DE102006021405A1

DE102006021405A1 - System und Verfahren zur Mikrowellenbilderfassung mit unterdrückten Seitenlappen unter Verwendung eines schwach besetzten Antennenarrays

Info

Publication number: DE102006021405A1
Application number: DE102006021405A
Authority: DE
Inventors: Gregory Steven Mountain View Lee; Robert C. Palo Alto Taber; Izhak Palo Alto Baharav
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2006-05-08
Publication date: 2007-01-25
Anticipated expiration: 2026-05-09
Also published as: GB2428343A; US7280068B2; JP2007024874A; GB0613858D0; US20070013575A1; DE102006021405B4; JP5539606B2; GB2428343B

Abstract

Ein Mikrowellenbilderfassungssystem unterdrückt Seitenlappen in einem Mikrowellenbild, das unter Verwendung eines schwach besetzten Antennenarrays erfasst wird, unter Verwendung eines Beleuchtungssystems, das in zwei unterschiedlichen Beleuchtungsmodi arbeitet. Das Antennenarray umfasst Unterarrays von Antennenelementen, die in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen zu bilden. Das Beleuchtungssystem arbeitet in einem ersten Modus zum Senden von Mikrowellenbeleuchtung an beide der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays und zum Empfangen reflektierter Mikrowellenbeleuchtung von beiden komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays, um ein erstes Empfangssignal zu erzeugen. Das Beleuchtungssystem arbeitet ferner in einem zweiten Modus zum Übertragen von Mikrowellenbeleuchtung an eine erste der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays und zum Empfangen reflektierter Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays, um ein zweites Empfangssignal zu erzeugen. Seitenlappen werden unterdrück unter Verwendung einer linearen Kombination des ersten und zweiten Empfangssignals.

Description

Querverweis zu verwandten Anmeldungen
Diese Anmeldung ist in ihrem Gegenstand verwandt mit der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040151), mit dem Titel "A Device for Reflecting Electromagnetic Radiation," der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580), mit dem Titel "Broadband Binary Phased Antenna", und der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040142), mit dem Titel "System and Method for Security Inspection Using Microwave Imaging' die alle am 24.November 2004 eingereicht wurden.
Diese Anmeldung ist ferner in ihrem Gegenstand verwandt mit der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___ (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050095), mit dem Titel "System and Method for Efficient, High-Resolution Microwave Imaging Using Complementary Transmit and Receive Beam Patterns," der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___ (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050215), mit dem Titel "System and Method for Inspecting Transportable Items Using Microwave Imaging," der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050533), mit dem Titel "System and Method for Pattern Design in Microwave Programmable Arrays," der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050534), mit dem Titel "System and Method for Microwave Imaging Using an Interleaved Pattern in a Programmable Reflector Array", und der US-Anmeldung für das Patent mit der Seriennr.___(Anwaltsaktenzeichen Nr. 10050535), mit dem Titel "System and Method for Minimizing Background Noise in a Microwave Imaging Using a Programmable Reflector Array" die alle am 24. März 2005 eingereicht wurden.

Beschreibung

Die jüngsten Fortschritte bei der Mikrowellenbilderfassung haben die kommerzielle Entwicklung von Mikrowellenbilderfassungssystemen ermöglicht, die in der Lage sind, zweidimensionale und sogar dreidimensionale Mikrowellenbilder von Objekten und anderen Elementen von Interesse (z. B. menschlichen Personen) zu erzeugen. Derzeit sind mehrere Mikrowellenbilderfassungstechniken verfügbar. Eine Technik verwendet beispielsweise ein Array von Mikrowellendetektoren (hierin nachfolgend als „Antennenelemente" bezeichnet), um entweder passive Mikrowellenenergie, die durch das Ziel emittiert wird, oder reflektierte Mikrowellenenergie zu erfassen, die von dem Ziel ansprechend auf aktive Mikrowellenbeleuchtung des Ziels reflektiert wird. Ein zweidimensionales oder dreidimensionales Bild einer Person oder eines anderen Elements wird aufgebaut durch Abtasten des Arrays von Antennenelementen bezüglich der Position des Ziels und/oder Einstellen der Frequenz (oder Wellenlänge) der Mikrowellenenergie, die übertragen oder erfasst wird.

Sende- und/oder Empfangsantennenarrays für die Verwendung beim Senden und/oder Empfangen von Mikrowellenenergie können aufgebaut werden unter Verwendung herkömmlicher analoger Phasenarrays oder binärer Reflektorarrays, wie z. B. diejenigen, die beschrieben sind in den U.S.-Patenten mit der Serien-Nr..... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040151) mit dem Titel "A Device for Reflecting Electromagnetic Radiation" und .... (Anwaltsaktenzeichen Nr. 10040580) mit dem Titel „Broadband Binary Phased Antenna". Für jeden Arraytyp wird das größte adressierbare Volumen mit der höchsten räumlichen Auflösung erhalten durch Wählen einer kleinen Wellenlänge, λ die das Array dicht mit Antennenelementen füllt, so dass die Beabstandung zwischen benachbar ten Antennenelementen in beiden Richtungen λ/2 ist, und durch Maximieren des zweidimensionalen Bereichs des Arrays. Falls das Array beispielsweise ein Quadrat mit der Seite L ist, kann ein Objekt, das an einem Abstand L von dem Array angeordnet ist, mit einer Auflösung von etwa λ erfasst werden.

Die Anzahl von Antennenelementen und daher die Kosten des Arrays sind proportional zu (L/λ)². Diese quadratische Kostenabhängigkeit ist ein Hindernis sowohl beim Aufskalieren der Größe eines Arrays, um das adressierbare Sichtfeld zu erhöhen, als auch beim Reduzieren der Wellenlänge zum Erhöhen der Auflösung. Wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Begriff „adressierbares Sichtfeld" (AFOV) auf das Volumen, das mit hoher Auflösung adressierbar ist (d. h. das Volumen, das innerhalb eines spezifizierten Faktors der höchsten Auflösung aufgelöst werden kann).

Eine Lösung, die für das Kosten-Auflösungs-AFOV-Problem vorgeschlagen wurde, ist das Verwenden eines schwach besetzten Antennenarrays im Gegensatz zu einem dicht besetzten Antennenarray. Da sich die Auflösung mit der numerischen Apertur erhöht, die von dem Durchmesser und nicht von der Fläche des Arrays abhängt, kann ein Array mit zwei oder vier Antennenelementen, die um L beabstandet sind, die gewünschte Auflösung erreichen. Schwach besetzte Arrays erzeugen jedoch mehrfach gelappte Antennenstrukturen. Falls das Array ein herkömmliches Sende-phasengesteuertes Array ist und 1 ≥ s ≥ 0 der Schwach-Besetztheitsfaktor ist, gibt Parsevals Theorem der Fourier-Analyse an, dass nur s der Sendeleistung in eine Fläche fällt, die das ursprünglich dichte (s = 1) Array des gleichen Ausmaßes auflöst. Falls das schwach besetzte Array ein Reflektorarray ist und ein Sendehorn das volle Ausmaß des ursprünglich dicht besetzten (s = 1) Arrays beleuchtet, verarbeitet das schwach besetzte Array nur s der Leistung des Horns. Daher ist der Effizienzfaktor (d. h. der übertragene Bruchteil, der die ursprüngliche Fläche füllt) s². Falls das Reflektorarray verwendet wird, um sowohl die Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel zu richten als auch reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von dem Ziel zu empfangen, ist der Gesamteffizienzfaktor η = s⁴. Beispielsweise erzeugt ein 50 % schwach besetztes Reflektorarray eine Sende-zu-Empfangseffizienz von 1/16 = 6,25 %. Somit, wenn sich die Schwach-Besetztheit des Arrays erhöht, erhöht sich der Signalverlust mit der vierten Potenz.

Das Signal-/Rausch- (SNR-) Verhältnis eines schwach besetzten Arrays leidet an der gleichen s²- oder s⁴-Abhängigkeit. Außerdem erhöht das Hintergrundrauschen (oft als „Clutter" bezeichnet), das sich aus Streustrahlung ergibt, ferner das SNR für schwach besetzte Arrays aus mehreren Gründen. Erstens wird die unbesetzte Fläche des ursprünglichen dicht besetzten (s = 1) Arrays ein kollektiver ebener Spiegel, der die Strahlung mit einer Füllfaktoreffizienz von 1 – s spiegelnd abprallt. Zweitens erzeugt die verbleibende (besetzte) Flächengeometrie im Allgemeinen Seitenlappen, die die Richtung in einer schlecht gesteuerten Weise ändert, während sich die Antennenphaseneinstellung ändert. Das Seitenlappengewicht erhöht sich, während sich die Schwach-Besetztheit des Arrays erhöht. In dem Ausmaß, in dem diese beiden Faktoren Systemrauschen erhöhen, während das Array spärlicher wird, variiert SNR empirisch als s^a/(1 – s)^b, wobei a ≈ 4 und b ≈ 1. Somit führen spärlich besetzte Arrays zu einer Erhöhung des Signalverlusts und eines Anstiegs des SNR.

Was daher benötigt wird, ist ein Mikrowellenbilderfassungssystem für die Verwendung mit schwach besetzten Antennenarrays, das in der Lage ist, ein Mikrowellenbild mit unterdrückten Seitenlappen zu erfassen.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Beleuchtungssystem in einem Mikrowellenbilderfassungssystem, ein Mikrowellenbilderfassungssystem sowie ein Verfahren zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Systeme gemäß Anspruch 1 und 17 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 26 gelöst.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ein Beleuchtungssystem in einem Mikrowellenbilderfassungssystem zum Beleuchten eines schwach besetzten Antennenarrays, um ein Mikrowellenbild eines Ziels mit unterdrückten Seitenlappen zu erfassen. Das schwach besetzte Antennenarray umfasst Antennenelemente zum Richten einer Mikrowellenbeleuchtung zu und von dem Ziel, indem die Antennenelemente in Unterarrays in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen derselben zu bilden. Das Beleuchtungssystem umfasst einen Sender, der wirksam ist, um Mikrowellenbeleuchtung zu dem Antennenarray zu übertragen, einen Empfänger, der wirksam ist, um von dem Antennenarray reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, die von dem Ziel reflektiert wird, und ein Beleuchtungsnetzwerk, das in zwei Modi wirksam ist, um Seitenlappenunterdrückung zu ermöglichen.

Das Beleuchtungsnetzwerk ist in einem ersten Modus wirksam, um Mikrowellenbeleuchtung von dem Sender zu sowohl den komplementären Strukturen des Antennenarrays zu übertragen als auch reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von beiden komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu dem Empfänger zu liefern. Das Beleuchtungsnetzwerk ist ferner in einem zweiten Modus wirksam, um Mikrowellenbeleuchtung von dem Sender zu einer ersten der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu liefern, und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu dem Empfänger zu liefern.

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung liefern ferner ein Mikrowellenbilderfassungssystem, das ein Anten nenarray, ein Beleuchtungssystem und einen Prozessor umfasst. Das Antennenarray umfasst eine Mehrzahl von Antennenelementen, die jeweils mit einem jeweiligen Richtungskoeffizienten programmiert werden können, um Mikrowellenbeleuchtung zu und von einem Ziel zu richten, das einem Objekt zugeordnet ist. Das Antennenarray umfasst ferner Unterarrays von Antennenelementen, die in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen derselben zu bilden. Das Beleuchtungssystem ist wirksam, um Mikrowellenbeleuchtung zu liefern, um beide komplementäre Strukturen des Antennenarrays zu beleuchten und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, die durch das Ziel von beiden komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays reflektiert wird, um ein erstes Empfangssignal in einem ersten Modus zu erzeugen. Das Beleuchtungssystem ist ferner wirksam, um Mikrowellenbeleuchtung zu liefern, um eine erste der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu beleuchten, und um reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu empfangen, um ein zweites Empfangssignal in einem zweiten Modus zu erzeugen. Der Prozessor ist wirksam, um einen Wert, der dem Ziel in einem Mikrowellenbild eines Objekts zugeordnet ist, als eine lineare Kombination des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals zu messen.

