[实用新型]外差式全相参太赫兹三维高分辨率成像的系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种外差式全相参太赫兹三维高分辨率成像的系统。

背景技术

美国喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory)、西北太平洋国家实验室(Pacific Northwest National Laboratory)、德国应用科学研究所(FGAN-Research Institute)、中国工程物理研究院、中国科学院电磁辐射与探测技术实验室、首都师范大学物理系的太赫兹波谱和成像实验室均投入研究了太赫兹三维成像系统并取得了很大进展。但他们设计的太赫兹三维成像采用双天线(一个天线发射信号、一个天线接收信号)，除电子器件外，还需要光学元件，比如分光镜等，搭建光路系统，因此，系统结构复杂，成本较高，集成困难，不适合工程实际应用；而且，由于仅仅将点频源和线性扫频源等信号源实现外差式相参，其他有源器件(如功率放大器、倍频器)均未实现相参，从而系统稳定性缺乏足够保障。除此之外，系统的带宽中心频率比较低，深度分辨率较差，且与平面分辨率差距很大，如中国工程物理研究院设计的中心频率为140GHz，带宽为5GHz的三维成像系统，带宽中心比频率比仅为3.57％，平面分辨率为1.4mm，深度分辨率为30mm。

因此，需要一种系统结构简单，采用单天线，且不附加光路系统的纯电子器件结构、带宽中心频率比大、稳定性好、分辨率高的外差式全相参太赫兹三维成像系统。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种外差式全相参太赫兹三维高分辨率成像的系统，本实用新型基于太赫兹科学、线性调频测距原理和超外差技术，设计硬件电路产生、接收太赫兹超宽带发射信号并保障整体电路元件相参，实现对被测对象高分辨率、清晰可靠的三维成像。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种外差式全相参太赫兹三维高分辨率成像的系统，包括X-Y二维扫描平台、太赫兹线性调频波发射模块、太赫兹线性调频波接收模块、收发共用透镜天线、信号全相参模块、数据采集和处理模块、图像处理模块和图像显示单元，其中：

所述X-Y二维扫描平台固定被测对象，并沿X轴和Y轴逐点移动被测对象；

所述太赫兹线性调频波发射模块产生射频信号发送给被测对象；

所述太赫兹线性调频波接收模块探测从被测对象反射回的回波信号，并产生本振信号与回波信号下变频处理得到测试信号；

所述收发共用透镜天线向被测对象发射聚焦的射频信号并接收反射回的回波信号；

所述信号全相参模块将射频信号与本振信号下变频处理得到参考信号，然后将参考信号和测试信号进一步下变频处理得到差频信号；

所述数据采集和处理模块在X-Y二维扫描平台于一点停住且稳定后，采集差频信号并存储，然后上传至处理器处理数据；

所述图像处理模块根据所有处理后的数据构建三维图像，并利用图像处理技术使更清晰；

所述图像显示单元显示被测对象清晰可靠的三维成像图。

进一步的，所述太赫兹线性调频波发射模块、太赫兹线性调频波接收模块与数据采集和处理模块均经信号发生器输出的脉冲信号同步硬件外部触发后开始工作。

进一步的，所述太赫兹线性调频波发射模块包括第一信号源、K波段线性扫频源、功分器、第一混频器、第一功率放大器、二倍频器、第一三倍频器、第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一信号源连接第一混频器的本振端，所述K波段线性扫频源经过功分器连接第一混频器的中频端，第一混频器的射频输出端依次连接有第一功率放大器、二倍频器、第一三倍频器、第一定向耦合器和第二定向耦合器。

进一步的，所述太赫兹线性调频波接收模块包括第二信号源、所述K波段线性扫频源、功分器、第二混频器、第二功率放大器、第二三倍频器、第三定向耦合器、第一次谐波混频器、第一带通滤波器和第一低噪声放大器，所述第二信号源连接第二混频器的本振端，所述K波段线性扫频源经过功分器连接第二混频器的中频端，第二混频器的射频输出端依次连接有第二功率放大器、第二三倍频器和第三定向耦合器，所述第一次谐波混频器本振端接收第三定向耦合器的输出信号和射频端接收所述第二定向耦合器的输出信号，中频输出端依次连接第一带通滤波器和第一低噪声放大器。

进一步的，所述第一信号源和第二信号源均为点频信号源。

进一步的，所述信号全相参模块使得太赫兹线性调频波发射模块和太赫兹线性调频波接收模块实现相干。