[發明專利]一種太赫茲半主動式彩色焦平面照相機

有效

• 申請號: 201310079131.9
• 申請日: 2013-03-13
• 公開（公告）號: CN104048761B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 呂昕;牟進超;郝海東;盧宏達;郭大路;馬朝輝;朱思衡;劉埇;司黎明;孫鈺;王志明
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01J5/00
• 分類號: G01J5/00;G03B17/12
• 代理公司: 北京思睿峰知識產權代理有限公司11396
• 代理人: 龔海軍

技術領域

本發明涉及太赫茲成像技術領域，具體涉及一種太赫茲半主動式彩色焦平面照相機。

背景技術

太赫茲(Terahertz，THz)波通常指的是頻率在0.1THz～10THz(波長3mm～30μm)范圍內的電磁輻射(1THz＝10¹²Hz)，它在電磁波譜中介于微波和紅外輻射之間。太赫茲波輻射在成像應用中可具有如下特點：太赫茲波輻射可以穿透很多普通的非金屬遮掩材料，探測到隱匿物體；太赫茲波的波長足夠短，可獲得較高的成像空間分辨率，或實現危險物高精度定位；太赫茲頻率的電磁波輻射對有機體是非電離的，因此在適當的強度下使用，對人體比較安全；相比于微波毫米波成像系統，同樣的圖像分辨率下，太赫茲成像系統體積更小。太赫茲輻射的上述特點決定了太赫茲成像具有廣闊的應用前景，是國際上的研究熱點之一。

但是，目前的太赫茲照相機存在一些問題，包括：

1、完全依靠檢測目標自身輻射的太赫茲信號的被動式照相機，抗干擾性能差，對相機本身的噪聲性能要求很高；作用距離有限；無法獲取目標的相位信息。

2、通常工作在一個頻率。采用單一太赫茲頻率，雖然可以有效發現目標并對目標實現成像，但是由于目標輻射特性的復雜性，在有效的目標輻射強度或特征識別上存在問題。

3、通常采用單像素掃描結構，不能實時成像，分辨率有待提高。

4、接收信號通常采用直接檢波方式，或者較少像素的外差接收方式。如果采用直接檢波方式，雖然可以較容易的實現大規模陣列的焦平面成像，但是靈敏度較低且缺失了相位信息；如果采用外差接收方式，每個通道均需要本振信號，因此中頻電路復雜且體積較大，不適宜便攜式使用。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的上述缺點，提供一種太赫茲半主動式彩色焦平面照相機，提高抗干擾性能、增加作用距離、獲取目標相位信息，在復雜背景環境下提高目標的識別能力，實時成像，具有較好的分辨率和較高的靈敏度，體積小、封裝簡單。

本發明提供的一種太赫茲半主動式彩色焦平面照相機包括天饋模塊、W個太赫茲照射源模塊、太赫茲焦平面多通道相參接收模塊、中頻信號處理模塊、本振參考源，W為預獲取的顏色數量，W為≥1的自然數；每一個太赫茲照射源模塊發射用于照射在被探測目標上的太赫茲照射信號，每一個太赫茲照射源模塊包括太赫茲照射信號倍頻器、太赫茲天線；本振參考源產生的本振信號通過太赫茲照射信號倍頻器倍頻后，經過太赫茲天線輻射，照射在被探測目標上；天饋模塊包括反射面天線和天線伺服模塊，天饋模塊中的反射面天線用于接收被探測目標散射的太赫茲照射信號(相對于太赫茲焦平面多通道相參接收模塊來說，是太赫茲射頻信號，以下稱太赫茲射頻信號)，反射面天線在天線伺服模塊的控制下掃描被測目標散射的太赫茲射頻信號；太赫茲焦平面多通道相參接收模塊位于反射面天線的焦平面上，被探測目標發出的太赫茲射頻信號經天饋模塊中的反射面天線的反射，聚焦于太赫茲焦平面多通道相參接收模塊；太赫茲焦平面多通道相參接收模塊包括太赫茲多波束準光混頻器，太赫茲多波束準光混頻器將收到的太赫茲射頻信號和太赫茲本振信號進行混頻，產生混頻輸出信號；中頻信號處理模塊對混頻輸出信號依次進行一分W路功率分配、濾波、低噪聲放大、二次混頻處理，輸出中頻信號。

太赫茲多波束準光混頻器包括N1×N2個像素，太赫茲多波束準光混頻器將收到的太赫茲射頻信號和太赫茲本振信號進行混頻，產生N1×N2路混頻輸出信號，N1、N2為≥1的自然數，每一路混頻輸出信號對應一個像素，每一路混頻輸出信號稱為每一像素混頻輸出信號；中頻信號處理模塊包括二次變頻模塊，二次變頻模塊包括N1×N2個中頻信號裝置，每一中頻信號裝置對每一路混頻輸出信號依次進行一分W路功率分配、濾波、低噪聲放大、二次混頻處理，輸出N1×N2×W路中頻信號。

本發明的太赫茲半主動式彩色焦平面照相機相對于現有技術具有如下有益效果：

1、相比較需要掃描的單像素照相機，焦平面照相機具有如下的優點：1)能夠實時成像，可對快速運動目標成像；2)具有較好的分辨率和較高靈敏度，因為采用焦平面凝視陣列，天線不需要掃描，光學部分便可以做得大一些，從而可以得到較好的分辨率；因為積分時間不受掃描速度限制，故有可能獲得較高靈敏度。

2、本發明的焦平面照相機可以工作在多個頻率，由于接收一個目標的多個頻率輻射信號，可以實現在復雜背景環境下(例如在目標與背景輻射強度對比度很低的情況下或者在陽光等輻射/反射干擾下)提高目標的識別能力。