CN108680967B - 一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置及其标校方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置及其标校方法，涉及人体隐匿物品太赫兹成像探测技术领域，包括发射天线、功率分配网络、时序控制器、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器；该标校方法步骤为：(1)成像仪提供一个扫描同步信号；(2)定标装置模拟产生不同温度的定标信号；(3)成像仪收到一次定标信号；(4)根据收到该定标信号时的输出电压，计算出各个通道的增益和温度常数，完成一次对成像仪的标校工作。本发明采用主动辐射信号的方式提供不同温度的定标信号，减少了定标源的个数；由于采用主动辐射信号的方式，定标源天线比较小，缩小了定标源的体积，有利于在实际应用场合的安装部署。

Description

一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置及其标校方法
技术领域
本发明涉及人体隐匿物品太赫兹成像探测技术领域，特别是涉及一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置及其标校方法。
背景技术
被动太赫兹成像技术由于不辐射任何信号，对被检人员完全安全，因此，其被用于安防方面的人体隐匿危险品检测，具有很好的市场应用前景。被动太赫兹成像仪的系统误差对于成像质量和探测效果影响很大。成像仪的系统误差会随着环境温度、湿度等因素发生变化，因此在成像仪工作的时候，需要经常对成像仪进行标校，去除成像仪的系统误差。如图1所示，现有的标校方法是设置一个已知温度的冷源和热源作为定标源，该冷源和热源是一个已知温度的黑体，例如可以是吸波材料，黑体的温度由电子加热或制冷装置精确控制，当成像仪扫描到冷源和热源后，根据此时各个通道的输出和已知温度的定标源输入，就可以计算得到校正后的接收通道的增益曲线，该增益曲线可以用于后续成像处理中。
现有的标校方法存在如下缺陷，标校方法需要冷源和热源两个定标源，而且定标源对接收天线张开的角度需要能够覆盖住接收天线的主瓣，因此定标源的体积会比较大，在具体使用现场安装时，有时现场条件会很难满足设备安装的要求，导致设备的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置及其标校方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置，包括发射天线、功率分配网络、时序控制器、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器，发射天线连接功率分配网络，功率分配网络、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器依次连接；所述时序控制器接收成像仪发出的扫描同步信号，所述数控衰减器通过改变衰减量来改变发射功率。
一种用于被动太赫兹成像仪定标装置的标校方法，包括以下步骤：
(1)成像仪提供一个扫描同步信号，该扫描同步信号在成像仪开始由下向上扫描时产生一个触发脉冲，该扫描同步信号通过无线方式传送给定标装置；
(2)定标装置收到一个触发脉冲后，就改变输出信号的功率，模拟产生不同温度的定标信号；
(3)当成像仪完成一次扫描成像后，就会收到一次定标信号，如果设置定标装置只产生冷热两种温度定标信号，则连续两次扫描后，成像仪就会收到冷热两种定标信号；
(4)根据收到该定标信号时的输出电压，就可以计算出各个通道的增益和温度常数，完成一次对成像仪的标校工作。
优选的，所述被动太赫兹成像仪系统在水平方向上瞬时覆盖工作视场，垂直方向上通过扫描覆盖，定标装置放置在对物体成像的位置上，位于成像仪视场的顶端。
优选的，所述被动太赫兹成像仪的系统误差主要是由于通道的增益波动导致的，因此需要让通道接收已知温度的黑体辐射的信号，利用该信号计算出通道的增益参数，系统第i个接收通道的输出电压Vi与辐射亮温T之间的关系为：
T＝AiVi+bi，其中，Ai为第i个通道的增益，bi为第i个通道的温度常数。
优选的，所述定标的目的就是让成像仪通道接收不同已知温度的定标源辐射的信号，可以得到：
