CN107356918B - 基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，包括连续毫米波点源、面毫米波产生透镜，成像透镜、毫米波天线阵列；连续毫米波点源发出毫米波，经过面毫米波产生透镜后，约束于一平面传播的面连续毫米波，该平面为被探测面；当被探测面，成像透镜面与毫米波天线阵列面三个面交于交于一条直线时，毫米波天线阵列可以获得被探测面的信号。本发明采用面连续毫米波进行空间监测，结合面波面、透镜面、毫米波接收天线平面三个平面交于一条线的结构，可以实现快速同时多点探测，提高了探测效率；不需要电机扫描结构，简化了雷达系统。通过设置雷达位置，可以应用于任意高度整个平面上的多目标监测。

Description

基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达
技术领域
本发明属于雷达探测技术领域，特别涉及一种基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达
背景技术
毫米波雷达，是工作在毫米波波段探测的雷达。毫米波雷达具有天线波束窄、分辨率高、抗干扰力强等特点。
一般雷达使用脉冲波进行探测，将传播时间长短转换为空间距离信息，这种方法不能同时进行多点探测，探测效率较低。一般毫米波雷达在探测过程需要通过转动来对环境进行扫描探测，需要通过复杂机械结构完成。探测过程中，只需要探测某个高度的一个平面就可以得到所需信息。利用面连续毫米波结合毫米波接收阵列传感器，可以实现在任意目标平面上进行监测，在达到探测目的的同时，简化毫米波雷达结构。
发明内容
1、发明目的。
本发明为了解决现有技术中抗干扰能力弱、分辨率不高的问题，提出了一种基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达。
2、本发明所采用的技术方案。
本发明提出的一种基于面连续毫米波及接收阵列传感器的毫米波雷达，包括连续毫米波点源、面毫米波产生透镜，毫米波成像透镜、毫米波天线阵列；
连续毫米波点源发出毫米波，经过面毫米波产生透镜后，约束于一平面传播的面连续毫米波，该平面为被探测面；
当被探测面，成像透镜面与毫米波天线阵列面三个面交于交于一条直线时，毫米波天线阵列可以获得被探测面的信号。
上述光源并不仅限于毫米波，可以扩展到微波等其他类型的光源。
更进一步具体实施方式中，还包括滤波片，对被测物体散射的毫米波进行滤波后入射至成像透镜。
更进一步具体实施方式中，还包括整流电路，毫米波天线阵列与整流电路相连。整流电路处理天线阵元接收的信号，得到对应阵元信号强度等信息。
更进一步具体实施方式中，所述连续毫米波点源可为偶极子电磁天线等其他点源。
更进一步具体实施方式中，所述面毫米波产生透镜为一种的毫米波柱透镜。
更进一步具体实施方式中，所述的面毫米波产生透镜置于连续毫米波点源之前，透镜尺寸为高度H，厚度d；透镜距离点源L，厚度上分为a层，高度上分为b层；则面毫米波产生透镜对于连续毫米波点源发出的毫米波的相位修正可以计算如下：
这里选可以得到折射率对于位置y的函数为：
其中m为任意整数，通过调整m将折射率限制在1-4范围内。
更进一步具体实施方式中，所述成像透镜可为准光介质透镜天线，采用高密度聚乙烯材料，具有广角性质。
更进一步具体实施方式中，毫米接收天线阵列由m x n个相同的毫米波接收天线阵元组成，每一个阵元都连有一路整流电路，整流电路(6)将每个天线阵元所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该阵元处所接受到的信号的强度。
3、本发明所产生的技术效果。
(1)本发明采用面连续毫米波进行空间监测，结合面波面、透镜面、毫米波接收天线平面三个平面交于一条线的结构，可以实现快速同时多点探测，提高了探测效率。
(2)本发明专利采用固定面毫米波进行整个平面的监测，不需要电机扫描结构，简化了雷达系统。通过设置雷达位置，可以应用于任意高度整个平面上的多目标监测。
附图说明
图1为毫米波点源与面毫米波产生透镜位置示意图。
图2为一面毫米波产生透镜实例的不同高度对应的折射率分布。
图3为加面毫米波产生透镜后毫米波点源电场z方向分量分布图，毫米波电场分布具有压缩效果，约束于一平面上。
图4为不加面毫米波产生透镜毫米波点源电场z方向分量分布图，毫米波电场分布呈扩散。
图5为本发明专利的探测原理图。
图6为本发明专利的结构原理图。
图7为毫米波接收传感器整体结构示意图。
图8为mx n毫米波接收天线阵列示意图。
图9为毫米波接收天线阵元的一种实例。
图10为一种毫米波接收天线阵元实例的方向图。
具体实施方式
实施例1
将连续毫米波点源转换为能量约束于一平面传播的面毫米波可使用面毫米波产生透镜2将连续毫米波点源1转换为面波。如图1所示，面毫米波产生透镜2置于连续毫米波点源1之前。面毫米波产生透镜2的尺寸为高度H，厚度d，透镜距离点源L。面毫米波产生透镜2在厚度方向被分为a层，高度方向被分为b层。面毫米波产生透镜2的折射率在高度方向即y方向产生变化，可对入射毫米波产生相位修正，从而将其能量约束于一平面上，成为面波。
图2一面毫米波产生透镜实例的不同高度对应的折射率分布，在该实例中,具体尺寸为H＝5cm，d＝1mm，L＝2cm，a＝2，b＝50。
则面毫米波产生透镜对于连续毫米波点源发出的毫米波的相位修正可以计算如下：
