[发明专利]一种焦平面线阵无源毫米波成像系统

说明书

技术领域

本发明属于无源毫米波成像技术领域，特别是涉及一种焦平面线阵无源毫米波成像系统。

背景技术

在毫米波频段(30～300GHz)内，浓雾、云层处于相对透明的状态，电磁波在其中传播的损耗较小，与红外成像和光学成像相比，毫米波无源成像有如下特点：1)能穿透云雾、硝烟等，具有全天时、全天候工作能力；2)金属物体、建筑物、水泥路面、飞机跑道等物体主要反射冷空辐射，其辐射特性与自然物体辐射特性差异较大，故成像对比度高，有利于目标识别与探测；3)对非金属材料有某种程度的穿透特性，因此具有一定反伪装能力；因此无源毫米波成像技术在安全检查、反恐探测等领域也有着广泛应用前景，可以发现隐藏在衣物下的金属物体(如手枪、匕首)和非金属物体(如陶瓷武器、塑料炸药)，也可以透过某些材料(如木板)制成的建筑物墙面，发现屋内的金属物体；无源毫米波成像技术在恶劣天气条件下飞机着陆、内河船舶导航防撞、机场港口场面监视等领域均有着良好的应用前景。而与有源雷达成像相比，基于辐射计的无源毫米波成像技术又具有以下特点：其一.被动接收信号，不易被敌方所发现，战场生存能力大大增强；其二.接收的物体热辐射信号频带宽，所成图像外形准确、层次丰富，利于目标识别；其三.利用物体自身的辐射，物体形状和反雷达涂层对成像效果影响很小，利于反隐身。

由于无源毫米波探测成像技术具有上述特点，因而已成为继光学成像、红外成像外的一种新兴的无源探测成像技术，是未来无源探测成像技术发展的新方向。

传统的无源毫米波成像系统，如乌克兰“Iceberg”国家研究中心研制的“8mm频段无源毫米波成像系统”，该系统包括采用错位排列的16×2的32通道线阵扫描，天线孔径为900mm，馈源尺寸为14×13mm²的多波束阵列天线，设于阵列天线左右两侧用于进行通道校正(定标)处理的冷热定标源，设有32通道的信号接收处理器，模/数转换、排序及存储处理器(模块)，用作对采集信号进行后期增强处理及图像显示的计算机，以及驱动阵列天线扫描运行的阵列天线驱动及控制系统。该成像系统工作在35GHz(8mm)频段，天线波束3dB带宽为0.6°。该成像系统工作时：前端首先利用定标源采集通道校正数据，然后32通道多波束阵列天线通过馈源阵列接收外部探测目标的辐射亮温，经过设有32通道的接收处理器将辐射亮温信号转化为电压信号，并完成放大及滤波处理，再经过模/数转换、排序及存储处理器将模拟信号(电压信号)转化为数字信号并进行通道校正、再经排序及存储处理后，传递给计算机对信号进行后期增强处理及图像显示，而扫描控制系统

则控制32通道阵列天线的运行。

传统的毫米波成像系统中，采用32通道阵列扫描及8mm频段成像系统，一是成本过高、二是图像分辨率较低；毫米波成像系统类似于一个低通透镜，由于频谱带限的原因，导致图像的部分高频成分即图像细节丢失、图像分辨率降低；该系统利用计算机进行信号增强处理，恢复其高频成分以提高获取图像分辨率、并将图像显示出来，虽然具有通用性强的特点，但却存在数据处理速度慢、即时性差，而扫描控制系统为一独立装置，又不便于操作。此外，该系统的天线孔径为900mm、频率为35GHz，其所需采样的空间间隔≤4.76mm，而馈源尺寸为14×13mm²、加之错位排列，通道间采样的间隔大于6.5mm，故该系统不能对探测目标进行Nyquist(奈奎斯特)采样，仅能采用含信息量少(欠高频成份)的瑞利采样方式，这又存在采样的完整性差。因而，上述背景技术存在系统成本高、采样方式落后，数据处理速度慢、成像的即时性差，且所成图像的分辨率较低等缺陷。

发明内容

本发明的目的是针对背景技术存在的缺陷，研究设计一种焦平面线阵无源毫米波成像系统，以达到降低系统成本，可利用Nyquist采样(完全采样)及3mm频段成像系统和独立的信号处理器、有效提高数据的处理速度、实现连续采样连续成像显示，成像的即时性和所成图像的分辨率等目的。