[實用新型]周期型雙陣列通道式毫米波主動三維運動成像系統

有效

• 申請號: 201720613461.5
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN206848472U
• 公開（公告）日: 2018-01-05
• 發明（設計）人: 常天英;郭企嘉;王忠民;崔洪亮
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司37221
• 代理人: 張勇

技術領域

本實用新型涉及一種周期型雙陣列通道式毫米波主動三維運動成像系統。

背景技術

主動式毫米波成像儀是一種重要的人體安檢設備，不同于X射線，毫米波技術為非電離輻射，具有穿透普通衣服、塑料、陶瓷等材料能力的同時，不會對人體造成傷害，且能有效區分皮膚與金屬、易爆品等違禁物品；采用電磁成像技術完成三維圖像重構，具有比微波成像更高的分辨率。

被動式毫米波成像儀采用更為簡單的采樣方式，完全利用目標本身的電磁輻射，例如同方威視技術股份有限公司提出的一種通過式人體安全檢查系統，專利號為“CN201110424156.9”。無源的系統結構只包含接收通道，無法形成相干信息，因此分辨率比主動式成像儀低很多，但是較強的實時成像能力使得此類系統在特定的場合具有應用價值。目前，主動式毫米波三維人體成像系統的實現以兩種技術方案為主，線陣圓柱掃描和平面陣列電子掃描。如美國L3通信公司研發的Provision系列安檢門應用線陣圓柱掃描成像技術，其特點是具有全向電磁波覆蓋范圍，通道數比平面陣列少，成本低，但是掃描時間長，成像效率低，不利于高人流密度場所使用；德國紐森堡大學研制的一臺平面陣列樣機是面陣成像技術的代表，該系統采用多輸入多輸出技術，大量減少陣元數量的同時，單次快拍采樣的速度快，為毫秒量級，其缺點是電磁波有效覆蓋面積有限，單陣列無法構成全面的人體覆蓋，因此成像區域受限。除此之外，以上兩種方案同時具有的缺陷是對運動目標不具有成像能力。

在非合作目標的電磁成像中，目標的速度是未知的，逆合成孔徑中處理運動目標成像時多采用自聚焦技術，從回波數據中提取目標的運動狀態，包括速度和加速度等。但是該技術的目標多是剛體，或假設遠程目標為點目標，這些前提保證了目標散射點的運動趨勢具有規律性。對于近程的人體目標，四肢和軀干的復雜運動使得多快拍之間的相干積累困難極大，這也是主動式毫米波人體成像儀無法完成運動目標成像的最大原因。

實用新型內容

本實用新型為了解決上述問題，提出了一種周期型雙陣列通道式毫米波主動三維運動成像系統。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種周期型雙陣列通道式毫米波主動三維運動成像系統，包括天線陣列系統、發射系統、接收系統和數字信號處理系統，其中：

所述天線陣列系統包括兩個相互平行放置的平面陣列，且平面陣列與地面垂直，兩平面陣列之間形成的通道供被測目標通過；

所述發射系統包括依次連接的頻率合成器、多級倍頻器、功率放大器和毫米波開關網絡，被配置為提供輻射信號和本振信號，并由發射陣元輻射至空間中，各發射陣元的頻率切換通過開關網絡實現；

所述接收系統包括依次相連的下變頻器組、功率分配網絡和多個接收機，每個接收機對應連接有一個接收陣元，接收本振信號；

所述接收陣元和發射陣元設置于平面陣列上；

所述數字信號處理系統接收接收機的多路信號，進行AD轉換后存儲，實現正交解調和成像。

進一步的，所述兩平面陣列結構完全相同，皆以子陣列為基本單元，向通道的長度和高度兩個維度上周期性、無交疊地延伸構成。

進一步的，每個子陣列包含固定數目的發射和接收陣元，發射陣元和接收陣元等間隔排布在陣列平面的長度和高度兩個維度上。

進一步的，同一時刻只有若干子陣列工作，稱為單位陣列，單位陣列完成一次數據采集，得到一幅三維圖像，單位陣列以子陣列為單元劃分，相鄰單位陣列之間彼此交疊，一次全通道掃描通過順序激勵單位陣列完成。

進一步的，所述發射系統中的頻率合成器在晶振的控制下，產生源信號和參考信號，源信號是一組頻域上等間隔采樣的單頻信號，共N路經過相同的多級倍頻和功率放大后，得到毫米波信號；參考信號直接連接接收系統中的下變頻器組；毫米波信號一部分用于輻射，另一部分連接下變頻器組，和參考信號一起產生本振信號；用于輻射的毫米波信號通過毫米波開關網絡并經由發射陣元輻射至空間中，探測波形采用寬帶步進頻率連續波。

進一步的，所述接收系統的接收機共有M個，M個接收陣元與M個接收機對應相連；各接收機包含N個并行接收通道，各通道采用超外差方式且結構完全相同。

進一步的，所述接收系統的接收信號依次通過限幅器、低噪聲放大器和濾波器后，分別與對應通道的本振信號混頻；產生本振信號的毫米波信號與參考信號一起經過下變頻器組，并行接入多級功率分配網絡；功率分配網絡將一組本振信號分成M路，并行地輸入各接收機中作為本振信號；中頻信號經過放大和濾波后，直接送入數字信號處理系統。