CN102668240B - 用于高频成像系统的接收装置 - Google Patents

用于高频成像系统的接收装置 Download PDF

Info

Publication number
CN102668240B
CN102668240B CN201080049720.7A CN201080049720A CN102668240B CN 102668240 B CN102668240 B CN 102668240B CN 201080049720 A CN201080049720 A CN 201080049720A CN 102668240 B CN102668240 B CN 102668240B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
synthesizer
receiving equipment
receiving
digital
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201080049720.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102668240A (zh
Inventor
理查德·斯蒂林-加拉彻
拉夫·伯恩科
王琪
斯特凡·科克
马克·古索尔
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Publication of CN102668240A publication Critical patent/CN102668240A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN102668240B publication Critical patent/CN102668240B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/26—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture
    • H01Q3/30—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array
    • H01Q3/34—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means
    • H01Q3/36—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters
    • H01Q3/38—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system varying the relative phase or relative amplitude of energisation between two or more active radiating elements; varying the distribution of energy across a radiating aperture varying the relative phase between the radiating elements of an array by electrical means with variable phase-shifters the phase-shifters being digital
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/887—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for detection of concealed objects, e.g. contraband or weapons
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/03—Details of HF subsystems specially adapted therefor, e.g. common to transmitter and receiver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01Q—ANTENNAS, i.e. RADIO AERIALS
    • H01Q3/00—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system
    • H01Q3/02—Arrangements for changing or varying the orientation or the shape of the directional pattern of the waves radiated from an antenna or antenna system using mechanical movement of antenna or antenna system as a whole

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Variable-Direction Aerials And Aerial Arrays (AREA)

Abstract

本发明涉及一种适于接收高频图像信号的接收设备(1；10；20)，包括：一个或多个接收机信道，每个接收机信道包括具有适于接收高频图像信号的若干天线元件(3)的天线图案(2)；接收装置(4)，该接收装置(4)适于将通过所述天线元件(3)接收的高频图像信号处理成基带信号；模数转换装置(7)，该模数转换装置(7)适于将来自接收装置(4)的基带信号转换成数字信号；以及相移装置(8)，该相移装置(8)适于对数字信号进行相移，所述接收设备(1；10；20)还包括合成装置(9)，该合成装置(9)适于将来自接收机信道的经相移的数字信号合成为合成信号。本发明还涉及相应的接收方法以及成像装置及方法。