Bei einem Ausführungsbeispiel sind das erste Empfangssignal und das zweite Empfangssignal komplexe Signale, die einen Hauptabtastlappen und einen oder mehrere Seitenlappen beschreiben. Der Prozessor unterdrückt Seitenlappen in dem Mikrowellenbild des Ziels durch Addieren des Produkts des ersten Empfangssignals und eines ersten komplexen Multiplizierers mit dem Produkt des zweiten Empfangssignals und eines zweiten komplexen Multiplizierers zum wirksamen Verbessern des Hauptabtastlappens und destruktiven Auslöschen der Seitenlappen. Der erste komplexe Multiplizierer und der zweite komplexe Multiplizierer werden als eine Funktion der schwach besetzten Geometrie des Antennenarrays ausgewählt.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Diagramm eines vereinfachten beispielhaften Mikrowellenbilderfassungssystems zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts mit unterdrückten Seitenlappen unter Verwendung eines spärlich besetzten Antennenarrays gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2A eine bildliche Darstellung eines beispielhaften schwach besetzten Antennenarrayentwurfs gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
2B eine bildliche Darstellung eines weiteren beispielhaften schwach besetzten Antennenarrays gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
3A ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
3B ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
4A bis 4C bildliche Darstellungen der beispielhaften Pha senplatten für die Verwendung bei den in 3A und 3B gezeigten beispielhaften Beleuchtungssystemen;
5 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
6 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
7 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
8 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
9 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung;
10 ein schematisches Diagramm eines weiteren vereinfachten beispielhaften Mikrowellenbilderfassungssystems zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts mit unterdrückten Seitenlappen unter Verwendung eines schwach besetzten Antennenarrays, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
11 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem von 10;
12 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem von 10;
13 ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem von 10;
14 eine graphische Darstellung von beispielhaften Amplitudenproduktverteilungen für verschiedene Beleuchtungsmodi;
15 ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Ziels eines Objekts darstellt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung;
16 ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts darstellt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung; und
17 ein Flussdiagramm, das einen weiteren beispielhaften Prozess zum Erfassen eines Mikrowellenbil des eines Objekts darstellt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung.
Wie sie hierin verwendet werden, beziehen sich die Begriffe Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung jeweils auf das Band von elektromagnetischer Strahlung mit Wellenlängen zwischen 0,3 mm und 30 cm, was Frequenzen von etwa 1 GHz bis etwa 1.000 GHz entspricht. Somit umfassen die Begriffe Mikrowellenstrahlung und Mikrowellenbeleuchtung jeweils herkömmliche Mikrowellenstrahlung, sowie das, was herkömmlicherweise als Millimeterwellenstrahlung bekannt ist.
1 ist ein schematisches Diagramm eines vereinfachten beispielhaften Mikrowellenbilderfassungssystems 10 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Das Mikrowellenbilderfassungssystem 10 umfasst ein oder mehrere schwach besetzte Antennenarrays 50 (der Zweckmäßigkeit halber ist nur eine gezeigt), ein Mikrowellenbeleuchtungssystem 100, einen Prozessor 110, einen Speicher 160 und eine Anzeige 120. Das schwach besetzte Antennenarray 50 ist in der Lage, Mikrowellenbeleuchtung zu senden und/oder Mikrowellenbeleuchtung über Antennenelemente 80 zu empfangen, um ein Mikrowellenbild eines Objekts 150 zu erfassen (z. B. eines Koffers, einer menschlichen Person oder jedes anderen Elements von Interesse). Jedes Antennenelement 80 ist mit einem bestimmten Richtungskoeffizienten (z. B. Reflektionskoeffizient oder Übertragungskoeffizient) programmiert, um die Mikrowellenstrahlung zu und/oder von einem Ziel 155 auf das Objekt 150 zu richten. Die Antennenelemente 80 können jeweils jeder Typ von Mikrowellenantenne sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Patch-, Dipol-, Monopol-, Schleifen- und Dielektrischer-Resonator-Typ-Antennen.
Das schwach besetzte Array 50 ist ein passives programmierbares Array, das entweder aus Reflektorantennenelementen 80 oder Sendeantennenelementen 80 besteht. In einem Reflektionsmodus ist jedes der Reflektorantennenelemente 80 in der Lage, mit einem jeweiligen Reflektionskoeffizienten programmiert zu werden, um Mikrowellenstrahlung zu dem Ziel 155 auf dem Objekt 150 zu reflektieren, das erfasst wird. Der Reflektionskoeffizient kann eine binäre oder kontinuierliche Phasenverzögerung oder eine Amplitudenvariation darstellen. Beispielsweise wird die Mikrowellenbeleuchtung, die durch das schwach besetzte Antennenarray 50 von dem Mikrowellenbeleuchtungssystem 100 empfangen wird, zu dem Ziel 155 auf dem Objekt 150 reflektiert, und die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung, die von dem Ziel 155 reflektiert wird und durch das schwach besetzte Antennenarray 50 empfangen wird, wird zu dem Mikrowellenbeleuchtungssystem 100 reflektiert durch Programmieren jedes der einzelnen Reflektorantennenelemente 80 mit einem jeweiligen Reflektionskoeffizienten.
In einem Übertragungsmodus ist jedes der Sendeantennenelemente 80 in der Lage, mit einem jeweiligen Übertragungskoeffizienten programmiert zu werden, um Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel 155 auf dem Objekt 150 zu richten, das erfasst wird. Beispielsweise wird Mikrowellenbeleuchtung, die durch das schwach besetzte Antennenarray 50 von dem Mikrowellenbeleuchtungssystem 100 empfangen wird, durch das Array 50 und zu dem Ziel 155 auf dem Objekt 150 gerichtet, und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung, die von dem Ziel 155 reflektiert wird und durch das schwach besetzte Antennenarray 50 empfangen wird, wird durch das Array 50 und zu dem Mikrowellenbeleuchtungssystem 100 gerichtet, durch Programmieren jedes der einzelnen Sendeantennenelemente 80 mit einem jeweiligen Übertragungskoeffizienten.
Die Antennenelemente 80 in dem schwach besetzten Antennenarray 50 sind in Unterarrays 60 unterteilt gezeigt, die jeweils eines oder mehrere der Antennenelemente 80 umfassen. Die Unterarrays 60 sind ferner auf dem Array 50 in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet, um komplementäre Unterarraystrukturen 90a und 90b desselben zu bilden. Die komplementären Strukturen 90a bzw. 90b erzeugen komple mentäre Mikrowellenstrahlstrukturen an dem Ziel 155. Das Mikrowellenbild des Ziels 155 ist an der Schnittstelle der komplementären Mikrowellenstrahlstrukturen gebildet.
Das Beleuchtungssystem 100 umfasst einen Sender 130, einen Empfänger 135 und ein Beleuchtungsnetzwerk 140, das in der Lage ist, in zwei unterschiedlichen Beleuchtungsmodi (die hierin nachfolgend als verbundener und getrennter Modus bezeichnet werden) zu arbeiten, um die Unterdrückung von Seitenlappen in dem Mikrowellenbild des Objekts 150 zu ermöglichen. Das Beleuchtungsnetzwerk 140 umfasst Phasenplatten oder verallgemeinerte Linsen kombiniert mit Mikrowellenhörnern, um die verbundene und getrennte Beleuchtung des Arrays 50 zu erzeugen. Verschiedene Beleuchtungsnetzwerke 140 sind nachfolgend in Verbindung mit 5 – 13 näher gezeigt und beschrieben.
In dem verbundenen Modus werden die Unterarrays 60 in beiden komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b beleuchtet, durch sowohl die Sendezuführung des Senders 130 als auch die Empfangszuführung des Empfängers 135. Somit wird in dem verbundenen Modus die Mikrowellenbeleuchtung 20 von dem Sender 130 über das Beleuchtungsnetzwerk 140 zu beiden der komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b von Antennenelementen 80 übertragen, und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 40 von beiden komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b der Antennenelemente 80 wird über das Beleuchtungsnetzwerk 140 an dem Empfänger 135 empfangen. In dem getrennten Modus werden die Unterarrays 60 in einer ersten komplementären Unterarraystruktur 90a durch die Sendezuführung beleuchtet, und die Unterarrays 60 in einer zweiten komplementären Unterarraystruktur 90b werden durch die Empfangszuführung beleuchtet. Somit wird die Mikrowellenbeleuchtung 30 in dem getrennten Modus von dem Sender 130 über das Beleuchtungsnetzwerk 140 zu einer der komplementären Unterarraystrukturen (z. B. Struktur 90a) übertragen, und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 70 von der anderen komplementären Unterarraystruktur (z. B. Struktur 90b) wird über das Beleuchtungsnetzwerk 140 an dem Empfänger 135 empfangen.
Genauer gesagt, in dem verbundenen Modus richtet das Beleuchtungsnetzwerk 140 die Mikrowellenbeleuchtung 20 von dem Sender 130 zu den Antennenelementen 80 in beiden Unterarraystrukturen 90a und 90b. Basierend auf den Richtungskoeffizienten, der in jedes der Antennenelemente 80 programmiert sind, wird die Mikrowellenbeleuchtung 25 von beiden Unterarraystrukturen 90a und 90b zu dem Ziel 155 gerichtet. Die Richtungskoeffizienten sind ausgewählt, um eine positive Störung der Mikrowellenbeleuchtung 25 von jedem der Antennenelemente 80 an dem Ziel 155 zu erzeugen. Beispielsweise kann bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Antennenelemente Reflektorantennenelemente sind, die Phasenverschiebung von jedem der Antennenelemente 80 eingestellt werden, um die gleiche Phasenverzögerung für jeden Weg der Mikrowellenbeleuchtung 25 von der Quelle (Antennenelement 80) zu dem Ziel 155 zu liefern. Die komplementären Strukturen 90a und 90b erzeugen komplementäre Sendemikrowellenstrahlstrukturen an dem Ziel 155.
