[发明专利]距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置及方法

说明书

本发明公开了距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置及方法，包括：单通道发射机，所述单通道发射机产生线性调频的毫米波信号，传输给二维天线阵列和多通道接收机；二维天线阵列包含二维平面分布的发射天线和接收天线，发射天线向自由空间辐射毫米波信号，接收天线接收目标物的散射回波信号；多通道接收机含有若干个相同的接收机通道，每个通道的接收机对来自单通道发射机的线性调频毫米波信号和来自接收接收天线的回波信号进行正交下变频处理，得到回波信号的幅度信号和相位信号，传输给数据处理系统；数据处理系统利用回波信号的幅度信息和相位信息，利用距离补偿实现目标物的图像重建。

技术领域

本发明涉及毫米波成像技术领域，特别是涉及距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置及方法。

背景技术

频率在30GHz～300GH范围内的毫米波凭借其穿透性好、成像分辨率高、非电离辐射等优良特性，特别适合应用在人体安检、无损探测、医学诊断等领域。相关的毫米波三维成像装置及方法，成为当前的研究热点。

为了重建目标物的三维图像，需要使用二维天线阵列。天线阵列拓扑结构包括单基结构和多基结构两种。在单基结构中，同一时刻只有一对位置相同的发射天线和接收天线工作，使用电扫描或者机械扫描的方式形成二维天线阵列。为了获得高质量图像，需要采用大孔径，扫描时间和数据采集时间很长，导致成像速度非常慢。在多基结构中，采用MIMO(多输入多输出)阵列天线，发射天线和接收天线位于不同的位置，多个发射天线顺次或者同时发射毫米波，多个接收天线同时接收目标物的散射或者反射回波。多基阵列可以显著提高成像速度，减少等效天线数量。

当前，针对毫米波成像技术的研究，主要集中在单基结构方面。针对采用MIMO阵列天线的多基结构的研究，多数处于图像重建方法的理论研究阶段。并且，现有的针对MIMO阵列的毫米波三维图像重建方法，为了实现回波信号指数项相位信息的线性化，以及系数项的常数化，需要忽略与距离向传播损耗有关的距离信息，导致不同距离向位置的目标物重建图像质量差异较大。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的之一是提供了距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置，利用单通道发射机、发射电子开关、多通道接收机、接收电子开关、数据处理系统和二维天线阵列组成了MIMO阵列毫米波成像装置，提高了成像速度，降低了等效天线数量。

距离补偿的多输入多输出阵列毫米波三维成像装置，包括：

单通道发射机，所述单通道发射机产生线性调频的毫米波信号，传输给二维天线阵列和多通道接收机；

所述二维天线阵列包含二维平面分布的发射天线和接收天线，发射天线向自由空间辐射毫米波信号，接收天线接收目标物的散射回波信号；

所述多通道接收机含有若干个相同的接收机通道，每个通道的接收机对来自单通道发射机的线性调频毫米波信号和来自接收接收天线的回波信号进行正交下变频处理，得到回波信号的幅度信号和相位信号，传输给数据处理系统；

所述数据处理系统利用回波信号的幅度信息和相位信息，利用距离补偿实现目标物的图像重建。

进一步优选的技术方案，所述单通道发射机与二维天线阵列之间设置有发射电子开关，所述多通道接收机与二维天线阵列之间设置有接收电子开关；

所述发射电子开关为开关阵列，等效为单刀多掷开关，发射电子开关的输出端连接二维天线阵列的所有发射天线；

所述接收电子开关为开关阵列，等效为多路选择开关，接收电子开关按照每次向多通道接收机传输回波信号的方式，将所有接收天线的回波信号传输给多通道接收机。

进一步优选的技术方案，所述多通道接收机含有与接收电子开关输出通道数量相同的接收机通道。