Description

用于高频成像系统的接收装置
本发明涉及高频图像信号被接收设备接收和感测的辐射成像系统的领域。
这样的接收或感测设备的应用示例有成像系统、安全性筛查、违禁品检测等，以及例如，使能隐藏在衣服下或隐藏在包中的诸如武器、液体、药品等的可疑项被检测出并且被可视化并呈现在适当的图像画面上的图像中从而以便被安保人员容易地识别出。其他潜在应用的示例有医疗或工业应用，例如，诸如用于质量控制等。
辐射成像利用电磁辐射来获得任意物体的图像。通过利用不同的频率/波长，可获得不同图像并且可获得被成像的物体的不同特性。从1.000mm到1mm的波长范围通常被称为微波。其他定义涉及，300mm为微波频谱的上边界并且10mm为下边界。在从100mm到10mm的范围内的电磁辐射通常被称为厘米波，并且从10mm到1mm范围内的辐射通常被称为毫米波。亚毫米波通常在从1mm到0.1mm的范围内，但是还可包括从红外起的更短波长。亚毫米波还被称为太赫辐射。波长越短，可获得的分辨率越高。微波、毫米波以及亚毫米波例如可穿透衣服或包并且因此可被用于检测被隐藏他们下方的物体。
在辐射成像的领域中，存在主动和被动接收机(或传感器)。最终，物体可通过纯反射以外的其他机制与被发射的辐射交互，例如，可对辐射进行变换、调制、衰减等或者甚至改变其频率。术语“被反射的辐射”被用于指物体所发射、反射、生成等的所有响应辐射。微波频谱中的主动传感器通常被称为雷达传感器。然而，主动传感器可在微波、毫米波以及太赫区域中工作。被动传感器(或接收机)感测或接收从物体发射的电磁辐射，但不生成并且不向物体发送电磁辐射。被动传感器的一个示例是这样一种传感器，在当他们例如用在机场的安全性筛查设备中或者要求对人眼不能检测到的被携带在衣服下面或包中的诸如武器、液体、炸弹、刀具、金属等可疑物体进行检查的其他装置中时，其根据普朗克定律(黑体辐射)来感测物体所发射的毫米波、亚毫米波或太赫波。
为了获得物体的图像，感测设备(接收设备)必须扫描二维视场。因此，可以使用一维天线阵列(具有电子地或机械地被移动的一维的天线元件或天线贴片线路)来创建二维图像。创建二维图像的另一种可能方法是使用相位化天线阵列，此相位化天线阵列包括被布置在二维中的多个单个天线元件，用于通过改变每个单个天线元件或贴片的相位来执行完全的电子扫描。
为了实现二维图像的扫描通常通过在方位角和俯仰角方向机械地移动尖波束天线(或窄波天线元件或贴片的一维布置)来执行，其中，每个位置对应于最终的图像的一个像素。为了使传感器或接收机高效，需要识别在被检测的物体和其环境之间的辐射温度差，例如，人体温度和被隐藏在衣服下面的物体之间的差。为了解决现有技术系统中的这些温度差，针对固定时段接收的信号被积分用于每个像素，从而温度分辨率与积分时间成反比。为了实现充分的温度分辨率，通常的现有技术系统因此非常慢，因此，尖波束天线需要在每个位置停留所需的积分时间的持续时间。替代地，某些现有技术系统通过实现大量并行的接收机(他们可并行地积分多个点(像素))实现了适当的扫描速度，但是由于设备的复杂结构而导致解决方案成本非常高。
本发明的目的因此是提供接收设备和方法以及成像设备和方法，他们一方面允许以精细的温度分辨率或高灵敏度来对物体成像，另一方面具有相对简单的结构。
上述目的通过根据权利要求1的接收设备和根据权利要求13的接收方法以及根据权利要求11的成像设备和根据权利要求14的成像方法来实现。
根据本发明的接收设备适于接收高频信号并适于基于接收到的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使得能够生成图像。接收设备包括两个或更多个接收机信道，每个接收机信道包括：天线图案，该天线图案具有若干天线元件，天线元件适于接收高频信号；接收装置，该接收装置适于将通过所述天线元件接收的高频信号处理成基带信号；模数转换装置，该模数转换装置适于将来自接收装置的基带信号转换成数字信号；以及相移装置，该相移装置适于对数字信号进行相移，其中，所述接收设备还包括合成装置，该合成装置适于将来自接收机信道的经相移的数字信号合成为所述合成信号。
根据本发明的一种接收方法适于接收高频信号并基于接收的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使得能够生成图像。该方法包括在每个包括具有若干天线元件的天线图案的两个或更多接收信道的每个接收信道中的如下步骤：在所述天线元件的每个天线元件中接收高频信号，将通过所述天线元件接收的高频信号处理成基带信号，将基带信号模数转换成数字信号，以及对数字信号进行相移，并且将来自各个接收信道的经相移的数字信号合成为合成信号。
根据本发明的成像方法包括本发明的接收方法的步骤，并且另外包括从所述合成信号生成图像的步骤。
本发明因此建议通过对从多个天线图案获得的多个信号进行相位合成以利用基带处的数字波束形成来使能利用简单结构或布置但以高灵敏度(精细分辨率)的成像。由于无需实现大量宽带射频(高频)相移器，本发明相比于现有技术是有利的。此外，在本发明中只需相对较少数目的模数转换器，同时与现在技术相比，使能更快速的处理和更高的温度灵敏度。另外，与已知系统相比，本发明所要求的信号处理复杂度更低。
