CN101644770A - 被动式毫米波成像系统 - Google Patents

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Abstract

被动式毫米波成像系统，它涉及一种毫米波成像系统。它解决了现有毫米波成像系统通过焦面阵成像的方式导致的系统成像时间长、实时性差，以及获得的图像分辨率低的问题。它的金属反射板将待测目标辐射出的电磁波反射至并经介质透镜汇聚至接收天线上，接收到的信号先后经毫米波段高增益低噪声放大器、高灵敏度平方律检波器、低通滤波器滤波和低频放大器处理后由数字采集电路进行采集，采集到信号传输至计算机中进行成像处理。本发明适用于安检领域。

Description

被动式毫米波成像系统
技术领域
本发明涉及一种毫米波成像系统。
背景技术
任何高于绝对零度的物体都会辐射波段不同的电磁波，不同材料的物体所辐射出的能量为其辐射率与绝对温度的乘积。毫米波段电磁波具有良好的绕射特性，能够穿透衣物检测人体携带物品。现有的毫米波成像系统采用的辐射计组成焦平面进而获得图像，组成焦平面元件的主要采用直接检波式辐射计和超外差式辐射计，前者较容易组成焦平面阵，但对检波器灵敏度要求高，不容易获得高分辨率图像；后者的温度分辨率高，但电路结构复杂、体积较大，在组成焦面阵时更存在天线排布以及本振信号传输问题，且更可能存在逆向辐射；而采用辐射计组阵虽然能大大减小单通道辐射计扫描成像所需要的成像时间，但会产生多通道一致性问题。准光路核心是设计一个满足系统空间采样率与视域范围要求的准光路系统，包括聚焦元件，接收天线阵及扫描系统。采用焦面天线阵系统成本较高，因此一般将天线排布为一维线阵结合扫描结构实现对目标平面的扫描。为了获得校尺寸焦斑，需要采用聚焦元件，聚焦元件可以是抛物反射面或是介质透镜，而介质透镜因为较宽的可用扫描角及较低的机械加工精度要求，在毫米波段可获得更高的性价比。现有的毫米波成像系统有两种准光路方式，一是采用焦面阵上排布很多的接收机阵列实现对视场的覆盖，这种方式要求接收机数量很大，导致系统成本很高；二是采用单通道接收机，通过接收机的移动与采样实现对视场的覆盖，其成像速度很慢。
发明内容
本发明是为了解决现有的毫米波成像系统成像时间长、实时性差、获得的图像分辨率低、需要使用大量接收机导致成本较高的问题，从而提供一种被动式毫米波成像系统。
被动式毫米波成像系统，它包括介质透镜和金属反射板，被动式毫米波成像系统还包括辐射计系统、数字采集电路和计算机；所述辐射计系统由接收天线、毫米波段高增益低噪声放大器、高灵敏度平方律检波器、低通滤波器和低频放大器组成；所述接收天线的信号输出端与毫米波段高增益低噪声放大器的信号输入端连接，所述毫米波段高增益低噪声放大器的信号输出端与高灵敏度平方律检波器的信号输入端连接，高灵敏度平方律检波器的信号输出端与低通滤波器的信号输入端连接，所述低通滤波器的信号输出端与低频放大器的信号输入端连接，所述低频放大器的信号输出端与数字采集电路的采样信号输入端连接，所述数字采集电路的采样信号输出端与计算机的采样信号输入端连接；反射板将待测目标辐射出的电磁波反射至介质透镜，经介质透镜汇聚至接收天线上。
有益效果：本发明采用排布于焦面的辐射计系统进行成像，成像时间短、满足了成像的实时性要求，获得的图像分辨率高，并且辐射计系统无需对视场进行覆盖，大大降低了系统成本。本发明具有安全、实时、准确、方便等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；图2是本发明具体实施方式三的结构示意图；图3是本发明的具体实施方式四的结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合图1说明本具体实施方式，被动式毫米波成像系统，它包括介质透镜9和金属反射板10，被动式毫米波成像系统还包括辐射计系统1、数字采集电路7和计算机8；所述辐射计系统1由接收天线1-1、毫米波段高增益低噪声放大器1-2、高灵敏度平方律检波器1-3、低通滤波器1-4和低频放大器1-5组成；所述接收天线1-1的信号输出端与毫米波段高增益低噪声放大器1-2的信号输入端连接，所述毫米波段高增益低噪声放大器1-2的信号输出端与高灵敏度平方律检波器1-3的信号输入端连接，高灵敏度平方律检波器1-3的信号输出端与低通滤波器1-4的信号输入端连接，所述低通滤波器1-4的信号输出端与低频放大器1-5的信号输入端连接，所述低频放大器1-5的信号输出端与数字采集电路7的采样信号输入端连接，所述数字采集电路7的采样信号输出端与计算机8的采样信号输入端连接；反射板10将待测目标辐射出的电磁波反射至介质透镜9，经介质透镜9汇聚至接收天线1-1上。
工作原理：被动式毫米波成像的主要参数包括温度分辨率、空间分辨率以及视域范围。温度分辨率主要由辐射计系统1的检波方式、检波带宽、积分时间及噪声系数决定；空间分辨率主要由系统中的聚焦元件(介质透镜9)、系统工作距离及工作频带决定；视域范围主要由聚焦元件(介质透镜9)可用扫描角、接收天线排布方式及系统工作距离决定。
本发明将待测目标所辐射的毫米波经过金属反射板10反射后被介质透镜9接收并汇聚于接收天线2的相位中心，被接收天线2接收的毫米波能量进入辐射计系统1，经过低噪声放大器3放大后直接由平方律检波器4检波，由低通滤波器5滤波后得到低频及直流信号，通过模拟低频放大器6放大后由数字采集电路7采样得到数字信号，最后由计算机8进行数据处理，采用反演算法获得毫米波图像。
本实施方式可以采用具有宽角扫描特性、介质材料具有低损耗特性、相对介电常数在2～4之间的透镜，透镜面向天线一面称为照明面，面向反射板一面称为阴暗面。介质透镜9的作用是将目标11辐射出且被转动扫描金属反射板10反射的电磁波汇聚于接收天线1-1。
本实施方式中数字采集电路7对辐射计1输出的模拟信号进行采样、编码，计算机8使一定的辐射计1输出电压对应图像的某一灰度值。在校准过程中应对不同辐射计系统1通道的输出数据进行处理，使多通道辐射计系统1具有相同的电压亮温关系。
具体实施方式二、本具体实施方式与具体实施方式一所述的被动式毫米波成像系统的区别在于，它还包括带有控制器的步进电机11，所述带有控制器的步进电机11的转子的轴与金属反射板10的中心固定连接；计算机8的步进电机控制信号输出端与带有控制器的步进电机11的控制信号输入端连接。所述带有控制器的步进电机11用于带动金属反射板10转动。
本实施方式中的金属反射板利用金属对电磁波的反射作用，能够改变电磁波传播方向，并且利用步进电机11带动金属反射板10的绕轴转动完成对待测目标的纵向扫描。金属反射板10面向透镜的一面应具有较高的平坦度及表面抗氧化能力，步进电机11应保证在金属反射板10扫描过程中不产生影响图像质量的震动。
具体实施方式三、结合图2说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式一或二所述的被动式毫米波成像系统的区别在于，所述辐射计系统1为按照空间奈奎斯特采样定律排布的多组辐射计系统1，且每组辐射计系统1的接收天线1-1均指向介质透镜9的中心，所述每个辐射计系统1的接收天线1-1的相位中心到介质透镜9的照明面中心点的距离均相同。
具体实施方式四、结合图2和图3说明本具体实施方式，本具体实施方式与具体实施方式三所述的被动式毫米波成像系统的区别在于，它还包括校准模块12，所述校准模块12由加热或制冷装置121、下开口的金属支架122和高辐射率材料的薄板123组成，所述加热或制冷装置121固定在金属支架122的外面，高辐射率材料的薄板123固定在金属支架122开口处的内壁上；所述校准模块12悬挂于接收天线1-1的上方，计算机8的校准控制信号输出端与校准模块12的校准控制信号输入端连接。
本实施方式的校准模块在对辐射计系统1进行校准时，由计算机8控制校准模块12先在加热后的校准模块对准天线1-1，使天线1-1波瓣完全照射在校准模块12上，此时计算机8记录输出数据A；然后计算机8控制电机将制冷后的校准模块12对准天线1-1，同样使天线1-1波瓣完全照射在校准模块12上，并由计算机8记录输出数据B。根据不同通道的辐射计输出数据A和B，由计算机8对各通道数据进行处理，使多通道辐射计1具有相同的电压亮温关系。校准模块12应具有均匀的温度分布以及较高的辐射率，本实施方式可以根据需要采用转动电机完成校准模块的运动。