Gleichartig dazu wird reflektierte Mikrowellenstrahlung 45, die von dem Ziel 155 reflektiert wird, und an dem schwach besetzten Antennenarray 50 empfangen wird, von den Antennenelementen 80 in beiden Unterarraystrukturen 90a und 90b zurück zu dem Beleuchtungsnetzwerk 140 gerichtet, basierend auf dem Richtungskoeffizienten, der in jedes der Antennenelemente 80 programmiert ist. Die komplementären Strukturen 90a und 90b erzeugen komplementäre Empfangsmikrowellenstrahlstrukturen an dem Beleuchtungsnetzwerk 140. Das Beleuchtungsnetzwerk 140 empfängt die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 40 und liefert die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 40, die von beiden Unterarraystrukturen 90a und 90b empfangen wird, an den Empfänger 135. Der Empfänger 135 kombiniert die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 40, die von jedem Antennenelement 80 in beiden Unterarraystrukturen 90a und 90b reflektiert wird, um ein erstes Empfangs signal (verbundenes Signal) 170 zu erzeugen, das den Wert der effektiven Intensität der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung an dem Ziel 155 anzeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel erzeugt der Empfänger 135 das verbundene Signal 170 unter Verwendung der Mikrowellenbeleuchtung, die von dem Schnittpunkt der komplementären Empfangsmikrowellenstrahlstrukturen empfangen wird. Genauer gesagt, das erzeugte verbundene Signal 170 ist das volumen-integrierte Kreuzprodukt der komplementären Empfangsmikrowellenstrahlen.
In dem getrennten Modus richtet das Beleuchtungsnetzwerk 140 die Mikrowellenbeleuchtung 30 von dem Sender 130 zu den Antennenelementen 80 in nur einer der Unterarraystrukturen (z. B. Struktur 90a). Basierend auf dem Richtungskoeffizienten, der in jedes der Antennenelemente 80 in dieser Unterarraystruktur 90a programmiert ist, wird die Mikrowellenbeleuchtung 35 von den Antennenelementen 80 in diesen Unterarraystrukturen 90a zu dem Ziel 155 gerichtet. Reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 75, die von dem Ziel 155 reflektiert wird und an dem schwach besetzten Antennenarray 50 empfangen wird, wird jedoch von den Antennenelementen 80 in den anderen Unterarraystrukturen 90b zurück zu dem Beleuchtungsnetzwerk 140 gerichtet, basierend auf dem Richtungskoeffizienten, der in jedes der Antennenelemente 80 in dieser Unterarraystruktur 90b programmiert ist. Somit erzeugen die komplementären Strukturen 90a und 90b Sende- bzw. Empfangsmikrowellenstrahlenstrukturen bei dem Ziel 155.
Das Beleuchtungsnetzwerk 140 empfängt die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 70 und liefert die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 70, die von den Antennenelementen 80 in den Unterarraystrukturen 90b empfangen wird, an den Empfänger 135. Der Empfänger 135 kombiniert die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung 70, die von jedem Antennenelement 80 in der Unterarraystruktur 90b reflektiert wird, um ein zweites Empfangssignal (getrenntes Signal) 175 zu erzeugen, das den Wert der effektiven Intensität der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung an dem Ziel 155 anzeigt. Bei einem Ausführungsbeispiel bildet der Empfänger 135 das getrennte Signal 175 an dem Schnittpunkt der komplementären Sende- und Empfangsmikrowellenstrahlstrukturen. Genauer gesagt, das erzeugte verbundene Signal 170 ist das volumen-integrierte Kreuzprodukt der komplementären Sende- und Empfangsmikrowellenstrahlen.
Sowohl das verbundene Signal 170 als auch das getrennte Signal 175 werden von dem Empfänger 135 zu dem Prozessor 110 geleitet, der die Signale 170 und 175 verwendet, um den Wert eines Pixels oder Voxels zu bestimmen, das dem Ziel 155 auf dem Objekt 150 entspricht. Die Signale 170 und 175 sind beide komplexe Signale, die Real- und Imaginär-Teile (oder äquivalent Amplitude und Phase) enthalten, die ein Hauptabtastlappen und ein oder mehrere unerwünschte Seitenlappen beschreiben. Aufgrund der unterschiedlichen Sende-/Empfangswege der beiden Beleuchtungsmodi haben die Seitenlappen in jedem der Signale 170 und 175 entgegengesetzte Vorzeichen. Somit ist der Prozessor 110 in der Lage, den Hauptabtastlappen konstruktiv zu verbessern, während er die unerwünschten Seitenlappen destruktiv auslöscht durch Berechnen einer optimalen linearen Kombination des verbundenen Signals 170 und des getrennten Signals 175.
Beispielsweise wird mit Bezugnahme auf 14 eine beispielhafte Amplitudenproduktverteilung eines getrennten Signals in dem Graph dargestellt, der mit 1410 bezeichnet ist, und eine beispielhafte Amplitudenproduktverteilung eines verbundenen Signals ist in dem Graph dargestellt, der mit 1420 bezeichnet ist. Die in 14 gezeigten Graphen wurden aufgebaut unter Verwendung eines Arrays mit einer schwach besetzten Geometrie ähnlich zu der in 2A gezeigten Geometrie. Wie es ersichtlich ist, sind sowohl in dem verbundenen als auch dem getrennten Modus zusätzlich zu dem gewünschten zentralen Hauptlappen vier symmetrische Sätze von Seitenlappen. In dem getrennten Modus (Graph 1410) ist jedoch die Amplitude der Seitenlappen negativ (d. h. beim Vorzeichen entgegengesetzt zu dem Hauptlappen), während in dem verbundenen Modus (Graph 1420) die Amplitude der Seitenlappen nicht negativ ist (d.h. das gleiche Vorzeichen wie der zentrale Lappen). Somit führt das Bilden einer Überlagerung der beiden Verteilungen 1410 und 1420 mit der ordnungsgemäßen Gewichtung zwischen den beiden Verteilungen 1410 und 1420 zu einer Verteilung mit einem starken Hauptlappen und schwachen Seitenlappen, wie es im Graph 1430 gezeigt ist.
Mit erneuter Bezugnahme auf 1 bestimmt der Prozessor 110 die optimale lineare Kombination (Gewichtung) des verbundenen Signals 170 und des getrennten Signals 175 basierend auf der Schwach-Besetztheit der Arraygeometrie (d. h. der komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b). Falls beispielsweise das verbundene Signal mit J bezeichnet ist und das getrennte Signal mit D bezeichnet ist, wählt der Prozessor 110 komplexe Multiplizierer (Gewichtsanteile) m_J und m_D aus, basierend auf der Geometrie des Arrays 50, so dass m_J + m_D = Eins, und berechnet das resultierende Signal als m_J·J + m_D·D.
Im Allgemeinen sind die Gewichtsprozente, die den komplexen Multiplizierern m_J und m_D zugewiesen sind, linear proportional zu der Schwach-Besetztheit des Arrays 50. Für ein vollständig dicht besetztes Array ist das Gewicht, das dem verbundenen Signal gegeben ist, 100 %, und somit ist der Wert des komplexen Multiplizierers m_J Eins und der Wert des komplexen Multiplizierers m_D ist Null. Gleichartig dazu, für ein vollständig schwach besetztes Array (z. B. eine Bildrahmengeometrie, wie sie in 2A gezeigt ist, mit nur einem einzigen Antennenelement pro Unterarray), ist das Gewicht, das dem getrennten Signal zugewiesen ist, 100 %, und somit ist der Wert des komplexen Multiplizierers m_J Null und der Wert des komplexen Multiplizierers m_D ist Eins. Die Werte der komplexen Multiplizierer m_J und m_D sind typischerweise gleich für alle Pixel oder Voxel bei einer Abtastung des Objekts 150, und daher kann der Prozessor 110 die Werte der komplexen Multiplizierer einmal optimieren und die optimierten Werte in dem Speicher 160 oder in dem Prozessor 110 speichern, für die Verwendung während der Abtastung.
Außerdem arbeitet der Prozessor 110, um das Beleuchtungssystem 100 für den verbundenen und getrennten Beleuchtungsmodus zu steuern. Bei einem Ausführungsbeispiel schaltet der Prozessor 110 zwischen dem verbundenen und dem getrennten Beleuchtungsmodus. Der Prozessor 110 stellt das Beleuchtungsnetzwerk 140 beispielsweise auf den verbundenen Modus ein, um das verbundene Signal 170 zu empfangen, und stellt dann das Beleuchtungsnetzwerk 140 auf den getrennten Modus ein, um das getrennte Signal 175 zu empfangen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel steuert der Prozessor 110 den Sender 130 und den Empfänger 135, um im Wesentlichen gleichzeitig sowohl in dem verbundenen als auch dem getrennten Beleuchtungsmodus zu arbeiten.
Der Prozessor 110 arbeitet ferner, um die Richtungskoeffizienten von jedem der einzelnen Antennenelemente 80 in dem schwach besetzten Antennenarray 50 zu programmieren, um mehrere Ziele 155 auf dem Objekt 150 mit Mikrowellenstrahlen zu beleuchten, und/oder reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von mehreren Zielen 155 auf dem Objekt 150 zu empfangen. Somit arbeitet der Prozessor 110 in Verbindung mit dem schwach besetzten Antennenarray 50, um das Objekt 150 abzutasten. Beim Betrieb arbeitet das Mikrowellenbilderfassungssystem 10 bei Frequenzen, die es ermöglichen, dass Millionen von Zielen 155 pro Sekunde abgetastet werden.
Der Prozessor 110 umfasst jede Hardware, Software, Firmware oder Kombination derselben zum Steuern des schwach besetzten Antennenarrays 50 und Verarbeiten der empfangenen Mikrowellenbeleuchtung, die von dem Ziel 155 reflektiert wird, um ein Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder des Objekts 150 aufzubauen. Bei einem Ausführungsbeispiel speichert der Speicher 160 Software, die durch den Prozessor 110 ausführbar ist, um das Antennenarray 50 zu steuern und/oder das Mikrowellenbild des Objekts 150 aufzubauen. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Software in dem Prozessor 110 gespeichert, und der Speicher 160 speichert optional Daten, die durch den Prozessor 110 während der Ausführung der Software verwendet werden.
Der Prozessor 110 kann beispielsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrocontroller, programmierbare Logikvorrichtungen, Digitalsignalprozessoren oder andere Typen von Verarbeitungsvorrichtungen umfassen, die konfiguriert sind, um Befehle eines Computerprogramms auszuführen, und einen oder mehrere Speicher (z. B. Cache-Speicher), die die Befehle und andere Daten speichern, die durch den Prozessor 110 verwendet werden. Es sollte jedoch klar sein, dass andere Ausführungsbeispiele des Prozessors 110 verwendet werden können. Der Speicher 160 ist jeder Typ von Datenspeichervorrichtung, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, einer Festplatte, eines Direktzugriffspeichers (RAM), Nur-Lese-Speichers (ROM), Kompaktdisk, Diskette, ZIP^®-Laufwerks, Bandlaufwerks, Datenbank oder anderen Typs von Speichervorrichtung oder Speichermedium.