本发明适合操作用于任何种类的主动和被动成像系统，并且适合于如在背景中所说明的所有合适的高频区域。
有利地，本发明的接收设备包括相移控制装置，该相移控制装置适于改变接收机信道的相移装置的相移。
此外，有利地，从模数转换装置输出的数字信号是复数信号，并且所述相移装置适于执行复数乘法。
此外，有利地，从模数转换装置输出的数字信号是复数信号，并且所述合成装置适于执行复数加法。
此外，有利地，本发明的接收设备包括机械转向装置，该机械转向装置适于机械的对所述天线图案进行转向。在本发明的此方面中，提出机械扫描方法和电子扫描方法的组合，其中，通常在要生成的二维图像的一维中，通过改变相移来执行电子扫描，并且通过对天线图案的机械移动来执行另一维度的扫描。
替代地，每个接收机信道包括傅立叶变换装置，该傅立叶变换装置被布置在模数转换装置后并且适于对所述数字信号执行傅立叶变换，所述傅立叶变换装置适于执行F点变换并具有F个输出线路，F是整数(等于或大于1的任何合适的整数)。在本发明的此方面中，在要被生成的二维图像的两个维度都执行电子扫描。在第一维度中，通过改变相移来执行扫描。在第二维度中，通过利用本地振荡器频率的变化和上述傅立叶变换装置对天线图案的天线元件进行的频率转向来执行扫描。
在本发明的此方面中，接收设备有利地包括F个合成装置，其中，所述相移装置分别布置在所述模数转换装置和所述傅立叶变换装置之间，并且其中，所述F个合成装置中的各合成装置接收来自各个傅立叶变换装置的一个输出线路(相应第F个输出线路)，即，每个合成装置接收来自傅立叶变换的、与接收机信道的数目相同的多个输出线路。
替代地，在本发明的同样的方面中，接收设备有利地包括F个合成装置，其中，所述相移装置分别布置在所述傅立叶变换装置的F个输出线路中的各输出线路中，并且其中，所述F个合成装置中的各合成装置接收来自各个傅立叶变换装置的相应第F个输出线路。换句话说，每个合成装置接收各个傅立叶变换装置的一个输出线路的经相移的信号，即，每个合成装置接收与接收设备中的接收机信道的数目相等数目的线路。
此外，替代地，在本发明的相同方面中，接收设备包括F×L个合成装置(9)，其中，每个所述傅立叶变换装置的F个输出线路中的各输出线路被分为L个支路(或输出线路)，每个支路(或输出线路)包括相应的相移装置，并且其中，每个合成装置接收来自各个傅立叶变换装置的相应第F个输出线路中的每个的第L支路(输出线路)。
此外，有利地，本发明的接收设备包括：本地振荡器装置，该本地振荡器装置适于向各接收装置提供本地振荡器信号；以及本地振荡器控制装置，该本地振荡器控制装置适于改变本地振荡器信号的频率以改变天线图案的接收特性，并因此对天线图案执行频率转向。
本发明的成像设备包括如上所述的接收设备，并且另外包括适于从自合成装置获得的合成信号生成图像。处理装置的具体结构依赖于具体实现方式。例如，在成像设备是被动成像设备的情况中，处理装置可包括绝对值计算装置和积分计算装置，以及另外必要的处理元件，以便获得二维图像，并将图像显示在合适的画面等上。在成像设备是主动成像设备的情况中，处理装置将需要另外的处理元件，以便将来自合成装置的输出信号变换成可呈现在图像画面等上的二维图像。
应理解，本发明的接收设备、成像设备以及接收方法和成像方法可应用于任何种类的适当应用，其中，高频信号被接收或被感测或被检测以便被呈现在适当图像画面等上的图像中。经由包括若干天线元件的天线图案来接侧或感测图像信号这里是指在特别适合于检测一个或多个物体的频率区域中以无线的方式来感测物体。术语“高频”意在覆盖如在本说明书的背景中所提到的所有潜在的合适频率区域。
在下面根据附图对优选实施例的描述中更加详细地说明本发明，其中：
图1示出本发明的接收设备和处理装置的第一实施例的示意性框图；
图2示出对天线特性的相位合成的示意性说明；
图3示意性地说明第一实施例中的二维图像像素空间的扫描；
图4示出本发明的接收设备和处理装置的第二实施例的示意性框图；
图5示意性地示出第二实施例中的二维图像像素空间的扫描；
图6示出根据本发明的接收设备和处理装置的第三实施例的示意性框图，并且
图7示意性说明第三实施例中的二维图像像素空间的扫描。
在详细描述本发明之前，有必要论述用于被动成像以及不同的方法的辐射的基本理论。对于在被动成像中使用的标准总功率辐射接收机，温度分辨率ΔT被给定为：
ΔT = T A + T REC Bt
其中，TA是在接收机输入处测定的温度，TREC是接收机的噪声温度，B是每个点的信号的带宽，并且t是积分时间。因为点的带宽B和接收机噪声温度TREC(与接收机的噪声指数有关)通常由硬件约束设定(特别是在具有挑战性的毫米和太赫频率处)，因此需要使用一定的积分时间t以实现所需的温度灵敏度。对于通常的安全性应用，所需的温度分辨率可以低如0.3开氏度。
