一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统成像的方法

摘要

本发明涉及一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统成像的方法，其包括：天线阵列圆盘支架在电机驱动下旋转，发射天线阵列发射射频信号道目标的表面并反射被接收天线阵列接收后发给接收模块，延时模块将接收到的射频本阵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，然后将该延时的射频本阵信号发送给接收模块，接收模块将接收到的射频回波信号进行处理后形成中频回波信号并传输给信号处理模块，数字信号处理器奖所有回波数据并进行三维成像处理并且以光信号的方式将毫米波三维图像数据发送给显控模块以在其上显示三维图像。

主权项

一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统成像的方法，该毫米波成像系统包括：天线阵列圆盘支架、伺服控制模块、频率合成模块、发射模块、发射天线阵列、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，电机驱动该中心轴旋转；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，100≤M≤170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，皮带轮同天线阵列圆盘支架相连，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；频率合成模块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、用于产生射频本阵信号的混频器、用于产生基准时钟的晶振；发射模块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；发射天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路发射通道，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；接收天线阵列有N个天线单元，每个天线单元对应一路接收通道，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；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；信号处理模块包括：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；该成像方法包括：第一步：成像系统上电，各模块进行初始化设置和自检，并进行发射天线阵列和接收天线阵列的收发通道以及辐相特性校正；第二步：伺服控制模块开始控制电机的驱动轴以一种正弦曲线的速率转动，从而带动天线阵列圆盘支架旋转，并且伺服控制模块控制和测量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，100≤M≤170度；第三步：频率合成模块产生基准时钟并将其发送给信号处理模块、接收到信号处理模块的控制命令以产生宽带发射信号和射频本阵信号，并且将宽带发射信号发送给发射模块和将射频本阵信号发送给延时模块；第四步：发射模块将宽带发射信号进行功率放大和波形调制并发送给发射天线阵列；第五步：信号处理模块接收到基准时钟后产生一个工作时序，由此控制发射和接收天线阵列的N个天线单元中的第i个发射和接收通道开启以及其余的发射和接收通道关断，由发射天线阵列的第i个天线单元向外辐射宽带发射信号，其中1≤i≤N，64≤N≤256；第六步：该宽带发射信号到达目标的表面并反射到接收天线阵列并由其第i个天线单元接收到该射频回波信号并将其发送给接收模块；第七步：延时模块将接收到的射频本阵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，然后将该延时的射频本阵信号发送给接收模块；第八步：接收模块中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阵信号的功率近似相等或者在同一数量级，接着该接收模块中的滤波器对经功率放大的射频回波信号进行滤波，然后混频器将经过功率放大和滤波的射频回波信号与接收到的射频本阵信号进行混频以将该射频回波信号变换到中频回波信号，最后再将该中频回波信号传输给信号处理模块；第九步：该信号处理模块中的高速模数转换器对输入的中频回波信号进行采样，将其转换为数字回波信号并发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件将数字回波信号下变频到基带信号并将其保存到存储器中；第十步：重复步骤三至步骤九，直到将N个通道的经下变频的数字回波数据保存到存储器中，由此完成天线阵列圆盘支架在0度位置时通过天线阵列扫描得到的回波数据；第十一步：天线阵列圆盘支架每旋转0.2度至1度之间的任一角度，天线阵列扫描一次目标，重复步骤三至步骤十，直到天线阵列圆盘支架旋转到M度，可编程逻辑器件将扫描得到的N个通道的数字回波信号下变频到基带信号并将其保存到存储器中；第十二步：数字信号处理器从存储器中读取所有回波数据并进行三维成像处理，其中采用公知的图像处理方法来处理回波数据，得到毫米波三维图像数据；第十三步：数字信号处理器将该毫米波三维图像数据发送给光电转换器，由此将电信号转换为光信号，并且以光信号的方式将毫米波三维 图像数据发送给显控模块；第十四步：该显控模块将毫米波三维图像显示在屏幕上。