[發明專利]一種太赫茲頻段孔徑編碼高分辨近距凝視成像裝置

有效

• 申請號: 201610011826.7
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105403889B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 秦玉亮;羅成高;鄧彬;王宏強;李彥鵬;曹凱程
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京中濟緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 胡偉華

技術領域

本發明涉及高分辨雷達凝視成像技術，尤指一種太赫茲頻段孔徑編碼高分辨近距凝視成像裝置。

背景技術

隨著社會的發展，雷達高分辨率成像在確保國家戰略安全和促進國民經濟發展方面扮演著越來越重要的角色。其中，在安檢與反恐、目標探測與識別、化學品鑒定、醫學成像和質量控制等近距成像領域，用戶對雷達成像系統的分辨率、實時性和小型化均提出了嚴苛的要求。現有雷達成像系統主要包括微波雷達成像系統和光學雷達成像系統兩大類。其中，光學傳感器可前視成像，波長短，分辨率高，成像速度快，但是依賴于目標輻射，對煙、塵、霧和障礙物等穿透能力差，易受環境因素影響。而微波雷達傳感器可主動探測，穿透能力強，但是由于微波頻率低，波長長，角分辨率低，且由于成像原理的限制，需要成像積累時間，無法實現前視高幀頻、高分辨成像。因此，現有雷達成像系統難以完全滿足前述近距成像領域對高幀頻、高分辨凝視成像的應用需求。

相對于傳統雷達采用的微波頻段，太赫茲波具有更高頻率和更短波長，使得太赫茲雷達能夠提供更大的絕對帶寬，更高的成像分辨率以及比光波更好的穿透能力，同時，系統收發鏈路相對簡單，易實現小型化。而孔徑編碼技術可通過產生多樣性的照射模式使得成像系統生成更加豐富的目標回波信息，從而有望在相同成像孔徑條件下獲得超出傳統成像系統衍射極限的分辨率。盡管太赫茲雷達成像技術或孔徑編碼成像技術相對于前述成像技術均具有諸多優勢，但依然存在一些亟待解決的問題，比如成像分辨率與成像幀率有待進一步提升，太赫茲波束對目標的非機械掃描實現難度較大等。鑒于此，迫切需要開展太赫茲頻段孔徑編碼成像技術研究，將太赫茲成像技術與孔徑編碼技術有機結合，研制具有高幀頻、高分辨凝視成像能力且系統簡約小型的新型成像裝置。

發明內容

本發明提出了一種太赫茲頻段孔徑編碼高分辨近距凝視成像裝置，能同時兼顧成像分辨率與成像速度，并能避免成像裝置對目標的機械掃描?？紤]到該裝置在水平和豎直方向上的工作模式具有對稱性，以豎直方向為例對本發明進行說明。

本發明的技術方案是：

一種太赫茲頻段孔徑編碼高分辨近距凝視成像裝置，包括太赫茲發射模塊、發射天線、電控次反射面、接收天線、太赫茲接收模塊以及系統控制主機，太赫茲發射模塊與發射天線連接，太赫茲發射模塊負責產生太赫茲信號，太赫茲信號經發射天線輻射至電控次反射面，所述電控次反射面與系統控制主機連接，電控次反射面在系統控制主機的控制下同時加載孔徑編碼隨機移相因子和透鏡相位調制因子，并對發射天線輻射的太赫茲波束進行孔徑編碼與相位調制，并進一步將太赫茲波束反射至目標空間對目標進行波束掃描，接收天線采集目標表面的散射回波信號并傳輸至太赫茲接收模塊，在太赫茲接收模塊經低噪聲放大、混頻和正交解調處理后返回至系統控制主機進行成像處理，最終得到目標的圖像。接收天線對目標表面的散射回波信號進行采集時，只能接收到一部分的反射回波信號，另一部分信號損失掉了。其中，系統控制主機進行成像處理是指結合現有的目標稀疏特性以及壓縮感知等數據處理技術進行成像處理。

本發明中，所述電控次反射面豎直方向上的高度為l，豎直方向上包含N個陣元，電控次反射面與發射天線的水平間距為a，發射天線與目標的水平間距為b，電控次反射面下端點與發射天線的豎直間距為g，l與N的比值代表單個陣元的節距，節距越小，則可在更小的單元尺度上對發射天線輻射的太赫茲波進行孔徑編碼與相位調制，以獲得更好的編碼效果與波束形成能力，其具體取值由電控次反射面的加工工藝決定，以基于液晶基板的反射式相控陣平面天線為例，陣元節距通常為數百微米。a與b的取值之和在20.00m以內。a與b的和代表本發明所述裝置的探測距離，通常為20.00m以內的近距成像范圍。在確保裝置中發射天線不會對太赫茲波束產生遮擋的前提下，可通過減小g的取值來減小系統的幾何尺寸，以太赫茲喇叭天線為例，發射天線口徑尺寸通常為毫米量級，故g的取值可設定在0.01m至0.10m的區間內。

本發明中，系統控制主機根據下式中的孔徑編碼隨機移相因子生成對應相位分布圖，輸入至電控次反射面上完成相位加載；

P_C＝random(p_l,p_h,m)，(1)

其中，p_l和p_h分別代表隨機移相區間的上限和下限，random表示對電控次反射面豎直方向上的第m個陣元施加位于移相區間內的均勻分布隨機相位，m＝1,2…N。