[實用新型]外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統

有效

• 申請號: 201720634522.6
• 申請日: 2017-06-02
• 公開（公告）號: CN206832995U
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 張曉璇;常天英;崔洪亮
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89
• 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外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統。

背景技術

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)、德國應用科學研究所(FGAN-Research Institute)、中國工程物理研究院、中國科學院電磁輻射與探測技術實驗室、首都師范大學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并取得了很大進展。但他們設計的太赫茲三維成像采用雙天線(一個天線發射信號、一個天線接收信號)，除電子器件外，還需要光學元件，比如分光鏡等，搭建光路系統，因此，系統結構復雜，成本較高，集成困難，不適合工程實際應用；而且，由于僅僅將點頻源和線性掃頻源等信號源實現外差式相參，其他有源器件(如功率放大器、倍頻器)均未實現相參，從而系統穩定性缺乏足夠保障。除此之外，系統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計的中心頻率為140GHz，帶寬為5GHz的三維成像系統，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，需要一種系統結構簡單，采用單天線，且不附加光路系統的純電子器件結構、帶寬中心頻率比大、穩定性好、分辨率高的外差式全相參太赫茲三維成像系統。

實用新型內容

本實用新型為了解決上述問題，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，本實用新型基于太赫茲科學、線性調頻測距原理和超外差技術，設計硬件電路產生、接收太赫茲超寬帶發射信號并保障整體電路元件相參，實現對被測對象高分辨率、清晰可靠的三維成像。

為了實現上述目的，本實用新型采用如下技術方案：

一種外差式全相參太赫茲三維高分辨率成像的系統，包括X-Y二維掃描平臺、太赫茲線性調頻波發射模塊、太赫茲線性調頻波接收模塊、收發共用透鏡天線、信號全相參模塊、數據采集和處理模塊、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；

所述太赫茲線性調頻波發射模塊產生射頻信號發送給被測對象；

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

所述收發共用透鏡天線向被測對象發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；

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

所述圖像處理模塊根據所有處理后的數據構建三維圖像，并利用圖像處理技術使更清晰；

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，所述太赫茲線性調頻波發射模塊、太赫茲線性調頻波接收模塊與數據采集和處理模塊均經信號發生器輸出的脈沖信號同步硬件外部觸發后開始工作。

進一步的，所述太赫茲線性調頻波發射模塊包括第一信號源、K波段線性掃頻源、功分器、第一混頻器、第一功率放大器、二倍頻器、第一三倍頻器、第一定向耦合器和第二定向耦合器，所述第一信號源連接第一混頻器的本振端，所述K波段線性掃頻源經過功分器連接第一混頻器的中頻端，第一混頻器的射頻輸出端依次連接有第一功率放大器、二倍頻器、第一三倍頻器、第一定向耦合器和第二定向耦合器。

進一步的，所述太赫茲線性調頻波接收模塊包括第二信號源、所述K波段線性掃頻源、功分器、第二混頻器、第二功率放大器、第二三倍頻器、第三定向耦合器、第一次諧波混頻器、第一帶通濾波器和第一低噪聲放大器，所述第二信號源連接第二混頻器的本振端，所述K波段線性掃頻源經過功分器連接第二混頻器的中頻端，第二混頻器的射頻輸出端依次連接有第二功率放大器、第二三倍頻器和第三定向耦合器，所述第一次諧波混頻器本振端接收第三定向耦合器的輸出信號和射頻端接收所述第二定向耦合器的輸出信號，中頻輸出端依次連接第一帶通濾波器和第一低噪聲放大器。

進一步的，所述第一信號源和第二信號源均為點頻信號源。

進一步的，所述信號全相參模塊使得太赫茲線性調頻波發射模塊和太赫茲線性調頻波接收模塊實現相干。