CN113406717A - 一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，属于毫米波太赫兹成像领域，包括太赫兹发射链路、太赫兹接收链路、分束镜、发射喇叭天线、接收喇叭天线、第一单焦点曲面镜、水平摆镜、竖直摆镜、第二单焦点曲面镜、双焦点曲面镜、两个转动驱动件。本发明通过水平摆镜和竖直摆镜的配合，可实现对远场成像区域的扫描，获得远场成像区域的太赫兹回波信号，结合信号处理技术，实现对远场的高分辨率成像；同时缩小了摆镜的尺寸，通过修改镜面的尺寸、曲率等参数，可以实现在不同距离远场处的高分辨率成像，可以广泛应用于各种远距离安检场所，实现快速、文明、可视化、实时、抗干扰的安检效果，值得被推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及毫米波太赫兹成像技术领域，具体涉及一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统。
背景技术
目前公共安全领域，占据主流安检方式的仍是近距离的“金属门+人工搜查”，该安检方法安检速度慢、对受检人员存在一定的人身侵犯问题。在此基础上，近年来出现了多种人体成像安检系统，主要分为被动式太赫兹安检成像系统、主动式毫米波成像系统以及X射线人体成像安检系统。
其中被动式太赫兹安检成像系统被动接收人体自身发出的太赫兹波，其成像距离一般不超过三米，容易受到外界温度干扰且系统体积庞大；主动式毫米波成像系统具备高分辨率、抗干扰的优点，但是其成像距离一般控制在一米以内；X射线人体成像安检系统利用X射线对人体进行辐射，对人体造成严重伤害，且成像距离较近。上述问题亟待解决，因此，提出一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：如何解决现有太赫兹安检成像系统存在抗干扰能力差等问题，提供了一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的，本发明包括太赫兹发射链路、太赫兹接收链路、分束镜、发射喇叭天线、接收喇叭天线、第一单焦点曲面镜、水平摆镜、竖直摆镜、第二单焦点曲面镜、双焦点曲面镜、两个转动驱动件；
所述发射喇叭天线与所述太赫兹发射链路输出端口相连；所述接收喇叭天线与所述太赫兹接收链路输入端口相连接；所述发射喇叭天线设置在所述第一单焦点曲面镜的焦点位置；所述发射喇叭天线与所述接收喇叭天线的口径方向交叉点与所述发射喇叭天线、所述接收喇叭天线三点间形成等腰直角三角形，其中交叉点为直角位置的交点；所述分束镜中心位置位于所述交叉点上，且分束镜镜面设置在所述直角的角平分线上；所述第一单焦点曲面镜、水平摆镜、竖直摆镜、第二单焦点曲面镜、双焦点曲面镜自下往上依次排列，所述太赫兹发射链路经所述发射喇叭天线发出的太赫兹波按照自下往上的镜面排列顺序依次反射至远场成像区域；远场成像区域的回波信号按照自上往下的镜面排列顺序依次反射至分束镜，并经分束镜反射至接收喇叭天线，由所述太赫兹接收链路实现信号接收；所述水平摆镜、所述竖直摆镜分别与一个所述转动驱动件连接。
更进一步地，所述太赫兹准光系统还包括多个支撑结构，所述太赫兹发射链路、所述太赫兹接收链路、所述分束镜、所述第一单焦点曲面镜、所述第二单焦点曲面镜、所述双焦点曲面镜、所述转动驱动件均与各所述支撑结构对应连接。
更进一步地，所述太赫兹发射链路为第一倍频链路，用于将低频信号倍频至太赫兹信号。
更进一步地，所述太赫兹接收链路包括依次连接的第二倍频链路与混频链路，所述第二倍频链路用于将低频信号倍频至太赫兹本振信号，所述混频链路用于将太赫兹回波信号与太赫兹本振信号进行下变频处理，得到低频信号。
更进一步地，太赫兹发射信号穿透所述分束镜的一面，太赫兹回波信号在所述分束镜的另一面发生反射。
更进一步地，所述第一单焦点曲面镜具有一个焦点，该焦点位置即所述发射喇叭天线位置，所述第一单焦点曲面用于将平行波束反射聚焦到一点，并将单点发射出来的波束转换成平行波束。
更进一步地，所述水平摆镜为平面反射镜，用于将平行波束的方向在水平方向进行转动，实现波束在水平方向上的扫描。
更进一步地，所述竖直摆镜为平面反射镜，用于将平行波束的方向在竖直方向进行转动，实现波束在竖直方向上的扫描。
更进一步地，所述第二单焦点曲面镜具有一个焦点，该焦点位于所述第二单焦点曲面镜和所述双焦点曲面镜之间，用于将平行波束反射聚焦到一点，并将单点发射出来的波束转换成平行波束。
更进一步地，所述双焦点曲面镜具有两个焦点，其中一个焦点与所述第二单焦点曲面镜的焦点重合，另外一个焦点位于成像平面内。
本发明相比现有技术具有以下优点：该远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，通过水平摆镜和竖直摆镜的配合，可实现对远场成像区域的扫描，获得远场成像区域的太赫兹回波信号，结合信号处理技术，实现对远场的高分辨率成像；同时缩小了摆镜的尺寸，通过修改镜面的尺寸、曲率等参数，可以实现在不同距离远场处的高分辨率成像，可以广泛应用于各种远距离安检场所，实现快速、文明、可视化、实时、抗干扰的安检效果，值得被推广使用。
附图说明
