[发明专利]一种被动毫米波焦平面成像装置

说明书

技术领域

本发明属于被动毫米波成像领域，具体涉及一种被动毫米波焦平面 成像装置。

背景技术

被动毫米波(Passive Millimeter-wave，PMMW)成像系统具有全天 时、全天候的工作能力，并且因为不发射电磁波，具有很高的隐蔽性和 抗干扰性，对人体安全，在反恐斗争、场景监控、安全检查、军事侦察 等领域具有广阔的应用前景。早期的被动毫米波成像系统由于毫米波器 件不成熟，都是采用单通道机械扫描结构，随着毫米波器件的不断进步 以及被动毫米波技术应用范围的日益扩大，这类系统的一个自然发展是 采用多通道并行扫描以提高数据率及成像速度，最终的目标是构建大型 焦平面阵列凝视场景成像，即被动毫米波焦平面成像系统。

被动毫米波焦平面成像与红外焦平面成像原理上类似，属于非相干 的直接成像，其原理是将多个接收单元以一定的阵列排列在聚焦天线的 焦平面上，利用各馈源的偏焦不同产生不同指向的波束覆盖视域，每一 波束对应场景中的一个像点，相应接收单元的输出信号即对应着该像点 的亮度温度。

目前，被动毫米波焦平面成像系统在国外已走向样机阶段，如美国 TRW空间与电子设备集团已研制成功W波段焦平面PMMW实时成像 仪，其系统频率为89GHz，空间分辨率为0.5度，视场角为15°×10°，接 收机阵列数量达到1040，图像像素数为26×40，接收机采用单片集成 MMIC的直接检波式接收机；Lockheed Martin公司的PMMW成像仪样 机接收天线采用卡塞格伦天线，水平方向线形排列34个接收机，垂直方 向机械扫描，角分辨率为0.5°，最终可获得34×44个像素，帧频为10Hz； Millivision手持式PMMW扫描成像仪采用可旋转镜片实现扫描成像，频 率94GHz，视域26°×26°，空间分辨率5cm(1.6m远处)，像素数为26×40， 帧频为10Hz。这些样机都采用基于非相干测量的常规被动毫米波焦平面 成像，即一个馈源输出对应一个像素，所形成的像素数有限，成像的分 辨率还比较低。

发明内容

本发明提供一种被动毫米波焦平面成像装置，解决现有被动毫米波 焦平面成像系统存在的像素数有限、成像分辨率较低的问题，将相干成 像和非相干成像进行有效结合，获得比基于非相干测量技术的常规焦平 面成像方法更多的像素，进而提高成像的分辨率。

本发明的一种被动毫米波焦平面成像装置，包括N个馈源和N路毫 米波辐射计通道，N个馈源以线阵形式排列在聚焦天线的焦平面上，每 路毫米波辐射计通道由射频放大器、射频滤波器、混频器和模数转换器 依次串联构成，N路毫米波辐射计通道输出的N路中频数字信号X_i(n)送 入计算机进行自相关处理，得到自相关输出值V_i：Q为每路中频数字信号X_i(n)的采样个数，i＝1～N，N＝2～2000，其特征 在于：

计算机对所述N路中频数字信号X_i(n)中每相邻两路进行互相关处 理，得到互相关输出值Γ_ij：

然后，计算机对自相关输出值V_i和互相关输出值Γ_ij进行处理，得到 天线温度T_Ai和干涉测量亮温T_cij：

其中k为波尔兹曼常量，Δf为系统带宽，G为通道增 益，