[发明专利]基于PXIe总线的全息微波成像系统及其成像方法

权利要求书

1.一种基于PXIe总线的全息微波成像系统，其特征在于，包括：

PXIe控制模块、PC机、高速串口模块、总线扩展模块、时钟同步模块、切换开关模块、矢量网络分析模块和微波天线阵列，各个模块均通过PXIe总线连接；

还包括：系统软件模块；所述系统软件模块通过所述PXIe控制模块接入PXIe总线；

所述PXIe控制模块用于将控制信息编译为符合PXIe总线协议的数据，以使该数据在PXIe总线上传输；还用于解析从PXIe总线上获取的数据；

所述矢量网络分析模块用于在所述PXIe控制模块的控制下产生相应频率、相位和振幅的微波信号，所述微波信号通过所述切换开关模块的发射开关板卡由微波发射天线传输到被测对象上，形成敏感电场；

所述切换开关模块中的接收开关板卡根据程序设定选择微波接收天线；所述微波接收天线同步采集敏感电场的散射电场信号，并通过所述高速串口模块、所述总线扩展模块和所述时钟同步模块将所述散射电场信号通过PXIe总线传输给所述PC机；

所述PC机对接收到的散射电场信号进行处理，并根据处理后的数据进行曲线绘制、图像重建和数据分析，并通过人机交互界面将曲线绘制、图像重建和数据分析的结果进行实时显示；

所述切换开关模块采用15块NI PXI-2596RF多路复用器开关板卡；其中，3块板卡作为微波发射天线的发射开关板卡，其余12块板卡作为微波接收天线的接收开关板卡；

将所述多路复用器开关板卡设置为相邻激励同步测量，通过依次选择相邻微波天线设定发射天线位置和接收天线位置，将微波信号施加到所述微波天线阵列上，在被测对象内部建立敏感电场分布；

所述微波天线阵列是由N个独立的微波天线按n层等间/非均匀分布在被测对象外围，其中，N为大于或等于3的自然数，n为大于或等于1的自然数。

2.根据权利要求1所述的全息微波成像系统，其特征在于，

第一块发射开关板卡的公共端与所述矢量网络分析模块的信号发射端连接，第二块发射开关板卡的公共端和第三块发射开关板卡的公共端分别与第一块发射开关板卡的通道端相连接，第二块发射开关板卡的通道端和第三块发射开关板卡的通道端分别与12块接收开关板卡的公共端相连接。

3.根据权利要求2所述的全息微波成像系统，其特征在于，

所述矢量网络分析模块为双端口矢量网络分析仪，其中一个端口为信号发射端口，另一个为信号接收端口；所述矢量网络分析模块的信号发射端口与第一块发射开关板卡的公共端相连接；

所述矢量网络分析模块采用NI CMT PXIe-S5090板卡，工作频率在300kHz-9GHz之间。

4.根据权利要求1所述的全息微波成像系统，其特征在于，所述PC机对接收到的散射电场信号进行处理，包括：

将接收到的散射电场信号进行滤波、放大以及模数转换处理，并对模数转换处理后的信号进行数字解调得到被测量的实部和虚部信息。

5.根据权利要求1所述的全息微波成像系统，其特征在于，

所述高速串口模块包括：两个Xilinx Kintex-7 FPGA，用于实现各种高速串行协议；

进一步的，所述高速串口模块采用两块NI PXIe-7902板卡，同时该板卡利用FPGA千兆级收发器提供了24个发射和接收串行通道。

6.根据权利要求1所述的全息微波成像系统，其特征在于，

所述时钟同步模块用于生成两种类型的时钟信号，所述两种类型的时钟信号包括：基于板载精密控温晶体振荡器参考时钟的高稳定时钟以及数字合成时钟生成电路生成的时钟；所述时钟同步模块采用一块NI PXIe 6674T板卡，生成时钟和触发信号。