Das resultierende Mikrowellenbild des Ziels 155 und/oder Objekts 150 kann von dem Prozessor 110 zu der Anzeige 120 geleitet werden, um das Mikrowellenbild anzuzeigen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Anzeige 120 eine zweidimensionale Anzeige zum Anzeigen eines dreidimensionalen Mikrowellenbilds des Objekts 150, oder eines oder mehrerer eindimensionaler oder zweidimensionaler Mikrowellenbilder des Ziels 155 und/oder Objekts 150. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel ist die Anzeige 120 eine dreidimensionale Anzeige, die in der Lage ist, ein dreidimensionales Mikrowellenbild des Objekts 150 anzuzeigen.
Es sollte klar sein, dass mehrere schwach besetzte Antennenarrays 50 verwendet werden können, um unterschiedliche Abschnitte des Objekts 150 abzutasten. Beispielsweise kann das Mikrowellenbilderfassungssystem 10 mit zwei schwach besetzten Antennenarrays implementiert werden, die jeweils ein 1 m × 1 m schwach besetztes Array von Antennenelementen 80 aufweisen, um die Hälfte des Objekts 150 abzutasten. Als weiteres Beispiel kann das Mikrowellenbilderfassungssystem 10 mit vier schwach besetzten Antennenarrays 50 implementiert sein, die jeweils ein 0,5 m × 0,5 m schwach besetztes Array von Antennenelementen 80 umfassen, das in der Lage ist, einen Quadranten des Objekts 150 abzutasten.
Beispiele von komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b, die ein schwach besetztes Antennenarray 50 bilden, sind in 2A und 2B gezeigt. 2A stellt eine beispielhafte „Bildrahmen"-Struktur dar, bei der eine der komplementären Unterarraystrukturen 90a schraffierte Unterarrays 60 umfasst, und die andere komplementäre Unterarraystruktur 90b leere Unterarrays 60 umfasst. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind alle Unterarrays 60 beleuchtet, durch sowohl die Sende- als auch die Empfangszuführung in dem Mikrowellenbeleuchtungssystem, während in dem getrennten Beleuchtungsmodus die Unterarrays 60 in der ersten komplementären Unterarraystruktur 90a durch die Sendezuführung beleuchtet sind und die Unterarrays 60 in der zweiten komplementären Unterarraystruktur 90b durch die Empfangszuführung beleuchtet sind. Die Eck-Unterarrays 60 sind entweder geteilt beleuchtet (durch beide Beleuchtungsmodi) entlang den Diagonalen oder überhaupt nicht beleuchtet.
2B stellt eine beispielhafte „Kreuz"-Struktur dar, bei der eine der komplementären Unterarraystrukturen 90a die schraffierten Unterarrays 60 umfasst, und die andere komplementäre Unterarraystruktur 90b die leeren Unterarrays 60 umfasst. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind alle Unterarrays 60 durch sowohl die Sende- als auch die Empfangszuführung in dem Mikrowellenbeleuchtungssystem be leuchtet, während in dem getrennten Beleuchtungsmodus die Unterarrays 60 in der ersten komplementären Unterarraystruktur 90a durch die Sendezuführung beleuchtet sind, und die Unterarrays 60 in der zweiten komplementären Unterarraystruktur 90b durch die Empfangszuführung beleuchtet sind. Die mittlere Unteranordnung 60 (d. h. die Unteranordnung 60, die beide Strukturen 90a und 90b schneidet) kann in beiden Beleuchtungsmodi beleuchtet werden, durch zufälliges Zuweisen im Wesentlichen gleicher Anzahlen von Antennenelementen 80 zu entweder dem verbundenen Modus oder dem getrennten Modus.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind eines oder mehrere der Unterarrays 60 ein dicht besetztes Unterarray von Antennenelementen 80. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind eines oder mehrere der Unterarrays 90 ein schwach besetztes Unterarray von Antennenelementen 80. Beispielsweise können ein oder mehrere der Unterarrays eine einzige Zeile oder Spalte von dicht besetzten oder schwach besetzten Antennenelementen 80 enthalten. In jedem Fall sind die komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b zusammen aus einer stark reduzierten Anzahl von Antennenelementen zusammengesetzt, so dass die Gesamtzahl von Antennenelementen 80 in dem schwach besetzten Antennenarray 50 stark reduziert ist im Vergleich zu einem dicht besetzten Array. Diese Reduzierung beim Elementzählwert ergibt direkt reduzierte Kosten. Somit sind die Kosten des komplementären Arrays mit reduziertem Elementzählwert, wie z. B. derjenigen in 2A und 2B, proportional zu nur der Quadratwurzel von A, was wesentliche Kosteneinsparungen erreicht, im Gegensatz zu dicht besetzten Arrays, wo die Kosten des Arrays proportional zu der Standfläche A der dicht besetzten Arrays sind. Außerdem ist AFOV ungeändert zwischen dem dicht besetzten Array und dem komplementären Array mit reduziertem Elementzählwert, weil das Gesamtausmaß der komplementären Arrays und der minimale Abstand gleich ist wie für das ursprünglich dicht besetzte Array.
3A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. Das Beleuchtungssystem 100 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140, den Sender 130 und den Empfänger 135. In 3A umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 Mikrowellenhörner 310, 320 und 330, Phasenplatten 340, 342 und 344, einen Zirkulator 350 und Schalter 360 und 370 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 360 ist mit dem Empfänger 135 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Horn 310 und dem Zirkulator 350. Der Schalter 370 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Horn 330 und dem Zirkulator 350. In 3A sind die Schalter 360 und 370 einpolige Umschalt- (SPDT-) Mikrowellenschalter. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnten jedoch andere Typen von Schaltern verwendet werden.
Die zentrale Phasenplatte 342 ist entworfen, um die gesamte schwach besetzte Geometrie beider komplementärer Unterarraystrukturen in dem verbundenen Beleuchtungsmodus zu beleuchten. Die linke Phasenplatte 340 ist entworfen, um eine der komplementären Unterarraystrukturen in dem getrennten Modus zu beleuchten, während die rechte Phasenplatte 344 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur in dem getrennten Modus zu beleuchten. Die Phasenplatten 340, 342 und 344 können entweder durch Reflektion oder Übertragung von Mikrowellenbeleuchtung zu und von den Hörnern 310, 320 bzw. 330 arbeiten. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Hörner 310, 320 und 330 kundenspezifisch entworfene Fernfeldmuster-Hörner, die dadurch den Bedarf an Phasenplatten 340, 342 und 344 aufheben. Beispielsweise können undichte Wellenleiter, zylindrische Linsen, zylindrische Spiegel und andere Typen von kundenspezifischen Hörnern mit Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet werden.
In dem verbundenen Beleuchtungsmodus verbinden beide Schalter 360 und 370 mit dem Zirkulator 350, um Mikrowellenstrahlung durch das mittlere Horn 320 zu senden und zu empfangen, um das verbundene Signal zu erzeugen. In dem getrennten Beleuchtungsmodus verbindet der Schalter 360 mit dem Horn 310, und der Schalter 370 verbindet mit dem Horn 330, um Mikrowellenstrahlung vollständig durch das rechte Horn 330 zu übertragen und Mikrowellenstrahlung vollständig durch das linke Horn 310 zu empfangen, um das getrennte Signal zu erzeugen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist das Mikrowellenbilderfassungssystem ein kohärentes System, und somit schmalbandig. Daher können die Schalter 360 und 370 als Schmalbandschalter entworfen sein, um eine Leistung mit geringerem Einfügungsverlust zu erhalten als diejenige, die mit universellen Breitbandmikrowellenschaltern erreichbar ist. Als Folge kann jede der hierin gezeigten Konfigurationen des Beleuchtungssystems 100 mit relativ geringer Übertragungsleistung verwendet werden.
3B ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbeleuchtungssystem der vorliegenden Erfindung. Das Beleuchtungssystem 100 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140, den Sender 130 und den Empfänger 135. In 3B umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 nur ein einziges Mikrowellenhorn 320, eine entsprechende Phasenplatte 342 und einen Zirkulator 350. Die Phasenplatte 342 ist entworfen, um die gesamte schwach besetzte Geometrie beider komplementärer Unterarraystrukturen in sowohl dem verbundenen Beleuchtungsmodus als auch dem getrennten Beleuchtungsmodus zu beleuchten. Die beiden Beleuchtungsmodi (verbunden und getrennt) sind digital implementiert an dem Antennenarray durch Invertieren der Phasenverschiebungen der einzelnen Antennenelemente in einer der komplementären Unterarraystrukturen, während die Phasenverschiebungen der einzelnen Antennenelemente in der anderen komplementären Unterarraystruktur beibehalten werden.
In einem binären Array kann beispielsweise jedes Antennenelement nur mit einem von zwei unterschiedlichen binären Zuständen programmiert sein (z. B. 0 Grad Phasenverschiebung oder 180 Grad Phasenverschiebung). In dem getrennten Beleuchtungsmodus werden die Antennenelemente in beiden komplementären Unterarraystrukturen erst mit einer jeweiligen Phasenverschiebung (0 oder 180 Grad) programmiert, die entworfen ist, um eine konstruktive Interferenz der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung an dem Empfänger 135 zu erzeugen. In dem getrennten Beleuchtungsmodus ist die Phasenverschiebung von jedem der Antennenelemente in nur einer der komplementären Unterarraystrukturen umgedreht (invertiert), so dass, falls ein bestimmtes Antennenelement während der verbundenen Beleuchtung mit einer 0-Grad-Phasenverschiebung programmiert ist, die Phasenverschiebung dieses bestimmten Antennenelements für eine getrennte Beleuchtung auf 180 Grad geändert wird. Als ein Beispiel, mit Bezugnahme auf 2A, können die Phasenverschiebungen der Antennenelemente in der Unterarraystruktur 90a in dem getrennten Beleuchtungsmodus invertiert werden, während die gleichen Phasenverschiebungen der Antennenelemente in der Unterarraystruktur 90b beibehalten werden.