Claims (4)

1、被动式毫米波成像系统，它包括介质透镜(9)和金属反射板(10)，其特征是：被动式毫米波成像系统还包括辐射计系统(1)、数字采集电路(7)和计算机(8)；所述辐射计系统(1)由接收天线(1-1)、毫米波段高增益低噪声放大器(1-2)、高灵敏度平方律检波器(1-3)、低通滤波器(1-4)和低频放大器(1-5)组成；所述接收天线(1-1)的信号输出端与毫米波段高增益低噪声放大器(1-2)的信号输入端连接，所述毫米波段高增益低噪声放大器(1-2)的信号输出端与高灵敏度平方律检波器(1-3)的信号输入端连接，高灵敏度平方律检波器(1-3)的信号输出端与低通滤波器(1-4)的信号输入端连接，所述低通滤波器(1-4)的信号输出端与低频放大器(1-5)的信号输入端连接，所述低频放大器(1-5)的信号输出端与数字采集电路(7)的采样信号输入端连接，所述数字采集电路(7)的采样信号输出端与计算机(8)的采样信号输入端连接；反射板(10)将待测目标辐射出的电磁波反射至介质透镜(9)，经介质透镜(9)汇聚至接收天线(1-1)上。
2、根据权利要求1所述的被动式毫米波成像系统，其特征在于它还包括带有控制器的步进电机(11)，所述带有控制器的步进电机(11)的转子的轴与金属反射板(10)的中心固定连接；计算机(8)的步进电机控制信号输出端与带有控制器的步进电机(11)的控制信号输入端连接。
3、根据权利要求1或2所述的被动式毫米波成像系统，其特征在于所述辐射计系统(1)为按照空间奈奎斯特采样定律排布的多组辐射计系统(1)，且每组辐射计系统(1)的接收天线(1-1)均指向介质透镜(9)的中心，所述每个辐射计系统(1)的接收天线(1-1)的相位中心到介质透镜(9)的照明面中心点的距离均相同。
4、根据权利要求3所述的被动式毫米波成像系统，其特征在于它还包括校准模块(12)，所述校准模块(12)由加热或制冷装置(121)、下开口的金属支架(122)和高辐射率材料的薄板(123)组成，所述加热或制冷装置(121)固定在金属支架(122)的外面，高辐射率材料的薄板(123)固定在金属支架(122)开口处的内壁上；所述校准模块(12)悬挂于接收天线(1-1)的上方，计算机(8)的校准控制信号输出端与校准模块(12)的校准控制信号输入端连接。
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