为了形成X像素宽并且Y像素高的完整图像帧，尖波束天线可被机械地移动到要被扫描的项上的不同位置。形成图像的总时间(不包括机械移动时间)因此由X×Y×t秒给定，对于要求精细温度分辨率(高灵敏度)的通常的安全性应用，其可能为一段长时间。
为了解决此问题，可实现利用机械扫描的全并行接收机，其中，每个接收机并行地检查完整图像的不同部分(通常为一个像素)，以增大速度。如果假定P个并行接收机被使用，则对于完整图像的总时间因此为：
X × Y × t p .
然而，此方法的缺点在于成本变得非常高，因为需要P倍的硬件。
因此，为了减轻扫描所需的不可靠的机械部分，本发明提出电子扫描用于被动(和主动)成像。本发明的一个优点是利用合理数量的RF硬件和信号处理复杂度实现了这样的方法。
图1示出根据本发明的接收设备1的第一示例。本发明的接收设备1包括两个或更多个接收机信道，在图1所示的第一实施例中，接收设备1包括N个接收机信道，N是大于0的整数。接收设备1的每个接收机信道包括相同的元件。如图1中所示，每个接收机信道包括天线图案2，天线图案2具有若干天线元件3，在所示的示例中为M个天线元件3，M为大于1的整数。术语“天线元件3”因此特征在于单个天线元件以贴片(patch)天线之类形成。每个天线元件3并且因此每个天线图案2适于接收高频信号，并且更具体地，适于(作为上面所说的主动成像系统或被动成像系统的部分)感测和接收从任何种类的物体辐射的高频信号。在图1所示的示例中，天线元件3被布置为直线，但是他们可被布置为任何种类的布置，包括任何种类的一维或二维布置，只要适合于相应应用即可。天线图案2所拾取和接收的高频信号被转发到接收装置4，接收装置4然后适于将这些高频(图像)信号处理成基带信号，这些基带信号然后作为I部和Q部被提供给模数转换装置7(在所示的示例中为双重模拟-数字装置)。接收装置4例如可包括RF(射频)或HF(高频)前端5，前端5由一个或多个低噪声放大器构成。接收装置4还可包括下变频和IQ混合装置6，下变频和IQ混合装置6适于对从前端5输出的信号进行下变频到基带作为IQ信号。替代地，利用各个阶段的中间放大器，可提供若干下变频阶段。下变频功能被提供来自各个单个的或者一个公共的本地振荡器装置13的本地振荡器信号。
从模数转换装置7输出的数字信号(通常为复数信号)被提供到相移装置8，相移装置8适于偏移从模数转换装置7输出的复数字信号的相位。如图1的示例中所示，相移装置8例如可通过使模数转换装置7的输出与ejθ的复数乘法来实现，
ejθ＝(cos(θ)+j×sin(θ))。
如图1中所示，由相移装置8执行的相移分别受相移控制装置11的控制，相移控制装置11也是接收设备1的部分。第一接收机信道的相移控制装置11控制相移装置8使数字信号相移φ1。第二接收机信道的相移控制装置11控制相移装置8使数字信号相移φ2。第N接收机信道的相移控制装置11控制相移装置8使数字信号相移φN，如图1所示。在典型实现中，N个接收机信道的相移控制装置11为针对所有接收机信道的同一个(一个公共的)相移控制装置，但是可以对各接收机信道使用不同的相移控制装置11。然而，在此情况中，中央控制元件看来是有必要的，以控制各个相移控制装置11。通过对N个接收机信道中的数字信号应用合适的相移，天线图案2的接收特性可成形为并控制为形成窄或尖的天线波束，如图2中图示的。图2示出N＝8个天线图案2的情形，天线图案2各自具有窄波束特性。如果接收设备1中的每个天线图案2的窄波束特性交叠以能够一次处理一个点(一个像素)的图像信息则是有利的。这通过合成装置9来完成，合成装置9例如是适于对从各个接收机信道中的相移装置8接收的经相移的数字信号执行复数加法的复数加法装置。从合成装置9输出的合成数字信号然后进一步在处理装置14中被处理，这依赖于相应实现方式。在接收设备1和14是被动成像设备的部分的情况中，1处理装置4可包括用于执行绝对值计算运算的装置15和适于积分针对所需积分时间t的信号的积分装置16。在主动成像系统中，合成装置9的输出将以不同的方式被处理。
通过改变相移φ1，φ2，...，φN，相移控制装置11被改变为在要被检测的二维图像的一维中移动尖点(或像素)的位置，如图2中所示。在图2中所示的示例中，相移的变化在俯仰角方向移动点，依赖于实现方式，也可选择任何其他方向。通过在并行的接收机信道中的相移变化，所检测到的或接收的要被扫描的目标区域的点可在一个方向中被扫描，同时不同点的图像信息按照串行的方式进一步在处理装置14中被处理。为了在二维图像空间中的其他方向(例如，方位角方向)移动点，可选择任何合适的实现方式，机械的或者和电子的。在机械的实现方式被选择的情况中，其中，天线图案2的天线元件3在方位角方向被移动，这导致电子扫描方法和机械扫描方法的交织。
然而，如所述的，也可在图像空间的第二维中实现电子扫描，如下面根据第二和第三实施例进一步说明的。