Als Folge umfasst die empfangene Mikrowellenstrahlung, die von dem Objekt reflektiert wird und durch das Antennenarray zu dem Beleuchtungssystem 100 gerichtet wird, zwei unabhängige Kanäle, die hierin als ein „Plus"-Kanal und ein „Minus"-Kanal bezeichnet werden. Der Plus-Kanal ist äquivalent zu dem verbundenen Beleuchtungskanal, der von der reflektierten Mikrowellenstrahlung gemessen wird, die während dem verbundenen Beleuchtungsmodus empfangen wird. Der Minus-Kanal wird erhalten durch Invertieren der Phasenverschiebungen von einer der Unterarraystrukturen während des getrennten Beleuchtungsmodus. Der Minus-Kanal ist jedoch nicht äquivalent zu dem getrennten Beleuchtungskanal. Statt dessen ist der getrennte Beleuchtungskanal äquivalent zu der Differenz zwischen dem Plus-Kanal und dem Minus-Kanal.
Der getrennte Kanal kann auch als ein „gemischtes" Signal bezeichnet werden, während die Hinzufügung des Plus-Kanals und des Minus-Kanals als ein „reines" Signal bezeichnet werden kann. Jede geeignete lineare Kombination des Plus-Kanalsignals und des Minus-Kanalsignals oder des reinen Kanalsignals und des gemischten Kanalsignals erzeugt die optimale Seitenlappenauslöschung.
4A – 4C sind bildliche Darstellungen von beispielhaften Phasenplatten 340, 342 und 344 für die Verwendung bei beispielhaften Beleuchtungssystemen, die in 3A und 3B gezeigt sind. In 4A – 4C sind die Phasenplatten 340, 342 und 344 binäre Phasenzonenplatten, während weiße Bereiche 0-Grad-Phasenverschiebungszonen darstellen und schwarze Bereiche 180-Grad-Phasenverschiebungszonen darstellen. Bei anderen Ausführungsbeispielen sind die Phasenplatten 340, 342 und 344 quaternäre Phasenplatten (0°, 90°, 180° und 270°) oder durchgehende Phasenplatten, wie z. B. eine herkömmliche Fresnel-Linse oder eine gewöhnliche Linse. Die bestimmte Phasenverschiebungszonenstruktur auf den Phasenplatten 340, 342 und 344 hängt von den komplementären Unterarraystrukturen des Arrays ab. Beispielsweise würde die „Bildrahmen"-Struktur, die in 2A gezeigt ist, andere Phasenplatten erfordern als die „Kreuz"-Struktur, die in 2B gezeigt ist.
Allgemein sind die Phasenplatten 340 und 344 zum Beleuchten der einzelnen komplementären Unterarraystrukturen beinahe komplementär (orthogonal) zueinander, um die ordnungsgemäße Phasenverschiebung zwischen den Sende- und Empfangsstrahlenstrukturen in dem getrennten Modus zu liefern. Die Phasenplatte 342 für eine verbundene Beleuchtung ist selbst-doppelnd, d. h. eine geometrische Operation (z. B. 90°-Drehung), die linke Platte 340 zu der rechten Platte 344 umwandelt, lässt die Mittelplatte 342 ungeändert.
5 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. Bei 5 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 zwei Mikrowellenhörner 510 und 520, eine Veränderliche-Phase-Platte 530, eine Feste-Phase-Platte 540, einen Zirkulator 550 und einen Schalter 560 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 560 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Horn 520 und dem Zirkulator 550. Der Empfänger 135 ist mit dem Zirkulator 550 verbunden, der mit dem Horn 510 verbunden ist und selektiv mit dem Schalter 560 verbunden ist.
Die Veränderliche-Phase-Platte 530 ist entworfen, um die gesamte schwach besetzte Geometrie beider komplementärer Unterarraystrukturen in dem verbundenen Beleuchtungsmodus und eine der komplementären Unterarraystrukturen in dem getrennten Modus zu beleuchten, während die Feste-Phase-Platte 540 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur in dem getrennten Modus zu beleuchten. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus ist die Veränderliche-Phase-Platte 530 programmiert, um die gesamte schwach besetzte Geometrie beider komplementärer Unterarraystrukturen des Antennenarrays zu beleuchten, und der Schalter 560 ist mit dem Zirkulator 350 verbunden, um Mikrowellenstrahlung durch das linke Horn 510 und die Veränderliche-Phase-Platte 530 zu senden und zu empfangen, um das verbundene Signal zu erzeugen.
In dem getrennten Beleuchtungsmodus ist der Schalter 560 mit dem Horn 520 und der Feste-Phase-Platte 540 verbunden, um Mikrowellenstrahlung durch das Horn 520 und die Feste-Phase-Platte 540 zu übertragen, um eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, und die Veränderliche-Phase-Platte 530 ist programmiert, um die anderen komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, um Mikrowellenstrahlung durch die Veränderliche-Phase-Platte 530 und das Horn 510 zu empfangen, um das getrennte Signal zu erzeugen. Es sollte klar sein, dass der Sender 130 und der Empfänger 135 ausgetauscht werden können, falls der Zirkulator 550 links-rechts-gespiegelt ist. Obwohl es so erscheint, als würde das Verwenden eines einzelnen Schalters 560 im Gegensatz zu den in 3 und 6 – 9 gezeigten mehreren Schaltern eine schlechte Isolationsleistung des Schalters 560 erzeugen, liefert der Zirkulator 550 Isolation zum Ausgleichen der schlechten Isolationsleistung des Schalters 560 und daher kann jeder Typ von Mikrowellenschalter verwendet werden. Umgekehrt ist die Einfügungsverlustleistung des Schalters 560 im Vergleich zu 3 und 6 – 9 entspannt.
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Veränderliche-Phase-Platte 530 ersetzt durch eine Feste-Phase-Platte, die die gesamte schwach besetzte Geometrie der komplementären Unterarraystrukturen beleuchtet. Wenn der Schalter 560 mit dem Zirkulator 550 verbindet, arbeitet der verbundene Beleuchtungsmodus auf gleiche Weise, wie es oben beschrieben ist. Wenn der Schalter 560 mit dem Horn 520 verbindet, ist jedoch der getrennte Beleuchtungsmodus mit einem Effizienzstraffaktor von Zwei implementiert.
6 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. In 6 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 zwei Mikrowellenhörner 610 und 620, Phasenplatten 630 und 640, einen 50/50-Leistungsteiler/-kombinierer 650, einen Zirkulator 660, einen optionalen Phasenschieber 670 und Schalter 680, 685, 690 und 695 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 680 ist mit dem Empfänger 135 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Zirkulator 660 und einer äußeren Übertragungsleitung zu dem Horn 610. Der Schalter 685 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen einer äußeren Übertragungsleitung zu dem Horn 620 und dem Zirku lator 660. Der Schalter 690 ist mit dem Horn 610 verbunden und schaltet selektiv zwischen der äußeren Übertragungsleitung zu dem Empfänger 135 und dem Leistungsteiler 650. Der Schalter 695 ist mit dem Horn 620 verbunden und schaltet selektiv zwischen der äußeren Übertragungsleitung zu dem Sender 130 und dem Leistungsteiler 650 (über den optionalen Phasenschieber 670).
Eine Phasenplatte 630 ist entworfen, um das eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 640 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind die Schalter 680 und 685 mit dem Zirkulator 660 verbunden, und die Schalter 690 und 695 sind mit dem Leistungsteiler 650 verbunden, so dass die Mikrowellenstrahlung sowohl gesendet 50/50 und empfangen 50/50 wird, zwischen den beiden Hörnern 610 und 620 und entsprechenden Phasenplatten 630 und 640, um das verbundene Signal zu erzeugen. Falls die Unterarraystruktur-Teilbeleuchtungen von den Hörnern 610 und 620 exakt komplementär sind, gibt es keine Störung auf dem Array und der Phasenschieber 670 ist unnötig. Falls es jedoch eine restliche Überlappung der Teilbeleuchtungen gibt, kann der Phasenschieber 570 eingestellt werden, um die Beleuchtung in den Überlappungsregionen zu optimieren.
In dem getrennten Beleuchtungsmodus sind die Schalter 680, 685, 690 und 695 mit den äußeren Übertragungsleitungen verbunden, um das Horn 610 mit dem Empfänger 135 zu verbinden und das Horn 620 mit dem Sender 130 zu verbinden, um die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 620 und die Phasenplatte 640 zu übertragen und die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 610 und die Phasenplatte 630 zu empfangen, um das getrennte Signal zu erzeugen. Es sollte klar sein, dass der Sender 130 und der Empfänger 135 ausgetauscht werden können, falls der Zirkulator 660 links-rechts-gespiegelt ist.
7 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. In 7 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 zwei Mikrowellenhörner 710 und 720, Phasenplatten 730 und 740, einen 90°-Hybridkoppler 750 und Schalter 760, 765, 770 und 775 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 760 ist mit dem Empfänger 135 verbunden und schaltet selektiv zwischen einer äußeren Übertragungsleitung zu dem Horn 710 und dem unteren linken Arm 752 des 90°-Hybridkopplers 750. Der Schalter 765 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen einer äußeren Übertragungsleitung zu dem Horn 720 und dem unteren rechten Arm 754 des 90°-Hybridkopplers 750. Der Schalter 770 ist mit dem Horn 710 verbunden und schaltet selektiv zwischen der äußeren Übertragungsleitung zu dem Empfänger 135 und dem oberen linken Arm 756 des 90°-Hybridkopplers 750. Der Schalter 775 ist mit dem Horn 720 verbunden und schaltet selektiv zwischen der äußeren Übertragungsleitung zu dem Sender 130 und dem oberen rechten Arm 758 des 90°-Hybridkopplers 750.
Eine Phasenplatte 730 ist entworfen, um die eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 740 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In dem getrennten Beleuchtungsmodus sind die Schalter 760, 765, 770 und 775 mit den äußeren Übertragungsleitungen verbunden, um das Horn 710 mit dem Empfänger 135 zu verbinden, und um das Horn 720 mit dem Sender 130 zu verbinden, um die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 720 und die Phasenplatte 740 zu übertragen, und die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 710 und die Phasenplatte 730 zu übertragen, um das getrennte Signal zu erzeugen.
In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind die Schalter 760 und 765 mit den jeweiligen unteren Armen 752 und 745 des 90°-Hybridkopplers 750 verbunden, und die Schalter 770 und 775 sind mit den jeweiligen oberen Armen 756 und 758 des 90°-Hybridkopplers 750 verbunden. Mikrowellenstrahlung von dem Sender 130 tritt in den unteren rechten Arm 754 des 90°-Hybridkopplers 750 ein und wird 50/50 aus den beiden oberen Armen 756 und 758 zu den Hörnern 710 und 720 übertragen. Die Mikrowellenstrahlung, die von dem oberen linken Arm 756 ausgegeben wird, wird 90 Grad bezüglich der Mikrowellenstrahlung gedreht, die von dem oberen rechten Arm 758 ausgegeben wird.