T(1)、T(2)为冷热两种不同温度定标源的辐射亮温，Vi(1)、Vi(2)为成像仪系统接收通道i与亮温T(1)、T(2)对应的输出电压值。
优选的，所述被动太赫兹成像仪系统使用主动辐射的太赫兹天线阵列来模拟定标源辐射信号，通过精确控制辐射信号功率的大小来模拟定标源在不同温度下辐射的定标信号，并按照一定的时间序列交替发射不同温度的定标信号，成像仪工作一段时间后，会多次收到不同温度的定标信号，然后按照公式即可计算出Ai和bi，完成对通道的定标。
本发明的有益效果在于：本发明采用主动辐射信号的方式提供不同温度的定标信号，用一个定标源代替冷源和热源两个定标源，减少了定标源的个数；同时，由于采用主动辐射信号的方式，定标源天线比较小，因此整个定标源可以做的比较小巧，缩小了定标源的体积，有利于在实际应用场合的安装部署。
附图说明
图1为本发明的现有技术标校方法示意图；
图2为本发明的定标装置结构框图；
图3为本发明的标校方法示意图。
其中：1、热源；2、冷源；3、第一光斑；4、成像仪；5、第二光斑；6、定标装置；7、发射天线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，现有技术中的标校方法是设置一个已知温度的冷源2和热源1作为定标源，该冷源2和热源1是一个已知温度的黑体，例如可以是吸波材料，黑体的温度由电子加热或制冷装置精确控制，当成像仪4扫描到冷源2和热源1后，成像仪4上会形成第二光斑5，冷源2或热源1上会形成第一光斑3。根据此时各个通道的输出和已知温度的定标源输入，就可以计算得到校正后的接收通道的增益曲线，该增益曲线可以用于后续成像处理中。
如图2所示，本发明包括发射天线、功率分配网络、时序控制器、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器。发射天线连接功率分配网络，功率分配网络、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器依次连接。时序控制器接收成像仪发出的扫描同步信号，当扫描同步信号中出现触发脉冲时，时序控制器按照事先约定好的逻辑依次改变发射功率。改变发射功率是通过改变数控衰减器的衰减量来实现的。
本发明还包括一种用于被动太赫兹成像仪定标装置的标校方法，该方法包括以下步骤：(1)成像仪提供一个扫描同步信号，该扫描同步信号在成像仪开始由下向上扫描时产生一个触发脉冲，该扫描同步信号通过无线方式传送给定标装置；(2)定标装置收到一个触发脉冲后，就改变输出信号的功率，模拟产生不同温度的定标信号；(3)当成像仪完成一次扫描成像后，就会收到一次定标信号，如果设置定标装置只产生冷热两种温度定标信号，则连续两次扫描后，成像仪就会收到冷热两种定标信号；(4)根据收到该定标信号时的输出电压，就可以计算出各个通道的增益和温度常数，完成一次对成像仪的标校工作。被动太赫兹成像仪的系统误差主要是由于通道的增益波动导致的，因此需要让通道接收已知温度的黑体辐射的信号，利用该信号计算出通道的增益参数，之后在反演成像过程中，就可以根据通道输出的电压，反算出物体的辐射亮温，系统第i个接收通道的输出电压Vi与辐射亮温T之间的关系为：T＝AiVi+bi，其中，Ai为第i个通道的增益，bi为第i个通道的温度常数。定标的目的就是让成像仪通道接收不同已知温度的定标源辐射的信号，来求得上述公式中的Ai和bi，可以得到公式：T(1)、T(2)为冷热两种不同温度定标源的辐射亮温，Vi(1)、Vi(2)为成像仪系统接收通道i与亮温T(1)、T(2)对应的输出电压值。被动太赫兹成像仪系统使用主动辐射的太赫兹天线阵列来模拟定标源辐射信号，通过精确控制辐射信号功率的大小来模拟定标源在不同温度下辐射的定标信号，并按照一定的时间序列交替发射不同温度的定标信号，成像仪工作一段时间后，会多次收到不同温度的定标信号，然后按照公式即可计算出Ai和bi，完成对通道的定标。
如图3所示，太赫兹成像系统在水平方向上瞬时覆盖工作视场，垂直方向上通过扫描覆盖，图3中的双箭头方向为扫描方向，定标装置6放置在对物体成像的位置上，位于成像仪4视场的顶端，定标装置6上安装有发射天线7，在发射天线7位置形成第一光斑3，在成像仪4上形成第二光斑5。
实施例一