图4示出根据本发明的接收设备10以及四个处理装置14的示意性框图。第二和第三实施例的总思想是操纵作为频率转向天线的N个接收机信道的天线图案2的元件3，以使得在方位角方向的响应(即，检测到的点)的准确峰位置依赖于相应选择的FFT的F-输出和用于对各个接收装置4中接收的高频信号进行下变频的频率，即，各接收机信道的本地振荡器13(其提供对各接收机信道中的各接收装置4的下变频器6的本地振荡器信号)的频率。通过改变由本地振荡器装置13提供的本地振荡器信号，例如，在各接收机信道中的本地振荡器控制装置17的控制下，经下变频的射频信号的中心频率被改变，并且可假定天线图案2的辐射图案的不同方位角位置具有小的步长大小，并且然后可在FFT装置中利用快速傅立叶变换来进行检查以分辨不同的频率步长。
除了各接收机信道包括在相移装置8后布置的、适用于对从模数转换装置7输出的复数字信号(IQ部)执行傅立叶变换的FFT装置12以外，本发明的第二实施例的接收装置10中包括的结构和元件与第一实施例的接收设备1的那些元件相同，针对第一实施例的所有描述也适用于第二实施例。傅立叶变换装置12分别适于执行F点傅立叶变换(F是大于1的整数)并且每个傅立叶变换装置12具有F个输出线路。从而，接收设备10包括F个合成装置9，其中，相移装置8分别被布置在各傅立叶变换装置12的F个输出线路的各线路中，并且其中，F个合成装置9中的各个合成装置9接收来自各个傅立叶变换装置的相应的(经相移的)第F输出线路。在第二实施例的示例中，FFT装置12分别为各自具有四个输出线路的四点FFT装置，因此各接收信道的相移装置8以与上面对第一实施例描述的相同方式由相移控制装置11控制。应注意，在接收设备10的各接收信道的FFT装置12的输出线路中的相移装置8分别对从FFT装置12输出的信号施加相同的相移。因为第二实施例的FFT装置12是所示示例中的四点FFT装置12，所以接收设备10包括4个合成装置9，各合成装置9将分别来自各接收信道的FFT装置12的第一、第二、第三和第四输出线路的信号进行合成。其他方面，第二实施例的相移装置8和合成装置9的功能与第一实施例中已经描述的各功能相同。
在第二实施例的替代方案中，相移装置8不是被置于FFT装置12的输出线路中，而是可位于模数转换装置7和FFT装置12之间的I线路和Q线路中。
如上所述，4点FFT装置12的示例仅是一个示例，并且可使用任何大小的FFT，但是在实践中，FFT的大小受到要被检测的图像点的所需带宽以及各模数转换装置7能够提供的带宽的限制。第二实施例的示例可提供的四个图像点被示出在图4的示意性像素空间中。本方法的很大优点在于可同时处理F个像素(点)，因此电子地扫描图像像素空间所需的时间可大大减少。替代地，对于相同处理和扫描时间，温度灵敏度可提高。为了扫描方位角方向的二维图像空间(即在方位角方向高效地移动4个图像点)，利用供本地振荡器13使用的频率的变化。要使用的准确的本地振荡器频率步长依赖于每个点的带宽和FFT装置12的大小(F)。应注意，通常，具有相同频率的本地振荡器信号被提供到各接收机信道中的接收装置4的各自下变频装置6，从而本地振荡器信号可由通过一个公共的本地振荡器控制装置17所控制的一个公共的本地振荡器装置13来生成和提供。
对从各合成装置9输出的合成信号的处理依赖于接收装置是被动成像系统还是主动成像系统的相应实现方式，正如上面根据第一实施例所说明的。从合成装置输出的各合成信号因此被提供到相应的处理装置14，处理装置14适于执行相应的所需进一步处理，以便生成相应的图像信号，正如上面根据第一实施例所说明的。
为了进一步提高第二实施例的速度和/或温度灵敏度方面的性能，第三实施例提出同时处理更多的图像点(图像像素)。在此方法中，多个相移同时并且并行地被施加到各接收机信道中的各FFT装置12的每个输出线路。换句话说，第三实施例的接收设备20的各接收机信道的各傅立叶变换装置12的F个输出线路中每个输出线路被分支为L个支路(或线路)，其中，每个支路包括由相应相移控制装置11控制的相应相移装置8。如图6中所示的第三实施例的接收设备20还包括F×L个合成装置9，每个合成装置9接收来自各接收机信道的各FFT装置12的相应第F个输出线路的第L个分支。因此，在各FFT装置12中的各输出线路中的信号被同时以L个不同的相移被偏移。来自各合成装置9的各合成输出信号在处理装置14中被进一步处理，这依赖于相应的实现方式，如根据第一和第二实施例所描述的。图6中所示的第三实施例的接收设备20的所有其他元件分别对应于根据第二和第一实施例所描述的那些元件。从实施的角度来看，第三实施例的接收设备20使得仅利用N个FFT装置12和N个模数转换装置7就能够同时并且并行地处理和生成许多图像像素。图7示出通过第三实施例的接收设备20扫描的维度图像空间的示意性示例。如所示，F×L个图像点(像素)可同时被扫描。
应理解，针对各种实施例的接收设备1、10和20所描述的各种元件和装置可通过任何种类的适当硬件、软件或他们的任何种类的适当组合来实现。术语“装置”意在涵盖任何种类的适当单元、元件、设备、单元或设备的部分等等，以及对上面描述的功能的任何种类的可能的技术实现。此外，对根据本发明的接收设备或成像设备的真实世界的实现可能需要为了简明而在附图中未示出以及在本说明书中未描述的另外的元件、功能、单元等。

