CN202735513U - 全息主动式微波成像装置 - Google Patents

Abstract

全息主动式微波成像装置，机架(1)上安装电脑(2)、显示器(3)、接收装置(4)、发射装置(6)和天线系统(7)，其中，天线系统(7)上垂直安装导轨(8)，在导轨(8)上安装滑块(9)，滑块(9)上水平固定天线(10)；设发射装置（6）位于原点，天线(10)沿导轨(8)上、下移动轨迹为过X轴上侧的垂直线。采用微波主动全息成像，通过对点源响应、实际源分布、接收信号的谐以傅里叶反变换得到测量模拟全息图像，降低观测系统的复杂度，减少成本；提高系统的精确度和稳定性。在航空航天等领域，对于近、中、远距离目标的速度、距离等参数都具备高精度测量的特点，实现全息投影测量的雷达工具。

Description

全息主动式微波成像装置

技术领域

本实用新型涉及国际专利分类G01R测量电、磁变量或G02F用于控制声、光、电、磁波的强度、颜色、相位、偏振或方向的发射或接收的技术或工艺，属于信息获取与成像技术领域，尤其是全息主动式微波成像装置。

背景技术

     现有技术中，大气、海洋和陆地土壤水分遥感的应用对被动微波遥感器的空间分辨率提出了越来越高的要求。但是传统的微波辐射成像技术在分辨率达到一定高度时，由于波束在每个分辨像元的驻留时间越来越短，以致对辐射亮温的测量分辨率产生了影响，这就使得采用传统扫描成像技术来提高空间分辨率的技术路径成为不可能，如激光雷达虽然短距离精确度高但在大气中衰减严重。近年来发展起来的一种微波辐射成像技术— — 全息式被动微波成像技术,或称为综合孔径微波辐射成像技术。全息式被动成像技术经过二十余年的发展，尤其在星载研究计划的背景下，使得对这种技术逐步成熟并开始进人各实际应用领域。风云3号(FY-3)微波成像仪采用天线绕轴旋转形成圆锥形跨轨的扫描方式,根据微波成像仪观测几何、仪器空间位置和指向建立了遥感图像观测像元与地面位置之间关系的模型, 其中包括根据卫星位置计算实时速度的算法模型, 将计算结果与实际遥感图像比较以及通过地面控制点定位精度统计分析, 给出遥感图像地理定位，精度达到像元级。

在各种观测频段中，微波频段特点较为突出，不但具有全天时、全天候以及很强的穿透力等特点，还可以通过极化测量，增加对地物和目标的识别能力。对自然地物，许多在可见光图像中无法分辨的信息，如潮湿与干燥的草地，在微波辐射图像中其含水量将被一览无遗。另外，天线阵结构是全息成像系统的关键部分，利用最少的天线单元实现地物及目标的辐射成像是全息测量的主要目的。其中合成孔径雷达的空间分辨率已经达到甚至超过可见光频段的能力，成为多种应用卫星特别是军事侦察卫星的重要载荷。但是，合成孔径雷达等有源微波遥感也存在一些弱点。其一是重量功耗较大，但由于自由空间传输距离的损耗，回波信号十分微弱，必须通过提高发射功率来获得一定强度的回波，因此发射功率通常要达到几千瓦，这又对卫星能源系统提出较高的要求；其二是隐蔽性较差，特别是机载系统，发射电磁波必然暴露自己，使对方找到攻击目标。激光立体成像微波雷达的功能相对强大，它受电磁干扰小、探测距离远、精度较高，但对近距离的测距精度、测速精度就会差一些。作为“十一五”863计划之一的“全息式毫米波成像辐射计关键技术研究”标志着对地观测与导航领域的不断发展。

对于涉及微波遥感技术涉及尖端科技，可供了解的知识较少，尤其是微波成像的设备以及技术较少公开。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于提供一种全息主动式微波成像装置,该装置以一种微波或毫米波电磁波反演成像的方法，极大的减少了运算量，成像信息全面准确。

实现本实用新型的发明目的措施在于：机架上安装电脑、显示器、接收装置、发射装置和天线系统，其中，天线系统上垂直安装导轨，在导轨上安装滑块，滑块上水平固定天线；设发射装置位于原点，天线沿导轨上、下移动轨迹为过X轴上侧的垂直线。

本实用新型的优点在于，采用微波主动全息成像，通过对点源响应、实际源分布、接收信号的谐以傅里叶反变换得到测量模拟全息图像，降低观测系统的复杂度，减少成本；提高系统的精确度和稳定性。在航空航天等领域，对于近、中、远距离目标的速度、距离等参数都具备高精度测量的特点，实现全息投影测量的雷达工具。