被动太赫兹成像仪中心频率90GHz，带宽10GHz，探测分辨率3cm，水平方向覆盖为0.6m，垂直方向覆盖为2m，用于对3m远人体隐匿物品的成像和探测。主动式定标装置放置于距离成像仪水平距离3m，垂直距离2m的位置上。天线阵列由水平方向线性排列的20个阵元天线组成，天线间距为3cm，单元天线增益为6dB。要求定标装置能够产生+50℃(绝对温度323K)和-10℃(绝对温度263K)两种温度的校正信号。这两种信号对应的射频功率按照下面公式计算：Po＝KTB。其中K为玻尔兹曼常数，T为以开尔文为单位的绝对温度，B为带宽，此处为10GHz。计算得到+50℃等效辐射功率为-73.5dBmW，-10℃等效辐射功率为-74.4dBmW。考虑到天线会增加6dB增益，同时功率分配网络会减小13dB的增益，因此要求经过放大后的输出功率为：+50℃需要-66.5dBmW，-10℃需要-67.4dBmW，此时需要一个1bit的0.9dB衰减器，控制该衰减器，就可以实现输出信号在+50℃和-10℃之间切换。
本发明的定标装置采用主动方式产生辐射功率精确可控的太赫兹信号来模拟冷、热定标源辐射的校正信号，因此用一个定标源就能够代替冷源和热源两种定标源；由于是主动辐射校正信号，因此不需要定标源对接收天线张开较大的角度从而保证能够覆盖住接收天线的主瓣，定标源可以做的比较小，在实际应用环境中，更易于安装调试和使用。
以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围。本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变形。本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种 用于被动太赫兹成像仪定标装置的标校方法，其特征在于：
所述定标装置，包括发射天线、功率分配网络、时序控制器、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器，发射天线连接功率分配网络，功率分配网络、数控衰减器、太赫兹放大器和太赫兹噪声信号发生器依次连接；所述时序控制器接收成像仪发出的扫描同步信号，所述数控衰减器通过改变衰减量来改变发射功率；
所述标校方法包括以下步骤：
(1)成像仪提供一个扫描同步信号，该扫描同步信号在成像仪开始由下向上扫描时产生一个触发脉冲，该扫描同步信号通过无线方式传送给定标装置；
(2)定标装置收到一个触发脉冲后，就改变输出信号的功率，模拟产生不同温度的定标信号；
(3)当成像仪完成一次扫描成像后，就会收到一次定标信号，如果设置定标装置只产生冷热两种温度定标信号，则连续两次扫描后，成像仪就会收到冷热两种定标信号；
(4)根据收到该定标信号时的输出电压，就可以计算出各个通道的增益和温度常数，完成一次对成像仪的标校工作。
2.根据权利要求1所述的一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置的标校方法，其特征在于：所述被动太赫兹成像仪系统在水平方向上瞬时覆盖工作视场，垂直方向上通过扫描覆盖，定标装置放置在对物体成像的位置上，位于成像仪视场的顶端。
3.根据权利要求1所述的一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置的标校方法，其特征在于：所述被动太赫兹成像仪的系统误差主要是由于通道的增益波动导致的，因此需要让通道接收已知温度的黑体辐射的信号，利用该信号计算出通道的增益参数，系统第i个接收通道的输出电压Vi与辐射亮温T之间的关系为：
T＝AiVi+bi，其中，Ai为第i个通道的增益，bi为第i个通道的温度常数。
4.根据权利要求3所述的一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置的标校方法，其特征在于：所述定标的目的就是让成像仪通道接收不同已知温度的定标源辐射的信号，可以得到：
T(1)、T(2)为冷热两种不同温度定标源的辐射亮温，Vi(1)、Vi(2)为成像仪系统接收通道i与亮温T(1)、T(2)对应的输出电压值。
5.根据权利要求1所述的一种用于被动太赫兹成像仪的定标装置的标校方法，其特征在于：所述被动太赫兹成像仪系统使用主动辐射的太赫兹天线阵列来模拟定标源辐射信号，通过精确控制辐射信号功率的大小来模拟定标源在不同温度下辐射的定标信号，并按照一定的时间序列交替发射不同温度的定标信号，成像仪工作一段时间后，会多次收到不同温度的定标信号，然后按照公式即可计算出Ai和bi，完成对通道的定标。
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