Claims (14)

1.一种接收设备(1；10；20)，该接收设备适于接收高频信号并且适于基于接收的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使能生成图像，所述接收设备包括两个或更多个接收机信道，每个接收机信道包括
天线图案(2)，该天线图案(2)包括若干天线元件(3)，所述天线元件(3)适于接收高频信号；
接收装置(4)，该接收装置(4)适于将通过所述天线元件(3)接收的高频信号处理成基带信号；
模数转换装置(7)，该模数转换装置(7)适于将来自所述接收装置(4)的基带信号转换成数字信号；以及
相移装置(8)，该相移装置(8)适于对所述数字信号进行相移使得在要被检测的二维图像中的一维中移动像素的位置，
所述接收设备(1；10；20)还包括合成装置(9)，该合成装置(9)适于将来自所述接收机信道的经相移的数字信号合成为合成信号。
2.根据权利要求1所述的接收设备(1；10；20)，
包括相移控制装置(11)，该相移控制装置(11)适于改变所述接收机信道的相移装置的相移。
3.根据权利要求1所述的接收设备(1；10；20)，
其中，从所述模数转换装置(7)输出的所述数字信号是复数信号，并且所述相移装置(8)适于执行复数乘法。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的接收设备(1；10；20)，
其中，从所述模数转换装置(7)输出的所述数字信号是复数信号，并且所述合成装置(9)适于执行复数加法。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的接收设备(1；10；20)，
包括机械转向装置，该机械转向装置适于机械的对所述天线图案进行转向。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的接收设备(1；10；20)，
其中，每个接收机信道包括傅立叶变换装置(12)，该傅立叶变换装置(12)被布置在所述模数转换装置(7)后并且适于对所述数字信号执行傅立叶变换，所述傅立叶变换装置(12)适于执行F点傅立叶变换并具有F个输出线路，F是整数。
7.根据权利要求6所述的接收设备(1；10；20)，
包括F个合成装置(9)，其中，所述相移装置(8)分别布置在所述模数转换装置(7)和所述傅立叶变换装置(12)之间，并且其中，所述F个合成装置(9)中的各个合成装置(9)接收来自各个傅立叶变换装置(12)的相应的第F输出线路。
8.根据权利要求6所述的接收设备(1；10；20)，
包括L个合成装置(9)，其中，所述相移装置(8)分别布置在所述傅立叶变换装置(12)的F个输出线路中的各个输出线路中，并且其中，F个合成装置(9)中的各个合成装置(9)接收来自各个傅立叶变换装置(12)的相应的第F输出线路。
9.根据权利要求6所述的接收设备(1；10；20)，
包括F×L个合成装置(9)，其中，每个所述傅立叶变换装置(12)的F个输出线路中的各输出线路被分为L个支路，每个支路包括相应的相移装置(8)，并且其中，各个合成装置(9)接收来自各个傅立叶变换装置(12)的相应的第F个输出线路中每个的第L支路。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的接收设备(1；10；20)，
包括：本地振荡器装置(13)，该本地振荡器装置(13)适于向各接收装置(4)提供本地振荡器信号；以及本地振荡器控制装置(14)，该本地振荡器控制装置(14)适于改变本地振荡器信号的频率以改变天线图案(2)的接收特性。
11.一种成像装置，包括：根据权利要求1至10中的一项所述的接收设备(1；10；20)，和处理装置(14)，该处理装置(14)适于从自所述合成装置(9)获得的合成信号来生成图像。
12.根据权利要求11所述的成像装置，该成像装置是被动成像装置，其中，所述处理装置(14)适于执行绝对值计算和积分计算。
13.一种接收方法，用于接收高频信号并基于接收的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使能生成图像，该接收方法包括，
在两个或更多个接收信道的每个接收信道中的如下步骤，每个接收信道包括具有若干天线元件的天线图案：
在所述天线元件的每个天线元件中接收高频信号，
将通过所述天线元件接收的高频信号处理成基带信号，
将所述基带信号模数转换成数字信号，以及
对所述数字信号进行相移使得在要被检测的二维图像中的一维中移动像素的位置，以及
将来自各个接收信道的经相移的数字信号合成为合成信号。
14.一种成像方法，包括根据权利要求13的接收方法的步骤，并且还包括从所述合成信号生成图像的步骤。
CN201080049720.7A 2009-10-29 2010-09-02 用于高频成像系统的接收装置 Active CN102668240B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP09174467.2 2009-10-29
EP09174467 2009-10-29
PCT/EP2010/062876 WO2011051029A1 (en) 2009-10-29 2010-09-02 Receiving apparatus for high frequency imaging system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102668240A CN102668240A (zh) 2012-09-12
CN102668240B true CN102668240B (zh) 2015-08-26

