[發明專利]一種單天線陣列全方位掃描的毫米波成像系統

有效

• 申請號: 201110456411.8
• 申請日: 2011-12-30
• 公開（公告）號: CN102565793A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 張遠航;陳曄;張炳煌
• 申請（專利權）人: 北京華航無線電測量研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 北京天達知識產權代理事務所(普通合伙) 11386
• 代理人: 王宇楊;王慶海

1.一種單天線陣列全方位掃描的毫米波成像系統，其包括：滑軌、驅動圓盤、2個金屬支桿、天線陣列圓盤支架、伺服控制模塊、頻率合成模塊、發射模塊、2個發射天線陣列、2個接收天線陣列、接收模塊、延時模塊、信號處理模塊和顯控模塊，其中：

天線陣列圓盤支架包括可旋轉的中心軸和由該中心軸帶動旋轉的金屬圓形盤；

滑軌的弧度為300度，其直徑與天線陣列圓盤一致；

驅動圓盤與天線陣列圓盤一樣大，2個金屬支桿以相對且在一條直線上的方式安裝在天線陣列圓盤和驅動圓盤的邊緣兩端，金屬支桿的一端固定到天線陣列圓盤的邊緣，另一端固定到驅動圓盤的邊緣，該驅動圓盤的底部邊緣處安裝有3-10個之間的任意個滑輪，該滑輪位于滑軌上；

伺服控制模塊用于控制控制交流伺服電機的驅動軸以正弦曲線的速率轉動并且控制和檢測天線陣列圓盤支架的旋轉角度，使其從0到M度順時針旋轉，260≤M≤300度，其包括：伺服機構、測量反饋機構和伺服控制器，其中：

伺服機構包括交流伺服電機(1)、電機驅動器(2)、電源適配器(3)、減速器(4)和皮帶輪(5)；交流伺服電機主軸通過法蘭盤連接減速器，減速器驅動皮帶輪運動，皮帶輪同驅動圓盤相連，驅動安檢門天線陣列圓盤支架完成各種功能運動，交流伺服電機由電機驅動器直接控制，電機驅動器連接電源適配器實現交直流轉換為電機系統提供電源并實現保護功能；

測量反饋機構包括光柵尺(7)、光電開關(8)，光柵尺(7)安裝于天線陣列圓盤支架主軸上，光柵尺(7)讀數頭固定于天線陣列圓盤支架并隨框架轉動產生編碼信號脈沖從而測量天線陣列圓盤支架旋轉的角度信息，光電開關(8)安裝于天線陣列圓盤支架(6)頂部與角度指示圓盤相接觸，可實現中心零位和極限位置的指示；

伺服控制器包括：交互通信模塊、信號采集模塊、自檢校正控制模塊以及伺服機構的掃描曲線控制模塊；交互通信模塊分為兩部分：一部分完成同信號處理分機的通信，接收其下發的指令信號并反饋當前伺服系統狀態信息；另一部分完成與電機驅動器的通信，對伺服執行機構實施控制；其中，信號采集模塊處理光柵的正交編碼脈沖信號以及光電開關信號；自檢校正控制模塊完成信號處理分機下發的自檢校正指令；掃描曲線控制模塊完成信號處理分機下發的掃描工組指令；

交流伺服電機使該驅動圓盤沿著滑軌轉動，從而帶動天線陣列圓盤轉動；

頻率合成模塊用于產生基準時鐘并將其發送給信號處理模塊、和接收信號處理模塊的控制命令以產生寬帶發射信號和射頻本陣信號，并且將寬帶發射信號發送給發射模塊和將射頻本陣信號發送給延時模塊，其包括：用于產生寬帶發射信號的高速直接頻率合成器、用于將寬帶發射信號倍頻到所需頻段的倍頻器、用于產生射頻本陣信號的混頻器、用于產生基準時鐘的晶振；

發射模塊用于對來自頻率合成模塊的寬帶發射信號進行功率放大和波形調制，并將其發送給發射天線陣列，其包括用于功率放大的固態功率放大器和用于波形調制的發射波形調制器；

發射天線陣列，用于輻射射頻信號，每一個發射天線陣列有N個天線單元，每個天線單元對應一路發射通道，每一個天線陣列有N路電開關以控制發射通道的分時工作，即開通和關斷，其中64≤N≤256；

接收天線陣列，用于接收回波信號，每一個接收天線陣列有N個天線單元，每個天線單元對應一路接收通道，每一個天線陣列有N路電開關以控制接收通道的分時工作，即開通和關斷，其中64≤N≤256；

延時模塊用于對接收到的射頻本陣信號進行精確延時以使其相位與從目標的中心表面反射的射頻回波信號的相位一致，并將延時的射頻本陣信號發送給接收模塊；

接收模塊包括用于功率放大的低噪聲功率放大器、用于濾波的濾波器和用于將射頻回波信號變換到中頻回波信號的混頻器，其中低噪聲功率放大器將接收到的射頻回波信號的功率放大至與接收到的射頻本陣信號的功率近似相等或者在同一數量級，該濾波器對經功率放大的射頻回波信號進行濾波，混頻器將經過功率放大和濾波的射頻回波信號和接收到的射頻本陣信號進行混頻以將該射頻回波信號變換到中頻回波信號并將其傳輸給信號處理模塊；

信號處理模塊用于產生指示頻率合成模塊產生各種信號的控制命令、根據基準時鐘產生成像裝置的工作時序、對中頻回波信號進行采樣和數字下變頻，進行三維成像處理，獲取目標的三維圖像數據并將其傳輸到顯控模塊，其包括：用于對中頻回波信號進行采樣的高速模數轉換器、用于對采樣后的數字中頻回波信號進行下變頻的可編程邏輯器件、用于對經數字下變頻的回波數據進行三維成像處理的數字信號處理器、存儲器、用于將三維圖像數據高速發送給顯控模塊的光電轉換器；

顯控模塊用于將接收到的三維圖像數據實時顯示成三維圖像。