中频回波信号，其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； 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...

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