Die empfangene Mikrowellenstrahlung, die von dem Objekt reflektiert wird und durch das Antennenarray zu dem Beleuchtungssystem 100 gerichtet wird, umfasst vier unterschiedliche Kanäle: L-O-L, R-O-R, L-O-R und R-O-L, wobei L das linke Horn 710 ist, R das rechte Horn 720 und 0 das Objekt, das abgebildet wird. Die L-O-L- und R-O-R-Kanäle sind „reine" Kanäle, und die L-O-R- und R-O-L-Kanäle sind „gemischte" Kanäle. Alle vier Kanäle werden an dem Beleuchtungsnetzwerk 140 in Phase miteinander empfangen, vorausgesetzt, ein optionaler Phasenschieber (nicht gezeigt) ist korrekt eingestellt. Der 90°-Hybridkoppler 750 liefert jedoch nur die „reinen" Kanäle zu dem Empfänger 135, aufgrund der 90°-Phasenverschiebung zwischen den Armen. Die „gemischten" Kanäle werden zurück zu dem Sender 130 geleitet und nicht empfangen. Da die „gemischten" Kanäle im Wesentlichen äquivalent sind zu dem getrennten Modussignal, kann das verbundene Signal („rein" + „gemischt") jedoch von einer einfachen linearen Kombination des „reinen" Kanalsignals und des getrennten Signals berechnet werden, die während des getrennten Beleuchtungsmodus erhalten werden.
8 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. Bei 8 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 zwei Mikrowellenhörner 810 und 820, Phasenplatten 830 und 840, einen 50/50-Leistungsteiler/-kombinierer 850, Zirkulatoren 860, 865 und 870, und Schalter 880 und 980 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 880 ist mit dem Empfänger 135 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Zirkulator 860 und dem Zirkulator 865. Der Schalter 890 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Zirkulator 870 und dem Zirkulator 865. Der Zirkulator 860 ist mit dem Horn 810 verbunden und der Zirkulator 870 ist mit dem Horn 820 verbunden. Der Leistungsteiler 850 ist mit den Zirkulatoren 860, 865 und 870 verbunden.
Eine Phasenplatte 830 ist entworfen, um die eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 840 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In dem verbundenen Beleuchtungsmodi sind die Schalter 880 und 890 mit dem Zirkulator 865 verbunden, so dass Mikrowellenstrahlung 50/50 zwischen den beiden Hörnern 810 und 820 über den Zirkulator 865 und den Leistungsteiler 850 übertragen wird, direkt durch den Zirkulator 860, und durch Abprallen des reflektierenden offenen Schaltanschlusses an den Zirkulator 870. Mikrowellenstrahlung wird ebenfalls 50/50 zwischen beiden Hörnern 810 und 820 empfangen, direkt durch den Zirkulator 870 und durch Abprallen des reflektierenden offenen Schalteranschlusses an dem Zirkulator 860, um das verbundene Signal zu erzeugen.
In dem getrennten Beleuchtungsmodus sind die Schalter 880 und 890 mit den Zirkulatoren 860 bzw. 870 verbunden, um das Horn 810 mit dem Empfänger 135 zu verbinden und das Horn 820 mit dem Sender 130 zu verbinden, und die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 820 und die Phasenplatte 840 zu übertragen, und um Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 810 und die Phasenplatte 830 zu empfangen, um das getrennte Signal zu erzeugen. Ein optionaler Phasenschieber kann auch enthalten sein, um die Beleuchtung in den Überlappungsregionen zu optimieren.
9 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem der vorliegenden Erfindung. Bei 9 umfasst das Beleuchtungsnetzwerk 140 zwei Mikrowellenhörner 910 und 920, Phasenplatten 930 und 940, einen 90°-Hybridkoppler 950, Zirkulatoren 960 und 970 und Schalter 980 und 990 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Schalter 980 ist mit dem Empfänger 135 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Zirkulator 960 und dem unteren linken Arm 952 des 90°-Hybridkopplers 950. Der Schalter 990 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Zirkulator 970 und dem unteren rechten Arm 954 des 90°-Hybridkopplers 950. Der Zirkulator 960 ist mit dem Horn 910 und dem oberen linken Arm 956 des 90°-Hybridkopplers 950 verbunden. Der Zirkulator 970 ist mit dem Horn 920 und dem oberen rechten Arm 958 des 90°-Hybridkopplers 950 verbunden.
Eine Phasenplatte 930 ist entworfen, um die eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 940 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In dem getrennten Beleuchtungsmodus sind die Schalter 980 und 990 mit den Zirkulatoren 960 bzw. 970 verbunden, um das Horn 910 mit dem Empfänger 135 zu verbinden und das Horn 920 mit dem Sender 130 zu verbinden, um die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 920 und die Phasenplatte 940 zu übertragen und die Mikrowellenstrahlung vollständig durch das Horn 910 und die Phasenplatte 930 zu empfangen, um das getrennte Signal zu erzeugen. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind die Schalter 980 und 990 mit den jeweiligen unteren Armen 952 und 945 des 90°-Hybridkopplers 950 verbunden, um die Mikrowellenstrahlung 50/50 zwischen beiden Hörnern 910 und 920 zu übertragen, wie es oben in Verbin dung mit 7 beschrieben ist, um das verbundene Signal zu erzeugen.
10 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren vereinfachten beispielhaften Mikrowellenbilderfassungssystems 10 zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts 150 mit unterdrückten Seitenlappen, das ein schwach besetztes Antennenarray 50 gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung verwendet. Das in 10 gezeigte Mikrowellenbilderfassungssystem 10 ist ähnlich zu dem in 1 gezeigten Mikrowellenbilderfassungssystem 1, außer dass das Beleuchtungssystem 100 zwei Sende-/Empfangsgeräte 1010 und 1020 umfasst, die jeweils einen Sender und Empfänger umfassen, und das Beleuchtungsnetzwerk 140 verbundene Beleuchtungsoptik 1030 und getrennte Beleuchtungsoptik 1040 umfasst.
Ein Sende-/Empfangsgerät (z. B. Sende-/Empfangsgerät 1010) beleuchtet das schwach besetzte Array 50 durch die verbundene Beleuchtungsoptik 1030 (z. B. Hörner und Phasenplatten), während das andere Sende-/Empfangsgerät 1020 das schwach besetzte Array 50 durch die getrennte Beleuchtungsoptik 1040 beleuchtet. Somit sind in dem verbundenen Modus die Unterarrays 60 in beiden komplementären Unterarraystrukturen 90a und 90b beleuchtet, sowohl durch die Sendezuführung als auch die Empfangszuführung des Sende-/Empfangsgeräts 1030. In dem getrennten Modus sind die Unterarrays 60 in einer ersten komplementären Unterarraystruktur 90a durch die Sendezuführung des Sende-/Empfangsgeräts 1020 beleuchtet, und die Unterarrays 60 in einer zweiten komplementären Unterarraystruktur 90b sind durch die Empfangszuführung des Sende-/Empfangsgeräts 1020 beleuchtet. Der Prozessor 110 wirkt als eine Steuerung und schaltet zwischen den Sende-/Empfangsgeräten 1010 und 1020.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel können die verbundene Beleuchtungsoptik 1030 und die getrennte Beleuchtungsoptik 1040 kombiniert werden, wie in 6 oder 7, um es beiden Empfängern in den Sende-/Empfangsgeräten 1010 und 1020 zu ermöglichen, zu allen Zeiten zu empfangen. Der Prozessor 110 schaltet zwischen den Sende- (verbunden gegenüber getrennt) Modi, entweder mit einem Sender (z. B. einem einzelnen Sender, wie er in 6 oder 7 gezeigt ist), oder zwischen den beiden Sendern der Sende-/Empfangsgeräte 1010 und 1020, die in 10 gezeigt sind. Über die beiden Modi empfangen die beiden Empfänger vier unterschiedliche komplexe Werte (2 Empfänger × 2 Modi), die in dem Prozessor 110 linear kombiniert werden können, um das endgültige Signal zu bilden.
11 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem 10 von 10. Bei 11 umfasst das Beleuchtungssystem 100 zwei Empfänger 135a und 135b, einen Sender 130, Mikrowellenhörner 1110 und 1120, Phasenplatten 1130 und 1140, Zirkulatoren 1150 und 1160, einen 50/50-Leistungsteiler/-kombinierer 1170, einen optionalen Phasenschieber 1180 und Schalter 1190 und 1195 zum Durchführen von HF-Schalten zwischen den beiden Beleuchtungsmodi. Der Zirkulator 1150 ist mit dem Horn 1110, dem Empfänger 135a und dem Leistungsteiler 1170 verbunden. Der Zirkulator 1160 ist mit dem Horn 1120 und dem Empfänger 135b verbunden. Der Schalter 1190 ist mit dem Sender 130 verbunden und schaltet selektiv zwischen dem Leistungsteiler 1170 und einer äußeren Übertragungsleitung zu dem Horn 1120. Der Schalter 1195 ist mit dem Zirkulator 1160 verbunden und schaltet selektiv zwischen der äußeren Übertragungsleitung zwischen dem Horn 1120 und dem Sender 130 und dem Leistungsteiler 1170.
Eine Phasenplatte 1130 ist entworfen, um die eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 1140 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In dem getrennten Beleuchtungsmodus verbinden die Schalter 1190 und 1195 mit der Übertragungsleitung, die den Sender 130 und das Horn 1120 verbindet, und nur das Signal von dem Empfänger 135a wird ausgewählt, um das getrennte Signal zu erzeugen. Das Signal von dem Empfänger 135b wird ignoriert. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus sind die Schalter 1190 und 1195 mit dem Leistungsteiler 1170 verbunden, so dass die Mikrowellenstrahlung sowohl zwischen den beiden Hörnern 1110 und 1120 und den entsprechenden Phasenplatten 1130 und 1140 gesendet 50/50 und empfangen 50/50 wird, und an beiden Empfängern 135a und 135b empfangen wird, um zwei verbundene Signale zu erzeugen (verbunden R1 und verbunden R2). Der Prozessor bestimmt den Wert eines Pixels oder Voxels, das dem Ziel entspricht, durch Bilden einer entsprechenden komplexen linearen Kombination der drei Signale (getrennt, verbunden R1 und verbunden R2). Wenn die Schalter 1190 und 1195 nur in dem Sendeweg (und nicht in dem Empfangsweg) sind, kann jeder Schalteinfügungsverlust durch Erhöhen der Sendeleistung überwunden werden, ohne Rundsendeeistung-Regelbegrenzungen zu verletzen.
12 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem 10 von 10. In 12 umfasst das Beleuchtungssystem 100 zwei Sende-/Empfangsgeräte 1010 und 1020, die jeweils einen jeweiligen Empfänger 135a und 135b und einen jeweiligen Sender 130a und 130b, eine Phasenverriegelung 1270 zu den Phasenverriegelungssendern 130a und 130b, verbundene Optik 1030 und getrennte Optik 1040 umfassen. Die verbundene Optik 1030 umfasst ein Mikrowellenhorn 1210, eine Phasenplatte 1230 und Zirkulator 1250. Die getrennte Optik 1040 umfasst ein Mikrowellenhorn 1220, eine Phasenplatte 1240 und einen Zirkulator 1260. Der Zirkulator 1250 ist mit dem Horn 1210, dem Empfänger 135a (R1) und dem Sender 130a (T1) verbunden. Der Zirkulator 1260 ist mit dem Horn 1220, dem Empfänger 135b (R2) und dem Sender 130b (T2) verbunden.