Family

ID=43303237

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201080049720.7A Active CN102668240B (zh) 2009-10-29 2010-09-02 用于高频成像系统的接收装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8885774B2 (zh)
CN (1) CN102668240B (zh)
DE (1) DE112010004177T5 (zh)
WO (1) WO2011051029A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1843485B1 (en) 2006-03-30 2016-06-08 Sony Deutschland Gmbh Multiple-input multiple-output (MIMO) spatial multiplexing system with dynamic antenna beam combination selection capability
EP2666033A4 (en) * 2011-01-21 2015-05-20 Freescale Semiconductor Inc PHASE-CONTROLLED RECEIVER, RADAR SYSTEM AND VEHICLE
DK3303779T3 (da) 2015-06-02 2019-06-11 Heat Source Energy Corp Varmekraftmaskiner, systemer til tilvejebringelse af kølemiddel under tryk og tilhørende fremgangsmåder
CN107735955B (zh) * 2015-06-16 2020-12-15 株式会社村田制作所 高频前端电路
EP3819660A1 (en) * 2019-11-05 2021-05-12 NXP USA, Inc. Radar transmitter module for digital modulation
US11675047B2 (en) * 2020-09-03 2023-06-13 Nxp B.V. System and method for local oscillator drift estimation and compensation in cascaded sensors