图1是本发明实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的架构图；
图2是本发明实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的完整光路图；
图3是本发明实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的局部光路图；
图4是本发明实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的扫描轨迹图；
图5是本发明实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的摆镜及其轴线示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1～3所示，本实施例提供一种技术方案：一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，包括太赫兹发射链路、太赫兹接收链路、分束镜6、发射喇叭天线、接收喇叭天线、第一单焦点曲面镜1、水平摆镜2、竖直摆镜3、第二单焦点曲面镜4、双焦点曲面镜5、多个支撑结构以及摆镜配套电机模组，其中所述支撑结构和摆镜配套电机模组未在图中画出。
所述发射喇叭天线与所述太赫兹发射链路输出端口相连接；所述接收喇叭天线与所述太赫兹接收链路输入端口相连接；所述发射喇叭天线位于所述第一单焦点曲面镜1的焦点位置；所述发射喇叭天线与所述接收喇叭天线的口径方向交叉点与所述发射喇叭天线、所述接收喇叭天线三点间构成等腰直角三角形，其中交叉点为直角位置的交点；所述分束镜6中心位置位于所述交叉点上，且分束镜6镜面设置在所述直角的角平分线上；所述第一单焦点曲面镜1、水平摆镜2、竖直摆镜3、第二单焦点曲面镜4、双焦点曲面镜5自下往上依次排列，所述太赫兹发射链路经所述发射喇叭天线发出的太赫兹波按照自下往上的镜面排列顺序依次反射至远场成像区域；远场成像区域的回波信号按照自上往下的镜面排列顺序依次反射至分束镜6，并经分束镜6反射至接收喇叭天线，由所述太赫兹接收链路实现信号接收；所述水平摆镜2和竖直摆镜3通过所述配套电机模组实现摆动，从而在远场实现聚焦点的轨迹扫描，实现对整个面的成像；各所述镜面及配套电机模组均固定在所述支撑结构上；
在本实例中，所述太赫兹发射链路为倍频链路，其可将低频信号倍频至太赫兹信号，输出的频率包括330GHz、660GHz、1THz等，且其输出具有较宽的频率带宽，包括10GHz、20GHz、30GHz等频率带宽，在本实例中可选择中心频率660GHz，带宽30GHz；
在本实例中，所述太赫兹接收链路包括倍频链路和混频链路，其可将低频信号倍频至太赫兹本振信号，同时其可将太赫兹回波信号与太赫兹本振信号进行下变频处理，得到低频信号；
在本实例中，所述分束镜6的一面可以透射，另一面可以反射，其允许太赫兹发射信号穿透，但太赫兹回波信号无法穿透，其允许太赫兹回波信号进行反射，从而实现了太赫兹发射信号和太赫兹回波信号的分离，同样可选取具有相同功能的OMT(正交模耦合器，可实现发射信号和接收信号后的分离)等模块代替。
在本实例中，所述发射喇叭天线用于对外辐射太赫兹发射信号，其具有特定的波束宽度及增益，可根据整体系统的需求进行选配；
在本实例中，所述接收喇叭天线用于对外接收太赫兹回波信号，其具有特定的波束宽度及增益，可根据整体系统的需求进行选配；
在本实例中，所述第一单焦点曲面镜1具有一个焦点，该焦点位于发射喇叭天线位置，其作用在于可将平行波束反射聚焦到一点，同时也可将单点发射出来的波束转换成平行波束；
在本实例中，所述水平摆镜2为平面反射镜，其作用在于可将平行波束的方向在水平方向进行转动，实现波束在水平方向上的扫描，在本实例中一次完整扫描水平摆镜2缓慢摆动一次；
在本实例中，所述竖直摆镜3为平面反射镜，安装在所述配套电机模组上，其作用在于可将平行波束的方向在竖直方向进行转动，实现波束在竖直方向上的扫描，竖直摆镜3进行快速的上下摆动；
在本实例中，所述第二单焦点曲面镜4具有一个焦点，该焦点位于第二单焦点曲面镜4和双焦点曲面镜5之间，其作用在于可将平行波束反射聚焦到一点，同时也可将单点发射出来的波束转换成平行波束；
在本实例中，所述双焦点曲面镜5具有两个焦点，其中一个焦点与第二单焦点曲面镜4的焦点重合，构成共焦设计，另外一个焦点位于10m距离处的成像平面内，同时双焦点曲面镜5具有80cm的有效孔径；
在本实例中，所述支撑结构用于对准光系统内的各个模块提供结构支撑，所述太赫兹发射链路、太赫兹接收链路、分束镜6、第一单焦点曲面镜1、第二单焦点曲面镜4、双焦点曲面镜5、配套电机模组均安装在各支撑结构上；
在本实例中，所述配套电机模组用于为水平摆镜2、竖直摆镜3提供动力驱动，同时水平摆镜2和竖直摆镜3安装在配套电机模组上；
在本实例中，该太赫兹准光系统可以实现10m距离处5mm的高分辨率。
本实施例中一远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的工作流程如下：
S1：太赫兹发射链路通过发射喇叭天线对外发射太赫兹波束；