Eine Phasenplatte 1230 ist entworfen, um die eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 1240 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. Bei einem Ausführungsbeispiel eines getrennten Beleuchtungsmodus sind T2 130b und R1 135a ausgewählt, um das getrennte Signal zu erzeugen, T1 130a ist aus und das Signal von R2 135b wird ignoriert. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel des getrennten Beleuchtungsmodus sind T1 130a und R2 135b ausgewählt, um das getrennte Signal zu erzeugen, T2 130b ist aus und das Signal von R1 135a wird ignoriert. In dem verbundenen Beleuchtungsmodus werden beide Sender 130a und 130b und beide Empfänger 135a und 135b verwendet, um zwei verbundene Signale (verbunden R1 und verbunden R2) zu erzeugen. Der Prozessor bestimmt erneut den Wert eines Pixels oder Voxels, das dem Ziel entspricht, durch Bilden einer geeigneten komplexen linearen Kombination der drei Signale (getrennt, verbunden R1 und verbunden R2).
13 ist ein schematisches Diagramm eines weiteren beispielhaften Beleuchtungssystems 100, das in der Lage ist, in mehreren Beleuchtungsmodi zu arbeiten, ohne Schalter, für die Verwendung bei dem Mikrowellenbilderfassungssystem 10 von 10. Bei 13 umfasst das Beleuchtungssystem 100 einen Summierempfänger (als Empfänger 135 und Summierknoten 1380 gezeigt), einen Sender 130, Mikrowellenhörner 1310 und 1320, Phasenplatten 1330 und 1340, einen 90°-Hybridkoppler 1350, Zirkulator 1360 und variablen (Gewinn- und Phase-) Verstärker 1370. Der Zirkulator 1360 ist mit dem Sender 130, dem variablen Verstärker 1370 und dem unteren rechten Arm 1354 des 90°-Hybridkopplers 1350 verbunden. Der Summierempfänger 135 und 1380 ist mit dem Verstärker mit variabler Verstärkung 1370 und dem unteren linken Arm 1392 des 90°-Hybridkopplers 1350 verbunden. Das Horn 1310 ist mit dem oberen linken Arm 1356 des 90°-Hybridkopplers 1350 verbunden, und das Horn 1320 ist mit dem oberen rechten Arm 1358 des 90°-Hybridkopplers 1350 verbunden.
Eine Phasenplatte 1330 ist entworfen, um eine der komplementären Unterarraystrukturen zu beleuchten, während die andere Phasenplatte 1340 entworfen ist, um die andere komplementäre Unterarraystruktur zu beleuchten. In 13 werden der verbundene und der getrennte Beleuchtungsmodus im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt, unter Verwendung eines Summierknotens 1380. Der variable Verstärker 1370 liefert eine geeignete lineare Kombination der „reinen" und „gemischten" Signale, die äquivalent ist zu einer linearen Kombination des verbundenen und getrennten Modus des Summierempfängers 135 und 1380. Um beispielsweise eine 50/50-Verbunden-+Getrenntverteilung zu erzeugen, wie es in 14 gezeigt ist, sollte die Spannungsverstärkung auf Drei gesetzt sein. Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Summierempfänger 135 und 1380 mit analoger Verstärkung und Kombination implementiert (wie es in 13 gezeigt ist). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der Summierempfänger 135 und 1380 unter Verwendung von zwei Empfängern gefolgt von digitaler Multiplikation und Addition implementiert. Bei noch einem weiteren Ausführungsbeispiel kann ein einzelner Empfänger verwendet werden und ein einzelner Schalter kann entweder den unteren linken Arm 1352 des 90°-Hybridkopplers 1350 oder das untere linke Tor des Zirkulators 1360 auswählen, gefolgt von digitaler Multiplikation und Addition.
15 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess 1500 zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Ziels auf einem Objekt darstellt, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Anfangs wird bei Block 1510 ein Antennenarray bereitgestellt, das eine Mehrzahl von Antennenelementen umfasst, die in komplementären Unterarraystrukturen in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind. Bei Block 1510 werden beide komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays beleuchtet, um einen ersten Sendestrahl von Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel zu richten. Danach wird bei Block 1530 ein erster Reflekti onstrahl der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung, die durch das Ziel reflektiert wird, von beiden komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays empfangen, um ein erstes Empfangssignal in einem ersten Modus zu erzeugen. Bei Block 1540 wird eine erste der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays beleuchtet, um einen zweiten Sendestrahl der Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel zu richten. Danach wird bei Block 1550 ein zweiter Reflektionstrahl der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen des Antennenarrays empfangen, um ein zweites Empfangssignal in einem zweiten Modus zu erzeugen. Schließlich wird bei Block 1560 der Wert eines Pixels oder Voxels, das dem Ziel zugeordnet ist, das eine Intensität der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung darstellt, die von dem Ziel reflektiert wird, bestimmt als eine lineare Kombination des ersten Empfangssignals und des zweiten Empfangssignals. Dieser Prozess kann für jedes Pixel oder Voxel in dem Bild wiederholt werden, oder alternativ, wie es in Verbindung mit 16 und 17 beschrieben ist, um den Schaltaufwand zu reduzieren, können alle Pixel oder Voxel in einem Bild in einem Beleuchtungsmodus abgetastet werden, bevor zu dem anderen Beleuchtungsmodus geschaltet wird.
16 ist ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess 1600 zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts darstellt, der ein schwach besetztes Antennenarray verwendet, das komplementäre Unterarraystrukturen von Antennenelementen umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Anfangs wird bei Block 1610 das Mikrowellenbilderfassungssystem auf einen Beleuchtungsmodus eingestellt (d. h. entweder verbunden oder getrennt). Bei Ausführungsbeispielen, wo Schalter verwendet werden, um zwischen den Beleuchtungsmodi zu schalten, werden bei Block 1610 die Schalter eingestellt, um den ersten Beleuchtungsmodus zu implementieren. Danach wird bei Block 1620 jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild des Objekts in dem ersten Beleuchtungsmodus abgetastet (d. h. jedes Ziel wird abgebildet), um jeweilige Erster-Modus-Signale für jedes Pixel oder Voxel zu erzeugen. Bei Block 1630 wird jedes Erster-Modus-Signal durch einen ersten Multiplizierer multipliziert, der den Erster-Modus-Signalen das entsprechende Gewicht liefert, und die resultierenden gewichteten Erster-Modus-Signale werden in dem Speicher bei Block 1640 gespeichert.
Bei Block 1650 wird das Mikrowellenbilderfassungssystem auf einen zweiten Beleuchtungsmodus (d. h. entweder verbunden oder getrennt) eingestellt. Bei einem Ausführungsbeispiel, wo die Schalter verwendet werden, um zwischen den Beleuchtungsmodi zu schalten, werden beispielsweise bei Block 1650 die Schalter eingestellt, um den zweiten Beleuchtungsmodus zu implementieren. Danach wird bei Block 1660 jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild des Objekts in dem zweiten Beleuchtungsmodus abgetastet (d. h. jedes Ziel wird abgebildet), um jeweilige Zweiter-Modus-Signale für jedes Pixel oder Voxel zu erzeugen. Bei Block 1670 wird jedes Zweiter-Modus-Signal durch einen zweiten Multiplizierer multipliziert, der das entsprechende Gewicht an die Zweiter-Modus-Signalen liefert, und die resultierenden gewichteten Zweiter-Modus-Signale werden den jeweiligen gewichteten Erster-Modus-Signalen für jedes Pixel oder Voxel bei Block 1680 hinzugefügt, um einen Wert für jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild zu erzeugen. Bei Block 1690 kann das Mikrowellenbild des Objekts unter Verwendung der Pixel-/Voxelwerte angezeigt werden. Dieser Prozess wird bei 1695 für jedes abgetastete Objekt wiederholt, um ein jeweiliges Mikrowellenbild für jedes Objekt zu erzeugen.
17 ist ein Flussdiagramm, das einen weiteren beispielhaften Prozess 1700 mit reduzierten Schaltereignissen zwischen Mikrowellenbildern von Objekten darstellt, die unter Verwendung eines schwach besetzten Antennenarrays erfasst werden, das komplementäre Unterarraystrukturen von Antennenelementen umfasst, gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung. Anfangs wird bei Block 1710 ein Anfangsbeleuchtungsmodus (d. h. entweder verbunden oder getrennt) als ein aktueller Beleuchtungsmodus ausgewählt, und ein entsprechender Multiplizierer für den aktuellen Modus wird bestimmt. Danach wird bei Block 1720 jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild des Objekts in dem aktuellen Beleuchtungsmodus abgetastet (d. h. jedes Ziel wird abgebildet), um jeweilige erste Signale für jedes Pixel oder Voxel zu erzeugen. Bei Block 1730 wird jedes erste Signal durch den Multiplizierer für den aktuellen Modus multipliziert, und die resultierenden gewichteten ersten Signale werden bei Block 1740 in dem Speicher gespeichert.
Bei Block 1750 wird der andere Beleuchtungsmodus (d. h. entweder verbunden oder getrennt) als aktueller Beleuchtungsmodus ausgewählt, und bei Block 1760 wird jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild des Objekts in dem aktuellen Beleuchtungsmodus abgetastet (d. h. jedes Ziel wird abgebildet), um jeweilige zweite Signale für jedes Pixel oder Voxel zu erzeugen. Bei Block 1770 wird jedes zweite Signal multipliziert durch den Multiplizierer für den aktuellen Beleuchtungsmodus, und die resultierenden gewichteten zweiten Signale werden den jeweiligen gewichteten ersten Signalen für jedes Pixel oder Voxel bei Block 1780 hinzugefügt, um einen Wert für jedes Pixel oder Voxel in dem Mikrowellenbild zu erzeugen. Bei Block 1790 kann das Mikrowellenbild des Objekts unter Verwendung der Pixel-/Voxelwerte angezeigt werden. Dieser Prozess wiederholt sich bei 1795 bis Block 1720, in dem der Beleuchtungsmodus, der die zweiten Signale bei Block 1760 erzeugt hat, bei Block 1720 als aktueller Beleuchtungsmodus für das nächste abgetastete Objekt verwendet wird.

