[发明专利]一种太赫兹被动式彩色焦平面照相机

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹成像技术领域，具体涉及一种太赫兹被动式彩色焦平面照相机。

背景技术

太赫兹(Terahertz，THz)波通常指的是频率在0.1THz～10THz(波长3mm～30μm)范围内的电磁辐射(1THz＝10¹²Hz)，它在电磁波谱中介于微波和红外辐射之间。太赫兹波辐射在成像应用中可具有如下特点：太赫兹波辐射可以穿透很多普通的非金属遮掩材料，探测到隐匿物体；太赫兹波的波长足够短，可获得较高的成像空间分辨率，或实现危险物高精度定位；太赫兹频率的电磁波辐射对有机体是非电离的，因此在适当的强度下使用，对人体比较安全；相比于微波毫米波成像系统，同样的图像分辨率下，太赫兹成像系统体积更小。太赫兹辐射的上述特点决定了太赫兹成像具有广阔的应用前景，是国际上的研究热点之一。

但是目前的太赫兹成像设备存在一些问题：

1、通常工作在一个频率。采用单一太赫兹频率，虽然可以有效发现目标并对目标实现成像，但是由于目标辐射特性的复杂性，在有效的目标辐射强度或特征识别上存在问题。

2、.通常采用单像素扫描结构，不能实时成像，分辨率有待提高。

3、.通常采用直接检波方式，或者较少像素的外差接收方式。如果采用直接检波方式，虽然可以较容易的实现大规模阵列的焦平面成像，但是灵敏度较低且缺失了相位信息；如果采用外差接收方式，每个通道均需要本振信号，因此中频电路复杂且体积较大，不适宜便携式使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的上述缺点，提供一种太赫兹被动式彩色焦平面照相机，能在复杂背景环境下提高目标的识别能力，实时成像，具有较好的分辨率和较高的灵敏度，具有体积小、简单的中频电路，适用于二维大规模成阵，整体的接收机体积和重量小。

本发明提供的一种太赫兹被动式彩色焦平面照相机包括天馈模块、太赫兹焦 平面多通道相参接收模块、中频信号处理模块、本振参考源；天馈模块包括反射面天线和天线伺服模块，天馈模块中的反射面天线用于接收被探测目标发出的太赫兹射频信号，反射面天线在天线伺服模块的控制下扫描被测目标的太赫兹射频信号；太赫兹焦平面多通道相参接收模块位于反射面天线的焦平面上，被探测目标发出的太赫兹射频信号经天馈模块中的反射面天线的反射，聚焦于太赫兹焦平面多通道相参接收模块；太赫兹焦平面多通道相参接收模块包括太赫兹多波束准光混频器，太赫兹多波束准光混频器包括N1×N2个像素，太赫兹多波束准光混频器将收到的太赫兹射频信号和太赫兹本振信号进行混频，产生N1×N2路混频输出信号，N1、N2为≥1的自然数，每一路混频输出信号对应一个像素，每一路混频输出信号称为每一像素混频输出信号；中频信号处理模块包括二次变频模块，二次变频模块包括N1×N2个中频信号装置，每一中频信号装置对每一路混频输出信号依次进行一分W路功率分配、滤波、低噪声放大、二次混频处理，输出N1×N2×W路中频信号，W的值与预处理的被探测目标辐射出的太赫兹波的太赫兹频率个数一致，W为≥1的自然数。

本发明的太赫兹被动式彩色焦平面照相机相对于现有技术具有如下有益效果：

1、相比较需要扫描的单像素照相机，焦平面照相机具有如下的优点：1)能够实时成像，可对快速运动目标成像；2)具有较好的分辨率和较高灵敏度，因为采用焦平面凝视阵列，天线不需要扫描，光学部分便可以做得大一些，从而可以得到较好的分辨率；因为积分时间不受扫描速度限制，故有可能获得较高灵敏度。

2、本发明的焦平面照相机可以工作在多个频率，由于接收一个目标的多个频率辐射信号，可以实现在复杂背景环境下(例如在目标与背景辐射强度对比度很低的情况下或者在阳光等辐射/反射干扰下)提高目标的识别能力。

3、太赫兹多波束准光混频器和中频信号处理模块采用LTCC封装工艺集成，实现了一体化三维立体封装，本发明的太赫兹焦平面多通道成像系统采用太赫兹多波束准光混频器作为主要的接收与变频元件，集成度高，十分适用于二维大规模成阵；适用于二维大规模成阵，整体的接收机体积和重量小，方便携带；本发明采用高阻介质透镜可以避免混频天线表面波的产生，提高天线的增益，减小表面波损耗，并可以提高天线的方向性，高阻介质透镜采用复眼透镜，因此在具体 的成像应用时，布阵结构更为灵活，可以适用于大视场或者远焦距成像等场合。

4、本发明采用波束分离器可以有效地提高射频信号与本振信号的隔离度。

5、使用方式灵活，当需要进行大视场成像时，可以扫描次镜，实现宽视场成像。