S2：波束透过分束镜抵达第一单焦点曲面镜；
S3：单点发射出来的波束经第一单焦点曲面镜发射转换为平行波束并抵达水平摆镜；
S4：水平摆镜左右摆动，平行波束在水平方向进行扫描并抵达竖直摆镜；
S5：竖直摆镜上下摆动，平行波束在竖直方向进行扫描并抵达第二单焦点曲面镜；
S6：平行波束经第二单焦点曲面镜发射聚焦，波束穿过焦点抵达双焦点曲面镜；
S7：双焦点曲面镜的一个焦点与第二单焦点曲面镜的焦点相同，因此来自第二单焦点曲面镜的波束将被反射至远场成像区域的另一个焦点位置；
S8：配合水平摆镜和竖直摆镜的扫描，实现了对远场的波束扫描；
S9：回波波束按照上述S7-6-5-4-3-2到达分束镜位置，经分束镜反射到达太赫兹接收链路。
需要说明的是，如图4所示，为本实施例中远距离高分辨率三反太赫兹准光系统的扫描轨迹图，其中竖直摆镜控制波束在竖直方向快速往复摆动，水平摆镜在水平方向单次摆动。
综上所述，上述实施例的远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，通过水平摆镜和竖直摆镜的配合，可实现对远场成像区域的扫描，获得远场成像区域的太赫兹回波信号，结合信号处理技术，实现对远场的高分辨率成像；同时缩小了摆镜的尺寸，通过修改镜面的尺寸、曲率等参数，可以实现在不同距离远场处的高分辨率成像，可以广泛应用于各种远距离安检场所，实现快速、文明、可视化、实时、抗干扰的安检效果，值得被推广使用。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：包括太赫兹发射链路、太赫兹接收链路、分束镜、发射喇叭天线、接收喇叭天线、第一单焦点曲面镜、水平摆镜、竖直摆镜、第二单焦点曲面镜、双焦点曲面镜、转动驱动件；
所述发射喇叭天线与所述太赫兹发射链路输出端口相连；所述接收喇叭天线与所述太赫兹接收链路输入端口相连接；所述发射喇叭天线设置在所述第一单焦点曲面镜的焦点位置；所述发射喇叭天线与所述接收喇叭天线的口径方向交叉点与所述发射喇叭天线、所述接收喇叭天线三点间形成等腰直角三角形，其中交叉点为直角位置的交点；所述分束镜中心位置位于所述交叉点上，且分束镜镜面设置在所述直角的角平分线上；所述第一单焦点曲面镜、水平摆镜、竖直摆镜、第二单焦点曲面镜、双焦点曲面镜自下往上依次排列，所述太赫兹发射链路经所述发射喇叭天线发出的太赫兹波按照自下往上的镜面排列顺序依次反射至远场成像区域；远场成像区域的回波信号按照自上往下的镜面排列顺序依次反射至分束镜，并经分束镜反射至接收喇叭天线，由所述太赫兹接收链路实现信号接收；所述水平摆镜、所述竖直摆镜分别与所述转动驱动件连接。
2.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述太赫兹准光系统还包括多个支撑结构，所述太赫兹发射链路、所述太赫兹接收链路、所述分束镜、所述第一单焦点曲面镜、所述第二单焦点曲面镜、所述双焦点曲面镜、所述转动驱动件均与各所述支撑结构对应连接。
3.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述太赫兹发射链路为第一倍频链路，用于将低频信号倍频至太赫兹信号。
4.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述太赫兹接收链路包括依次连接的第二倍频链路与混频链路，所述第二倍频链路用于将低频信号倍频至太赫兹本振信号，所述混频链路用于将太赫兹回波信号与太赫兹本振信号进行下变频处理，得到低频信号。
5.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：太赫兹发射信号穿透所述分束镜的一面，太赫兹回波信号在所述分束镜的另一面发生反射。
6.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述第一单焦点曲面镜具有一个焦点，该焦点位置即所述发射喇叭天线位置，所述第一单焦点曲面用于将平行波束反射聚焦到一点，并将单点发射出来的波束转换成平行波束。
7.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述水平摆镜为平面反射镜，用于将平行波束的方向在水平方向进行转动，实现波束在水平方向上的扫描。
8.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述竖直摆镜为平面反射镜，用于将平行波束的方向在竖直方向进行转动，实现波束在竖直方向上的扫描。
9.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述第二单焦点曲面镜具有一个焦点，该焦点位于所述第二单焦点曲面镜和所述双焦点曲面镜之间，用于将平行波束反射聚焦到一点，并将单点发射出来的波束转换成平行波束。
10.根据权利要求1所述的一种远距离高分辨率三反太赫兹准光系统，其特征在于：所述双焦点曲面镜具有两个焦点，其中一个焦点与所述第二单焦点曲面镜的焦点重合，另外一个焦点位于成像平面内。
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