Claims

Beleuchtungssystem (100) in einem Mikrowellenbilderfassungssystem (10) zum Beleuchten eines Antennenarrays (50), das Antennenelemente (80) zum Richten von Mikrowellenbeleuchtung zu und weg von einem Ziel (155) umfasst, um ein Mikrowellenbild des Ziels (155) zu erfassen, wobei das Antennenarray (50) Unterarrays (60) der Antennenelemente (80) umfasst, die in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu bilden, wobei das Beleuchtungssystem (100) folgende Merkmale umfasst: einen Sender (130), der wirksam ist, um Mikrowellenbeleuchtung zu dem Antennenarray (50) zu übertragen; einen Empfänger (135), der wirksam ist, um von dem Antennenarray (50) reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, die von dem Ziel (155) reflektiert wird; und ein Beleuchtungsnetzwerk (140), das in einem ersten Modus wirksam ist, um die Mikrowellenbeleuchtung (20) von dem Sender (130) zu beiden der komplementären Strukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu übertragen, und die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung (40) von beiden komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu dem Empfänger (135) zu übertragen, wobei das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner in einem zweiten Modus wirksam ist, um die Mikrowellenbeleuchtung (30) von dem Sender (130) zu einer ersten der komplementären Unterarraystrukturen (90a) des Antennenarrays (50) zu übertragen, und um die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung (70) von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen (90b) des Antennenarrays (50) zu dem Empfänger (135) zu liefern.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 1, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) zumindest zwei Mikrowellenhörner zum Beleuchten der komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) umfasst.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 2, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner eine jeweilige Phasenplatte für jedes der zumindest zwei Mikrowellenhörner umfasst, und wobei die jeweiligen Phasenplatten wirksam sind, um komplementäre Beleuchtungsstrukturen zu erzeugen, um die komplementären Strukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu beleuchten.
Das Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 3, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ein erstes Mikrowellenhorn, das wirksam mit einer ersten Phasenplatte verbunden ist, um eine erste Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten der ersten komplementären Unterarraystruktur (90a) des Antennenarrays (50) zu erzeugen, ein zweites Mikrowellenhorn, das wirksam mit einer zweiten Phasenplatte verbunden ist, um eine zweite Beleuchtungsstruktur (90b) zum Beleuchten der zweiten komplementären Unterarraystruktur (90b) des Antennenarrays (50) zu erzeugen, und ein drittes Mikrowellenhorn umfasst, das wirksam mit einer dritten Phasenplatte verbunden ist, um eine dritte Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten beider komplementärer Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu erzeugen.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 4, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner einen Zirkulator, der mit dem ersten Horn verbunden ist, einen ersten Schalter, der mit dem Empfänger (135) verbunden ist, und angeordnet ist, um selektiv mit dem Zirkulator in dem ersten Modus und dem ersten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen zweiten Schalter umfasst, der mit dem Sender (130) verbunden ist, und an geordnet ist, um selektiv mit dem Zirkulator in dem ersten Modus und dem zweiten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ein erstes Mikrowellenhorn, das wirksam mit einer Feste-Phase-Platte verbunden ist, um eine erste Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten der ersten komplementären Unterarraystruktur (90a) des Antennenarrays (50) zu erzeugen, und ein zweites Mikrowellenhorn umfasst, das wirksam mit einer Veränderliche-Phase-Platte verbunden ist, um eine zweite Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten der zweiten komplementären Unterarraystruktur (90b) des Antennenarrays (50) und eine dritte Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten beider komplementärer Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu erzeugen.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 6, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner einen Zirkulator umfasst, der zwischen dem Empfänger (135) und dem zweiten Horn verbunden ist, und einen Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist, und angeordnet ist, um selektiv mit dem Zirkulator in dem ersten Modus und dem zweiten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ein erstes Mikrowellenhorn, das wirksam mit einer ersten Phasenplatte verbunden ist, um eine erste Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten der ersten komplementären Unterarraystruktur (90a) des Antennenarrays (50) zu erzeugen, und ein zweites Mikrowellenhorn umfasst, das wirksam mit einer zweiten Phasenplatte verbunden ist, um eine zweite Beleuchtungsstruktur zum Beleuchten der zweiten komplementären Unterarraystruktur (90b) des Antennenarrays (50) zu erzeugen.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 8, bei dem das Beleuchtungssystem (100) ferner folgende Merkmale umfasst: einen Leistungsteiler, der mit einem Zirkulator verbunden ist, einen ersten Schalter, der mit dem Empfänger (135) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Zirkulator in dem ersten Modus und dem ersten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden, einen zweiten Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Zirkulator in dem ersten Modus und dem Horn in dem zweiten Modus zu verbinden, einen dritten Schalter, der mit dem ersten Horn verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Leistungsteiler in dem ersten Modus und dem Empfänger (135) in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen vierten Schalter, der mit dem zweiten Horn verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Leistungsteiler in dem ersten Modus und dem Sender (130) in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner folgende Merkmale umfasst: einen 90°-Hybridkoppler, einen ersten Schalter, der mit dem Empfänger (135) verbunden ist, und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem ersten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden, einen zweiten Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem zweiten Horn in dem zweiten Modus zu verbinden, einen dritten Schalter, der mit dem ersten Horn verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem Empfänger (135) in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen vierten Schalter, der mit dem zweiten Horn verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem Sender (130) in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner folgende Merkmale umfasst: einen ersten Zirkulator, der mit dem ersten Horn verbunden ist, einen zweiten Zirkulator, der mit dem zweiten Horn verbunden ist, einen Leistungsteiler, der mit dem ersten Zirkulator, dem zweiten Zirkulator und einem dritten Zirkulator verbunden ist, einen ersten Schalter, der mit dem Empfänger (135) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem dritten Zirkulator in dem ersten Modus und dem ersten Zirkulator in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen zweiten Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist, und angeordnet ist, um selektiv mit dem dritten Zirkulator in dem ersten Modus und dem zweiten Zirkulator in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 11, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner folgende Merkmale umfasst: einen ersten Zirkulator, der mit dem ersten Horn verbunden ist, einen zweiten Zirkulator, der mit dem zweiten Horn verbunden ist, einen 90°-Hybridkoppler, der mit dem ersten Zirkulator und dem zweiten Zirkulator verbunden ist, einen ersten Schalter, der mit dem Empfänger (135) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem ersten Zirkulator in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen zweiten Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem 90°-Hybridkoppler in dem ersten Modus und dem zweiten Zirkulator in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem der Empfänger (135) einen ersten Empfänger (135a) und einen zweiten Empfänger (135b) umfasst, und bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner folgende Merkmale umfasst: einen ersten Zirkulator, der mit dem ersten Horn und dem ersten Empfänger (135a) verbunden ist, einen zweiten Zirkulator, der mit dem zweiten Horn und dem zweiten Empfänger (135b) verbunden ist, einen Leistungsteiler, der mit dem ersten Zirkulator verbunden ist, einen ersten Schalter, der mit dem Sender (130) verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Leistungsteiler in dem ersten Modus und dem zweiten Zirkulator in dem zweiten Modus zu verbinden, und einen zweiten Schalter, der mit dem zweiten Zirkulator verbunden ist und angeordnet ist, um selektiv mit dem Leistungsteiler in dem ersten Modus und dem Sender (130) in dem zweiten Modus zu verbinden.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem der Empfänger (135) einen ersten Empfänger (135a) und einen zweiten Empfänger (135b) umfasst, wobei der Sender (130) einen ersten Sender (130a) und einen zweiten Sender (130b) umfasst, die bezüglich zueinander phasenverriegelt sind, und wobei das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner einen ersten Zirkulator, der mit dem ersten Horn, dem ersten Empfänger (135a) und dem ersten Sender (130a) verbunden ist, und einen zweiten Zirkulator umfasst, der mit dem zweiten Horn, dem zweiten Empfänger (135b) und dem zweiten Sender (130b) verbunden ist.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 14, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) ferner folgende Merkmale umfasst: einen Zirkulator, der mit dem Sender (130) verbunden ist, einen Verstärker mit variabler Verstärkung, der mit dem Zirkulator verbunden ist, einen Summierknoten, der mit dem Verstärker mit variabler Verstärkung und dem Empfänger (135) verbunden ist, und einen 90°-Hybridkoppler, der mit dem ersten Horn, dem zweiten Horn, dem Summierknoten und dem Zirkulator verbunden ist.
Beleuchtungssystem (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem das Beleuchtungsnetzwerk (140) eine erste Beleuchtungsoptik (1030) und eine zweite Beleuchtungsoptik (1040) umfasst, und bei dem der Sender (130) und der Empfänger (135) ein erstes Sende-/Empfangsgerät (1010) bilden, das wirksam mit der ersten Beleuchtungsoptik (1030) verbunden ist, und das ferner folgendes Merkmal umfasst: ein zweites Sende-/Empfangsgerät (1020), das wirksam mit der zweiten Beleuchtungsoptik (1040) verbunden ist.
Mikrowellenbilderfassungssystem (10), das folgende Merkmale umfasst: ein Antennenarray (50), das eine Mehrzahl von Antennenelementen (80) umfasst, wobei jedes der Antennenelemente (80) mit einem jeweiligen Richtungskoeffizienten programmiert werden kann, um Mikrowellenbeleuchtung zu und von einem Ziel (155) zu richten, das dem Objekt (150) zugeordnet ist, wobei das Antennenarray (50) Unterarrays (60) der Antennenelemente (80) umfasst, die in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen (90a und 90b) des Antennenarrays (50) zu bilden; ein Beleuchtungssystem (100), das wirksam ist, um Mikrowellenbeleuchtung zu liefern, um die komplementären Strukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu beleuchten und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, die durch das Ziel (155) von den komplementären Unterarraystrukturen (90a und 90b) des Antennenarrays (50) reflektiert werden, um ein erstes Empfangssignal (170) in einem ersten Modus und ein zweites Empfangssignal (175) in einem zweiten Modus zu erzeugen; und einen Prozessor (110), der wirksam ist, um einen Wert, der dem Ziel (155) in einem Mikrowellenbild des Objekts (150) zugeordnet ist, als eine lineare Kombination des ersten Empfangssignals (170) und des zweiten Empfangssignals (175) zu bestimmen.
System gemäß Anspruch 17, bei dem das Beleuchtungssystem (100) wirksam ist, um beide komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu beleuchten, und reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, die durch das Ziel (155) von beiden komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) reflektiert wird, um das erste Empfangssignal (170) zu erzeugen, und wobei das Beleuchtungssystem (100) ferner wirksam ist, um die Mikrowellenbeleuchtung zu liefern, um eine erste der komplementären Unterarraystrukturen (90a) des Antennenarrays (50) zu beleuchten und die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen (90b) des Antennenarrays (50) zu empfangen, um das zweite Empfangssignal (175) zu erzeugen.
System gemäß Anspruch 17 oder 18, bei dem jedes der Antennenelemente (80) in den komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) mit einem jeweiligen ersten Richtungskoeffizienten programmiert ist, um Mikrowellenbeleuchtung von dem Ziel (155) zu dem Beleuchtungs system (100) in dem ersten Modus zu richten, und jedes der Antennenelemente (80) in einer der komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) mit einem jeweiligen zweiten Richtungskoeffizienten programmiert ist, der bezüglich des jeweiligen ersten Richtungskoeffizienten in dem zweiten Modus invertiert ist.
System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die komplementären Unterarraystrukturen entweder eine kreuzförmige Unterarraystruktur oder eine Bildrahmenunterarraystruktur bilden.
System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 20, bei dem der Prozessor ferner wirksam ist, um zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus zu schalten.
System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 21, bei dem der Prozessor ferner wirksam ist, um im Wesentlichen gleichzeitig das erste Empfangssignal (170) und das zweite Empfangssignal (175) zu empfangen.
System gemäß Anspruch 22, bei dem das Beleuchtungssystem (100) einen ersten Empfänger (135a) umfasst, der verbunden ist, um die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, um das zweite Empfangssignal (175) in dem zweiten Modus zu erzeugen, und um einen ersten Abschnitt des ersten Empfangssignals (170) in dem ersten Modus zu erzeugen, wobei das Beleuchtungssystem (100) ferner einen zweiten Empfänger (135b) umfasst, der verbunden ist, um die reflektierte Mikrowellenbeleuchtung zu empfangen, um einen zweiten Abschnitt des ersten Empfangssignals (170) in dem ersten Modus zu empfangen, und wobei der Prozessor (110) ferner wirksam ist, um digitale Multiplikation und Addition des ersten Abschnitts des ersten Empfangssignals (170), des zweiten Abschnitts des ersten Empfangssignals (170) und des zweiten Empfangssignals (175) durchzuführen, um den Wert zu bestimmen.
System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 23, bei dem das erste Empfangssignal (170) und das zweite Empfangssignal (175) komplexe Signale sind, die einen Hauptabtastlappen und einen oder mehrere Seitenlappen beschreiben, und der Prozessor (110) ferner wirksam ist, um das Produkt des ersten Empfangssignals (170) und eines ersten komplexen Multiplizierers mit dem Produkt des zweiten Empfangssignals (175) und eines zweiten komplexen Multiplizierers zu addieren, um den Hauptabtastlappen konstruktiv zu verbessern und den einen oder die mehreren Seitenlappen destruktiv auszulöschen, und wobei der erste komplexe Multiplizierer und der zweite komplexe Multiplizierer als eine Funktion der schwach besetzten Geometrie ausgewählt sind.
System gemäß einem der Ansprüche 17 bis 24, das ferner folgendes Merkmal umfasst: eine Anzeige zum Anzeigen des Mikrowellenbildes des Objekts.
Verfahren zum Erfassen eines Mikrowellenbildes eines Objekts (150), das folgende Schritte umfasst: Bereitstellen eines Antennenarrays (50), das eine Mehrzahl von Antennenelementen (80) umfasst, zum Richten von Mikrowellenbeleuchtung zu und von einem Ziel (155), das dem Objekt (150) zugeordnet ist, wobei das Antennenarray (80) Unterarrays (60) der Antennenelemente (80) umfasst, die in einer schwach besetzten Geometrie angeordnet sind, um komplementäre Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50) zu bilden; Beleuchten (1520) beider der komplementären Unterarraystrukturen (90a und 90b) des Antennenarrays (50), um einen ersten Sendestrahl (20) der Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel (155) zu richten; Empfangen (1530) eines ersten Reflektionsstrahls (40) der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung, die durch das Ziel (155) reflektiert wird, von beiden der komplementären Unterarraystrukturen (90a, 90b) des Antennenarrays (50), um ein erstes Empfangssignal (170) in einem ersten Modus zu erzeugen; Beleuchten (1540) einer ersten der komplementären Unterarraystrukturen (90a) des Antennenarrays (50), um einen zweiten Sendestrahl (30) der Mikrowellenbeleuchtung zu dem Ziel (155) zu richten; Empfangen (1550) eines zweiten Reflektionsstrahls (70) der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung von einer zweiten der komplementären Unterarraystrukturen (90b) des Antennenarrays (50), um ein zweites Empfangssignal (175) in einem zweiten Modus zu erzeugen; und Bestimmen (1560) einer Intensität der reflektierten Mikrowellenbeleuchtung, die von dem Ziel (155) reflektiert wird, als eine lineare Kombination des ersten Empfangssignals (170) und des zweiten Empfangssignals (175).
Verfahren gemäß Anspruch 26, bei dem das Empfangen des ersten Empfangssignals und das Empfangen des zweiten Empfangssignals im Wesentlichen gleichzeitig durchgeführt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 26 oder 27, bei dem das erste Empfangssignal (170) und das zweite Empfangssignal (175) komplexe Signale sind, die einen Hauptabtastlappen und einen oder mehrere Seitenlappen beschreiben, wobei das Messen ferner folgenden Schritt umfasst: Addieren des Produkts des ersten Empfangssignals (170) und eines ersten komplexen Multiplizierers mit dem Produkt des zweiten Empfangssignals (175) und eines zweiten komplexen Multiplizierers, um den Hauptabtastlappen konstruktiv zu verbessern und den einen oder die mehreren Seitenlappen destruktiv auszulöschen.