附图说明

图1是本实用新型中成像设备系统的结构示意图

图2是本实用新型中右侧观察的结构示意图

图3是本实用新型中实施例中4小球分布在空间中原始图像

图4是本实用新型中实施例中为反演之后的4小球图像 

附图标记包括：机架1，电脑2，显示器3，接收装置4，步进电机控制系统5，发射装置6，天线系统7，导轨8，滑块9，天线10；

具体实施方式

以下通过实施例进一步说明。

机架1上安装电脑2、显示器3、接收装置4、发射装置6和天线系统7，其中，天线系统7上垂直安装导轨8，在导轨8上安装滑块9，滑块9上水平固定天线10；设发射装置6位于原点，天线10沿导轨8上、下移动轨迹为过X轴上侧的垂直线。

机架1底部安装步进电机控制系统5，滑块9与步进电机控制系统5连接。

滑块9后侧卡接导轨8上，滑块9前侧连接水平安置的支架，在该支架上向前方固定天线10。

天线10为并排于同一平面平行安装的6-20组端子。

本实用新型中，机架1高50cm,长70cm，宽48cm，导轨8高60cm，天线10宽80cm。

本实用新型中，对一维或二维全息测量模拟，由发射装置6向散射点发射微波信号，经过散射点回波被天线10接收后由接收装置4处理进入电脑2得原始图像，再相应的对得到的振幅接收信号和相位接收信号以傅里叶Fourier函数处理，得到PSF的谱，进一步得到接收信号的谱，再得到高频未截断改正后的接收信号谱，再得到高频已截断改正后的接收信号谱，最后得到改正后信号谱的傅里叶变换图像，即重建后的图像，该图像包含散射点分布、可辨识数量、位置、形状以及空间尺寸等信息，该图像与实测原始图像基本一致，即实现全息成像。

实施例：二维即时成像系统采用同定天线阵结构，可以在一个积分时间内完成所有空间频率域的采样，即一次得到所有成像所需的可视度函数采样数据，因此可以在很短的时间内对地物及目标进行成像观测，具有很高的时间分辨率，因此人们也称之为微波照相机。

在二维情况下，本实用新型实施方式包括： 

设发射装置6位于二维坐标系原点，散射点位于X-Y平面，接收天线10等间隔分布在X轴上，采用一个喇叭天线装置的发射装置6作为发射源，天线10采用8个全向天线为接收天线，并在Y轴方向等间隔扫描。

二维非全息测量模拟结果如：

4小球分布在空间中测量实际结果原始图像与二维非全息反演之后的4小球图像基本一致。

对比 图2 和 图3， 可验证反演方法正确。  

本实施例中，电脑2为控制主机，发射装置6为以点阵方式安的有超声信号发射头的超声波发射源，实验时，分布在x轴上的接收天线10，通过电脑2控制步进电机控制系统5主机带动滑块9上下移动，逐步改变天线10在水平方向与发射装置6超声发射头间的信号相位差，从而使发出的超声波波束的传播在水平方向发生偏转，而超声波波束的偏转角度与调制信号相位差的关系则可通过接收天线10检验。

在以上实施例中，未及叙述的涉及实施的其他必要技术等采用现有技术，不再依次列举详述。

Claims (7)

1.全息主动式微波成像装置，其特征是：机架(1)上安装电脑(2)、显示器(3)、接收装置(4)、发射装置(6)和天线系统(7)，其中，天线系统(7)上垂直安装导轨(8)，在导轨(8)上安装滑块(9)，滑块(9)上水平固定天线(10)；设发射装置（6）位于原点，天线(10)沿导轨(8)上、下移动轨迹为过X轴上侧的垂直线。

2.如权利要求1所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，机架(1)底部安装步进电机控制系统(5)，滑块(9)与步进电机控制系统(5)连接。

3.如权利要求1所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，滑块(9)后侧卡接导轨(8)上，滑块(9)前侧连接水平安置的支架，在该支架上向前方固定天线(10)。

4.如权利要求1所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，天线(10)为并排于同一平面平行安装的6-20组端子。

5.如权利要求1所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，发射装置(6)为一个喇叭天线装置。

6.如权利要求1所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，天线(10)为8个全向天线。

7.如权利要求5所述的全息主动式微波成像装置，其特征在于，发射装置(6)为以点阵方式安的有超声信号发射头的超声波发射源。

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