这里选可以得到折射率对于位置y的函数为：
其中m为任意整数。通过调整m将折射率限制在1-4范围内。
相位压缩结果如图3所示。图4中在加透镜时，毫米波点源发出的毫米波的电场分布在高度方向(y方向)上呈扩散状态。图3中加上面毫米波产生器透镜2之后，毫米波点源发出的毫米波的电场被压缩在高度方向(y方向)的一定范围内，被转换为面波。
(2)探测原理
面毫米波产生器发射出能量约束于一平面传播的面连续毫米波，该平面为被探测面。当被探测面，成像透镜面与毫米波天线阵列面三个面交于交于一条直线时，毫米波天线阵列面可以获得被探测面的信号。被探测面每个点都可以与接收面的天线阵元位置一一对应，因而可以通过接收到毫米波信号的天线阵元位置推测物的位置。当被探测面上没有物体时，接收面上的接收天线无信号。当被探测面上有物体出现时，对探测面上的平面毫米波产生散射，被散射的毫米波经过毫米波成像透镜传送到接收面，接收面上的接收天线有信号，然后根据物面与像面的对应关系，获得物体的位置和轮廓。
如图5所示，其中当被被探测面A，成像透镜面B与毫米波天线阵列面C这三个面的延长面相交于一直线时，即可在毫米波天线阵列面C得到被探测面A中待测目标8散射的毫米波。被探测平面不同坐标的点与接收器平面的点一一对应。其中透镜焦距为f，成像透镜4的中心到被探测平面A距离为L，成像透镜面B与被探测面A的夹角是θ，被被探测面A对应距离方向z，假设校准距离为z0。距离具体计算方式如下式：
其中P为待测目标8对应接收器平面上的点7，P0为校准距离z0处对应的接收器平面上的点，D为天线阵元间距。参数p0由下式决定：
图6为本发明专利的结构示意图。其中，连续毫米波点源1，面毫米波产生透镜2，滤波片3，成像透镜4，毫米波天线阵列5，整流电路6。所述成像部分包括滤波片3和成像透镜4。所述滤波片3用于过滤其他频率的噪声。所述成像透镜4可为准光介质透镜天线，可采用高密度聚乙烯材料，可具有广角性质。
连续毫米波点源1发出近似各项同性的毫米波，经过面毫米波产生透镜2后，被压缩为面毫米波。将装置设置在目标探测面上，当探测面上出现物体时，产生散射。散射的毫米波经过滤波片3、透镜4，被毫米波天线阵列5上对应位置的天线阵元接收，毫米波天线阵列5与整流电路6相连。整流电路6处理天线阵元接收的信号，得到对应阵元信号强度等信息。根据天线阵元坐标与探测面上的坐标对应关系，得到探测面上物体的位置、轮廓信息。
(4)毫米波接收阵列传感器
如图7所示，毫米波接收阵列传感器由毫米波接收天线阵列5和整流电路6组成。如图8所示毫米接收天线阵列5由m x n个相同的毫米波接收天线阵元组成，每一个阵元都连有一路整流电路。整流电路6将每个天线阵元所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该阵元处所接受到的信号的强度。
其中天线阵元可为如图9所示的毫米波天线。图10为该毫米天线的方向图，适合接收与天线方向有一定夹角的电磁波。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：包括连续毫米波点源(1)、面毫米波产生透镜(2)，成像透镜(4)、毫米波天线阵列(5)；
连续毫米波点源(1)发出毫米波，经过面毫米波产生透镜(2)后，转换为能量约束于一平面传播的面连续毫米波，该平面为被探测面(A)；
当被探测面(A)，成像透镜面(B)与毫米波天线阵列面(C)三个面交于一条直线时，毫米波天线阵列(5)可以获得被探测面的信号；
所述的面毫米波产生透镜(2)置于连续毫米波点源(1)之前，透镜尺寸为高度H，厚度d；透镜距离点源L，厚度上分为a层，高度上分为b层；则面毫米波产生透镜对于连续毫米波点源发出的毫米波的相位修正可以计算如下：
这里选可以得到折射率对于位置y的函数为：
其中m′为任意整数，通过调整m′将折射率限制在1-4范围内。
2.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：还包括滤波片(3)，对被测物体散射的毫米波进行滤波后入射至成像透镜(4)。
3.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：还包括整流电路(6)，毫米波天线阵列(5)与整流电路(6)相连，整流电路(6)处理天线阵元接收的信号，得到对应阵元信号强度信息。
4.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：所述连续毫米波点源(1)为偶极子电磁天线。
5.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：所述面毫米波产生透镜(2)为一种毫米波柱透镜。
6.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：所述成像透镜为准光介质透镜天线，采用高密度聚乙烯材料，具有广角性质。
7.根据权利要求1所述的基于面连续毫米波以及接收阵列传感器的毫米波雷达，其特征在于：毫米波天线阵列(5)由mxn个相同的毫米波接收天线阵元组成，每一个阵元都连有一路整流电路，整流电路(6)将每个天线阵元所接收到的电磁波信号由交流电信号转变为直流电信号用以记录在某一时刻天线阵中该阵元处所接受到的信号的强度。
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