一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像系统

摘要

本发明涉及一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像系统，包括：天线阵列圆盘支架、滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、伺服控制模块、频率合成模块、发射模块、1个发射天线阵列、1个接收天线阵列、接收模块、延时模块、信号处理模块和显控模块，其中伺服控制模块控制电机的驱动轴以正弦曲线的速率转动并且控制和检测天线阵列圆盘支架的旋转角度，使其从0到300度旋转，发射天线阵列辐射射频信号到目标的表面并经其反射被接收天线阵列接收，经接收模块对回波信号处理以形成中频回波信号且发给信号处理模块，在其中进行三维成像处理，得到三维图像数据并传输到显控模块。其有益效果：设计简单、成本低、图像质量高、分辨率高且成像时间短。

主权项

一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像系统，其包括：滑轨、驱动圆盘、2个金属支杆、天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、频率合成模块、发射模块、1个发射天线阵列、1个接收天线阵列、接收模块、延时模块、信号处理模块和显控模块，其中：天线阵列圆盘支架包括可旋转的中心轴和由该中心轴带动旋转的金属圆形盘；滑轨的弧度为300度，其直径与天线阵列圆盘一致；驱动圆盘与天线阵列圆盘一样大，2个金属支杆以相对且在一条直线上的方式安装在天线阵列圆盘和驱动圆盘的边缘两端，金属支杆的一端固定到天线阵列圆盘的边缘，另一端固定到驱动圆盘的边缘，该驱动圆盘的底部边缘处安装有3‑10个之间的任意个滑轮，该滑轮位于滑轨上；伺服控制模块用于控制交流伺服电机的驱动轴以正弦曲线的速率转动并且控制和检测天线阵列圆盘支架的旋转角度，使其从0到M度顺时针旋转,260≤M≤300度，其包括：伺服机构、测量反馈机构和伺服控制器，其中：伺服机构包括交流伺服电机（1）、电机驱动器（2）、电源适配器（3）、减速器（4）和皮带轮（5）；交流伺服电机主轴通过法兰盘连接减速器，减速器驱动皮带轮运动，皮带轮同驱动圆盘相连，驱动安检门天线阵列圆盘支架完成各种功能运动，交流伺服电机由电机驱动器直接控制，电机驱动器连接电源适配器实现交直流转换为电机系统提供电源并实现保护功能；测量反馈机构包括光栅尺（7）、光电开关（8），光栅尺（7）安装于天线阵列圆盘支架主轴上，光栅尺（7）读数头固定于天线阵列圆盘支架并随框架转动产生编码信号脉冲从而测量天线阵列圆盘支架旋转的角度信息，光电开关（8）安装于天线阵列圆盘支架（6）顶部与角度指示圆盘相接触，可实现中心零位和极限位置的指示；伺服控制器包括：交互通信模块、信号采集模块、自检校正控制模块以及伺服机构的扫描曲线控制模块；交互通信模块分为两部分：一部 分完成同信号处理分机的通信，接收其下发的指令信号并反馈当前伺服系统状态信息；另一部分完成与电机驱动器的通信，对伺服执行机构实施控制；其中，信号采集模块处理光栅的正交编码脉冲信号以及光电开关信号；自检校正控制模块完成信号处理分机下发的自检校正指令；扫描曲线控制模块完成信号处理分机下发的扫描工组指令；交流伺服电机使该驱动圆盘沿着滑轨转动，从而带动天线阵列圆盘转动；频率合成模块用于产生基准时钟并将其发送给信号处理模块、和接收信号处理模块的控制命令以产生宽带发射信号和射频本振信号，并且将宽带发射信号发送给发射模块和将射频本振信号发送给延时模块，其包括：用于产生宽带发射信号的高速直接频率合成器、用于将宽带发射信号倍频到所需频段的倍频器、用于产生射频本振信号的混频器、用于产生基准时钟的晶振；发射模块用于对来自频率合成模块的宽带发射信号进行功率放大和波形调制，并将其发送给发射天线阵列，其包括用于功率放大的固态功率放大器和用于波形调制的发射波形调制器；发射天线阵列，用于辐射射频信号，该发射天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路发射通道，该发射天线阵列有N路电开关以控制发射通道的分时工作，即开通和关断，其中64≤N≤256；接收天线阵列，用于接收回波信号，该接收天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路接收通道，该接收天线阵列有N路电开关以控制接收通道的分时工作，即开通和关断，其中64≤N≤256；延时模块用于对接收到的射频本振信号进行精确延时以使其相位与从目标的中心表面反射的射频回波信号的相位一致，并将延时的射频本振信号发送给接收模块；接收模块包括用于功率放大的低噪声功率放大器、用于滤波的滤波器和用于将射频回波信号变换到中频回波信号的混频器，其中低噪声功率放大器将接收到的射频回波信号的功率放大至与接收到的射频本振信号的功率近似相等或者在同一数量级，该滤波器对经功率放大的射频回波信号进行滤波，混频器将经过功率放大和滤波的射频回波信号和接收 到的射频本振信号进行混频以将该射频回波信号变换到中频回波信号并将其传输给信号处理模块；信号处理模块用于产生指示频率合成模块产生各种信号的控制命令、根据基准时钟产生成像装置的工作时序、对中频回波信号进行采样和数字下变频，进行三维成像处理，获取目标的三维图像数据并将其传输到显控模块，其包括：用于对中频回波信号进行采样的高速模数转换器、用于对采样后的数字中频回波信号进行下变频的可编程逻辑器件、用于对经数字下变频的回波数据进行三维成像处理的数字信号处理器、存储器、用于将三维图像数据高速发送给显控模块的光电转换器；显控模块用于将接收到的三维图像数据实时显示成三维图像。