[發(fā)明專利]遠(yuǎn)距離毫米波表面成像雷達(dá)系統(tǒng)

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280070331.1
• 申請(qǐng)日: 2012-12-20
• 公開（公告）號(hào): CN104303073A
• 公開（公告）日: 2015-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: V·考林科;J·A·勞伯格;C·瑟斯頓;G·畢曉普
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 雀萊斯企業(yè)股份有限公司
• 主分類號(hào): G01S13/06
• 分類號(hào): G01S13/06
• 代理公司: 上海專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 宋靜嫻

對(duì)相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用

本申請(qǐng)是2010年8月12日提交的標(biāo)題為“Mobile?Millimeter?Wave?Imaging?System(移動(dòng)毫米波成像系統(tǒng))”、序列號(hào)12/806,488的部份繼續(xù)申請(qǐng)案，并要求2011年10月1日提交的系列號(hào)為No.61/626,660的臨時(shí)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及雷達(dá)系統(tǒng)，具體而言，涉及毫米波成像雷達(dá)系統(tǒng)。

背景技術(shù)

利用毫米波的成像

在毫米波長(zhǎng)(1cm到1mm；30GHz?to?300GHz)處操作的無(wú)源和有源成像系統(tǒng)是已知的。毫米波頻率處的短波長(zhǎng)度允許用相對(duì)小的天線創(chuàng)建窄波束，并產(chǎn)生高分辨率的無(wú)源和有源圖像。由于窄波束的原因，可準(zhǔn)確定位圖像中的對(duì)象，當(dāng)系統(tǒng)在雷達(dá)模式操作時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)于所反射的信號(hào)的高靈敏度。毫米波系統(tǒng)的重要質(zhì)量在于與可見光相比，它們相對(duì)而言幾乎不被相當(dāng)大距離的霧或煙霧所衰減。這些毫米波波長(zhǎng)的輻射穿透相當(dāng)大距離的霧和煙霧。毫米波輻射還穿透衣物和諸如干木材和墻板之類的其他材料的顯著厚度。因此，已經(jīng)為飛機(jī)建議毫米波成像系統(tǒng)，以改善在霧中的能見度，以及用于檢測(cè)隱藏的武器的安全應(yīng)用等等。

無(wú)源毫米波成像

在轉(zhuǎn)讓給申請(qǐng)人的雇主的美國(guó)專利No.5,121,124和5,365,237中描述了無(wú)源毫米波成像系統(tǒng)。在這些專利中所描述的系統(tǒng)使用這樣的天線，其中收集到的毫米波輻射的方向因變于頻率。這種類型的天線被稱為“頻率掃描”天線。在頻譜分析儀中分析收集到的毫米波光以產(chǎn)生一維圖像。在'124專利中所描述的系統(tǒng)中，使用天線信號(hào)來(lái)調(diào)制聲光設(shè)備(布拉格單元)，該聲光設(shè)備繼而調(diào)制激光束以產(chǎn)生光譜圖像。在'237專利中所描述的系統(tǒng)中，由天線信號(hào)來(lái)調(diào)制電光模塊，且電光模塊繼而調(diào)制激光束以對(duì)激光束施加毫米波光譜信息，然后激光束被校準(zhǔn)器分離成頻譜分量，以產(chǎn)生圖像。

美國(guó)專利No.4,654,666描述了一種成像系統(tǒng)，該成像系統(tǒng)包括頻率掃描天線和頻譜分析儀，頻譜分析儀用于將由天線收集到的編碼的輻射分布轉(zhuǎn)換為時(shí)間編碼的分布，以便可以再現(xiàn)一維場(chǎng)景。在美國(guó)專利號(hào)7,194,236和6,937,182中描述了其他頻率掃描無(wú)源毫米波成像系統(tǒng)。以上標(biāo)識(shí)的所有專利通過(guò)引用被結(jié)合至此。

雷達(dá)系統(tǒng)

在毫米頻率處操作的雷達(dá)系統(tǒng)也是已知的。這些系統(tǒng)通常用兩個(gè)或更多較低頻率信號(hào)(叫做頻移鍵控或FSK)或用線性地變化的(頻率向上或向下斜變)的較低頻率信號(hào)(叫做線性調(diào)頻LFM)來(lái)調(diào)制毫米波信號(hào)。已經(jīng)提出了FSK和LFM的組合。已經(jīng)提出了用于自治機(jī)動(dòng)車輛控制和機(jī)動(dòng)車輛防撞的這些FSK和LFM系統(tǒng)。某些系統(tǒng)提供了用于對(duì)發(fā)射波束或接收波束或兩者進(jìn)行角掃描技術(shù)。

異物檢測(cè)

機(jī)場(chǎng)跑道及其他表面上的異物碎片(常常被稱為FOD)對(duì)于空中交通安全來(lái)說(shuō)是極大的危險(xiǎn)。從飛機(jī)、地面上的設(shè)備掉落的、或被地勤人員錯(cuò)置的物體要對(duì)商業(yè)航空公司、機(jī)場(chǎng)、和軍事部門的較大的營(yíng)業(yè)虧損負(fù)責(zé)，且在極端情況下，可導(dǎo)致人命損失。FOD每年會(huì)造成航空業(yè)$40億的損失，且每年給飛機(jī)和部件造成顯著損壞，并可能導(dǎo)致工作人員、飛行員和乘客的死亡和傷害。

在機(jī)場(chǎng)上引入雷達(dá)系統(tǒng)用于進(jìn)行FOD檢測(cè)的嘗試也是已知的。這樣的系統(tǒng)的高成本、操作的復(fù)雜性，基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、以及試驗(yàn)性的本質(zhì)限制了它們被航空運(yùn)輸業(yè)的接受度。由位于英國(guó)的公司QinetiQ設(shè)計(jì)和制造的以名稱Tarsier銷售的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)是先進(jìn)的毫米波FOD檢測(cè)系統(tǒng)的示例。Tarsier系統(tǒng)目前在加拿大溫哥華國(guó)際機(jī)場(chǎng)操作。Tarsier雷達(dá)被設(shè)計(jì)為靜止的、遠(yuǎn)距離(最多2公里)、調(diào)頻雷達(dá)，以沿著機(jī)場(chǎng)表面的整個(gè)長(zhǎng)度檢測(cè)FOD。在美國(guó)專利No.7,592,943中描述了此系統(tǒng)，該專利以引用的方式結(jié)合至此。系統(tǒng)使具有壓控振蕩器(VCO)頻率掃描的改進(jìn)的頻率線性的調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)。它使用鑒頻器系統(tǒng)來(lái)校正VCO的非線性。然后，使用鑒頻器信號(hào)來(lái)使用模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器來(lái)調(diào)整信號(hào)采樣速率。Tarsier系統(tǒng)的的操作遠(yuǎn)距離要求高精度機(jī)械和電子組件以及高發(fā)射功率。這些要求導(dǎo)致系統(tǒng)的高成本。為了能夠檢測(cè)遠(yuǎn)距離處的FOD，雷達(dá)被設(shè)計(jì)成具有非常高的靈敏度，這會(huì)導(dǎo)致由于來(lái)自較短的范圍處的信號(hào)混亂產(chǎn)生的大量的誤報(bào)警。