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1901527A (zh) * 2005-07-19 2007-01-24 三星电子株式会社 用于正交频分复用系统的采样频率偏移估计设备和方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5917447A (en) * 1996-05-29 1999-06-29 Motorola, Inc. Method and system for digital beam forming
JPH1065605A (ja) * 1996-08-23 1998-03-06 Sony Corp 受信方法、タイミング検出装置及び受信装置
US6879845B2 (en) * 2000-12-01 2005-04-12 Hitachi, Ltd. Wireless communication method and system using beam direction-variable antenna
JP3952367B2 (ja) 2001-12-11 2007-08-01 日本電気株式会社 レーダ装置
US20040087294A1 (en) * 2002-11-04 2004-05-06 Tia Mobile, Inc. Phases array communication system utilizing variable frequency oscillator and delay line network for phase shift compensation
US20040132414A1 (en) * 2002-11-29 2004-07-08 Sendyk Andrew M. Method, apparatus and system for multiple signal transmission, reception, and restoration
US7403156B2 (en) 2003-10-30 2008-07-22 Telecon Italia S.P.A. Method and system for performing digital beam forming at intermediate frequency on the radiation pattern of an array antenna
WO2007054685A2 (en) * 2005-11-09 2007-05-18 Qinetiq Limited Passive detection apparatus
JP2007256171A (ja) * 2006-03-24 2007-10-04 Nec Corp ミリ波画像処理装置及びミリ波画像処理方法
EP1843485B1 (en) * 2006-03-30 2016-06-08 Sony Deutschland Gmbh Multiple-input multiple-output (MIMO) spatial multiplexing system with dynamic antenna beam combination selection capability
JP4944509B2 (ja) 2006-06-23 2012-06-06 日立アロカメディカル株式会社 超音波診断装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1901527A (zh) * 2005-07-19 2007-01-24 三星电子株式会社 用于正交频分复用系统的采样频率偏移估计设备和方法

Also Published As

Publication number Publication date
DE112010004177T5 (de) 2012-12-20
CN102668240A (zh) 2012-09-12
US8885774B2 (en) 2014-11-11
US20120288033A1 (en) 2012-11-15
WO2011051029A1 (en) 2011-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Cheng et al. 340-GHz 3-D imaging radar with 4Tx-16Rx MIMO array
Peng et al. A $ K $-Band Portable FMCW Radar With Beamforming Array for Short-Range Localization and Vital-Doppler Targets Discrimination
CN102668240B (zh) 用于高频成像系统的接收装置
Ahmed et al. Advanced microwave imaging
CN105699494A (zh) 毫米波全息三维成像检测系统和方法
US20150192669A1 (en) Millimeter And Sub-Millimeter Wave Radar-Radiometric Imaging
Alvarez et al. Submillimeter-wave frequency scanning system for imaging applications
US20080100510A1 (en) Method and apparatus for microwave and millimeter-wave imaging
Cooper et al. An approach for sub-second imaging of concealed objects using terahertz (THz) radar
Grajal et al. Compact radar front-end for an imaging radar at 300 GHz
CN105607056A (zh) 人体安检系统和方法
US10948580B2 (en) Object sensing device and object sensing method
JP5080795B2 (ja) イメージング装置
Vakalis et al. Analysis of array sparsity in active incoherent microwave imaging
Bosch-Lluis et al. Common mathematical framework for real and synthetic aperture by interferometry radiometers
CN105699493A (zh) 高铁无损检测系统和方法
CN105606630B (zh) 导弹外壳无损检测系统和方法
Baccouche et al. A sparse array based sub-terahertz imaging system for volume inspection
CN105572667A (zh) 包裹安全检测系统和方法
Harter et al. 24GHz Digital beamforming radar with T-shaped antenna array for three-dimensional object detection
EP2914926B1 (en) Three-dimensional holographical imaging
Chen et al. Imageless shape detection using a millimeter-wave dynamic antenna array and noise illumination
Schneider et al. Hybrid beam-steering OFDM-MIMO radar: High 3-D resolution with reduced channel count
Biallawons et al. Realization and calibration of the MIMO radar MIRA-CLE Ka
JP5458124B2 (ja) 電磁波イメージング装置及び電磁波イメージング方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant