[发明专利]毫米波全息成像圆面错位线阵

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及旋转扫描的圆面错位线阵，更为具体地涉及用于主动毫米波全息成像系统的旋转扫描圆面错位线阵。

背景技术

为满足奈奎斯特空间采样准则，主动毫米波全息成像系统需要密集的空间采样，空间采样间隔需满足Δx＜λ/k，即其中λ和f分别为波长和频率，若采用宽带系统则采样间隔取决于最短波长或下限频率，ε_r为探测介质的相对介电常数，C为真空波速，k为固定系数，这个系数与孔径尺寸、目标尺寸及目标距离都有关系，实际系统通常取为2～4的常数。只有足够密度的采集数据才能通过成像处理获得高分辨率图像。密集空间采样的实现方式一般有三种：一是足够密度阵元构成的天线阵；二是足够密度的移动扫描；三是前两者的结合。

受主动毫米波的天线阵元、电子开关及收发电路等部件的尺寸，以及阵元与毫米波电路需要紧密相连等因素的制约，很难实现高密度的面阵阵元布置。阵元间隔若不能满足奈奎斯特空间采样准则的要求，则采集的数据必然会丢失方位向上的高频变化信息，而空间频率信息的损失会造成成像结果质量下降，如图像变模糊和分辨率降低。此外，面阵的阵元数多，实现成本高。因此，第一种方案很难实现，即使实现也是以损失分辨率等性能为代价。专利U.S.Patent5073782提供了一种毫米波面阵，利用了类似光学的聚焦棱镜，但面阵孔径小，分辨率相对低。

第二种方式是天线的移动扫描，只要移动装置定位足够精确，容易实现高密度的空间采样。这种方式只需要一对接收和发射天线即可，成本低，但进行二维平面的移动扫描所需时间较长，因此扫描速度相对较慢。

扫描速度和实现成本是相对矛盾的，第三种方式则是两者的折中，一般利用线阵进行移动扫描，这种方式只需要一维的移动扫描，相比第二种方式，扫描速度有较大提高。此外，线阵与面阵相比，阵元数少，成本低，容易实现高密度布置，通过线阵移动能够实现二维平面的高密度采样。专利U.S.Patent5455590提供的毫米波平面成像系统采用了第三种方式，以两排收发阵元构成线阵，线阵水平布置，通过电子开关切换不同的阵元实现水平方向的采样，线阵的垂直移动扫描实现垂直方向的采样。线阵的垂直上下移动在短距离内要反复启动和停止，移动速度较低，并且需要较大功率驱动来提供加速度，扫描速度也不均匀，天线震动大。此外，这种两排的水平线阵布置方法，不易实现高密度阵元布置，需占较大空间，这造成设备体积大，有效扫描空间相对小。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供能够实现高分辨率主动毫米波全息成像圆面错位线阵，该线阵能够实现高密度阵元布置，具有扫描速度高，扫描速度均匀，占空间小与有效扫描面积相对大的优点。

本发明的技术方案是一种毫米波全息成像圆面错位线阵，其特征在于，阵元布置在若干个同心的圆周上，并且相邻圆周的阵元错开角度分散布置。

作为本发明的进一步改进，上述若干个圆周等间距分布。

作为本发明的进一步改进，每个圆周上布置有一个阵元。

作为本发明的另一改进，每个圆周上布置有若干个阵元，相同圆周上的阵元按等间距布置。

本发明的有益效果是：

(1)每个阵元布置在不同半径同心的圆周上的任一处，相邻阵元可按足够大的角度错开布置，容易实现相邻阵元有足够大间距，并且相邻阵元所在圆周的半径差可以很小，一般可以小于阵元尺寸。

(2)阵元错开角度分散布置在圆面上，这种错开角度布置阵元的方法不仅很容易满足阵元间距小于阵元尺寸的要求，而且方便于毫米波电路的加工和安装，包括电子开关、接收和发射电路结构的加工制作，可以很大程度降低加工制作的难度和成本。

(3)当使用本发明时，每个阵元是按固定半径作圆周旋转扫描，能够实现相应圆周的密集移动采样。不同阵元可通过电子开关进行切换扫描，实现圆面径向的密集采样。由不同半径的圆周移动扫描和径向的电子开关切换扫描能够实现圆面的密集采样。

(4)当使用本发明时以旋转方式扫描阵元，整个阵元都处于扫描空间范围内，因此具有有效扫描面积大的优点。采用旋转扫描容易实现匀速旋转，这种阵元移动方式因为没有频繁的加速和减速，阵元震动小，并且容易实现较高的旋转速度，能够很大程度提高扫描速度。此外，除起始和结束阶段需要加速和减速外，在中间的扫描阶段阵元都是匀速旋转，因此，所需的驱动电机功率较小，这不仅有利于减小设备体积，而且有利于降低设备功耗。

附图说明

图1是本发明的一种具体实施方式中的圆面错位线阵布置示意图；