[發明專利]距離補償的多輸入多輸出陣列毫米波三維成像裝置及方法

有效

• 申請號: 201810798408.6
• 申請日: 2018-07-19
• 公開（公告）號: CN108761452B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 常天英;王忠民;崔洪亮
• 申請（專利權）人: 山東省科學院自動化研究所
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/42
• 代理公司: 濟南圣達知識產權代理有限公司 37221
• 代理人: 李圣梅

本發明公開了距離補償的多輸入多輸出陣列毫米波三維成像裝置及方法，包括：單通道發射機，所述單通道發射機產生線性調頻的毫米波信號，傳輸給二維天線陣列和多通道接收機；二維天線陣列包含二維平面分布的發射天線和接收天線，發射天線向自由空間輻射毫米波信號，接收天線接收目標物的散射回波信號；多通道接收機含有若干個相同的接收機通道，每個通道的接收機對來自單通道發射機的線性調頻毫米波信號和來自接收接收天線的回波信號進行正交下變頻處理，得到回波信號的幅度信號和相位信號，傳輸給數據處理系統；數據處理系統利用回波信號的幅度信息和相位信息，利用距離補償實現目標物的圖像重建。

技術領域

本發明涉及毫米波成像技術領域，特別是涉及距離補償的多輸入多輸出陣列毫米波三維成像裝置及方法。

背景技術

頻率在30GHz～300GH范圍內的毫米波憑借其穿透性好、成像分辨率高、非電離輻射等優良特性，特別適合應用在人體安檢、無損探測、醫學診斷等領域。相關的毫米波三維成像裝置及方法，成為當前的研究熱點。

為了重建目標物的三維圖像，需要使用二維天線陣列。天線陣列拓撲結構包括單基結構和多基結構兩種。在單基結構中，同一時刻只有一對位置相同的發射天線和接收天線工作，使用電掃描或者機械掃描的方式形成二維天線陣列。為了獲得高質量圖像，需要采用大孔徑，掃描時間和數據采集時間很長，導致成像速度非常慢。在多基結構中，采用MIMO(多輸入多輸出)陣列天線，發射天線和接收天線位于不同的位置，多個發射天線順次或者同時發射毫米波，多個接收天線同時接收目標物的散射或者反射回波。多基陣列可以顯著提高成像速度，減少等效天線數量。

當前，針對毫米波成像技術的研究，主要集中在單基結構方面。針對采用MIMO陣列天線的多基結構的研究，多數處于圖像重建方法的理論研究階段。并且，現有的針對MIMO陣列的毫米波三維圖像重建方法，為了實現回波信號指數項相位信息的線性化，以及系數項的常數化，需要忽略與距離向傳播損耗有關的距離信息，導致不同距離向位置的目標物重建圖像質量差異較大。

發明內容

為了解決現有技術的不足，本發明的目的之一是提供了距離補償的多輸入多輸出陣列毫米波三維成像裝置，利用單通道發射機、發射電子開關、多通道接收機、接收電子開關、數據處理系統和二維天線陣列組成了MIMO陣列毫米波成像裝置，提高了成像速度，降低了等效天線數量。

距離補償的多輸入多輸出陣列毫米波三維成像裝置，包括：

單通道發射機，所述單通道發射機產生線性調頻的毫米波信號，傳輸給二維天線陣列和多通道接收機；

所述二維天線陣列包含二維平面分布的發射天線和接收天線，發射天線向自由空間輻射毫米波信號，接收天線接收目標物的散射回波信號；

所述多通道接收機含有若干個相同的接收機通道，每個通道的接收機對來自單通道發射機的線性調頻毫米波信號和來自接收接收天線的回波信號進行正交下變頻處理，得到回波信號的幅度信號和相位信號，傳輸給數據處理系統；

所述數據處理系統利用回波信號的幅度信息和相位信息，利用距離補償實現目標物的圖像重建。

進一步優選的技術方案，所述單通道發射機與二維天線陣列之間設置有發射電子開關，所述多通道接收機與二維天線陣列之間設置有接收電子開關；

所述發射電子開關為開關陣列，等效為單刀多擲開關，發射電子開關的輸出端連接二維天線陣列的所有發射天線；

所述接收電子開關為開關陣列，等效為多路選擇開關，接收電子開關按照每次向多通道接收機傳輸回波信號的方式，將所有接收天線的回波信號傳輸給多通道接收機。

進一步優選的技術方案，所述多通道接收機含有與接收電子開關輸出通道數量相同的接收機通道。