[發(fā)明專利]外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法

有效

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• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN106990413B
• 公開（公告）日: 2023-04-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 常天英;張曉璇;崔洪亮
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01S17/894
• 分類號: G01S17/894
• 代理公司: 濟南圣達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 37221
• 代理人: 張勇

本發(fā)明公開了一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像系統(tǒng)及方法，系統(tǒng)包括收發(fā)共用透鏡天線、太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊、X?Y二維掃描平臺、信號全相參模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、圖像處理模塊和圖像顯示單元。本發(fā)明具有頻率在太赫茲頻段，整體系統(tǒng)外差全相參設(shè)計，采用單天線，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、體積小，平面、深度成像分辨率高、均是毫米量級，系統(tǒng)頻率、功率穩(wěn)定性好等優(yōu)勢。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

美國噴氣推進實驗室(Jet?Propulsion?Laboratory)、西北太平洋國家實驗室(Pacific?Northwest?National?Laboratory)、德國應(yīng)用科學(xué)研究所(FGAN-ResearchInstitute)、中國工程物理研究院、中國科學(xué)院電磁輻射與探測技術(shù)實驗室、首都師范大學(xué)物理系的太赫茲波譜和成像實驗室均投入研究了太赫茲三維成像系統(tǒng)并取得了很大進展。但他們設(shè)計的太赫茲三維成像采用雙天線(一個天線發(fā)射信號、一個天線接收信號)，除電子器件外，還需要光學(xué)元件，比如分光鏡等，搭建光路系統(tǒng)，因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，集成困難，不適合工程實際應(yīng)用；而且，由于僅僅將點頻源和線性掃頻源等信號源實現(xiàn)外差式相參，其他有源器件(如功率放大器、倍頻器)均未實現(xiàn)相參，從而系統(tǒng)穩(wěn)定性缺乏足夠保障。除此之外，系統(tǒng)的帶寬中心頻率比較低，深度分辨率較差，且與平面分辨率差距很大，如中國工程物理研究院設(shè)計的中心頻率為140GHz，帶寬為5GHz的三維成像系統(tǒng)，帶寬中心比頻率比僅為3.57％，平面分辨率為1.4mm，深度分辨率為30mm。

因此，需要一種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，采用單天線，且不附加光路系統(tǒng)的純電子器件結(jié)構(gòu)、帶寬中心頻率比大、穩(wěn)定性好、分辨率高的外差式全相參太赫茲三維成像系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為了解決上述問題，提出了一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)及方法，本發(fā)明基于太赫茲科學(xué)、線性調(diào)頻測距原理和超外差技術(shù)，設(shè)計硬件電路產(chǎn)生、接收太赫茲超寬帶發(fā)射信號并保障整體電路元件相參，實現(xiàn)對被測對象高分辨率、清晰可靠的三維成像。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統(tǒng)，包括X-Y二維掃描平臺、太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊、收發(fā)共用透鏡天線、信號全相參模塊、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、圖像處理模塊和圖像顯示單元，其中：

所述X-Y二維掃描平臺固定被測對象，并沿X軸和Y軸逐點移動被測對象；

所述太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊產(chǎn)生射頻信號發(fā)送給被測對象；

所述太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊探測從被測對象反射回的回波信號，并產(chǎn)生本振信號與回波信號下變頻處理得到測試信號；

所述收發(fā)共用透鏡天線向被測對象發(fā)射聚焦的射頻信號并接收反射回的回波信號；

所述信號全相參模塊將射頻信號與本振信號下變頻處理得到參考信號，然后將參考信號和測試信號進一步下變頻處理得到差頻信號；

所述數(shù)據(jù)采集和處理模塊在X-Y二維掃描平臺于一點停住且穩(wěn)定后，采集差頻信號并存儲，然后上傳至處理器處理數(shù)據(jù)；

所述圖像處理模塊根據(jù)所有處理后的數(shù)據(jù)構(gòu)建三維圖像，并利用圖像處理技術(shù)使更清晰；

所述圖像顯示單元顯示被測對象清晰可靠的三維成像圖。

進一步的，所述太赫茲線性調(diào)頻波發(fā)射模塊、太赫茲線性調(diào)頻波接收模塊與數(shù)據(jù)采集和處理模塊均經(jīng)信號發(fā)生器輸出的脈沖信號同步硬件外部觸發(fā)后開始工作。