椭球面被动毫米波成像系统的制作方法

本发明涉及毫米波成像领域，具体涉及一种椭球面被动毫米波成像系统。

背景技术：

任何物体都不停地向外辐射电磁波，被动毫米波成像技术是利用毫米波辐射计探测、接收被测目标和背景的电磁辐射，根据不同物质的辐射特性不同，识别不同的物体。被动毫米波成像系统是一种新型的无源探测系统，它利用毫米波辐射计(一种高灵敏度毫米波接收机)接收来自目标、背景的毫米波辐射，将其转变为电压信号，由信号处理单元进行分析，最终给出直观的毫米波成像图，来反映各景物之间以及景物各部分之间辐射能力的差异，以实现对目标的识别和探测功能。现有系统主要存在着成像实时性不强，图像分辨率不高等问题；现有被动毫米波成像系统多采取龙伯透镜或正馈椭球面天线进行聚焦，这两种方法存在着一定的缺陷，龙波透镜材质为聚四氟乙烯，电磁波从中透射，会产生一定程度的衰减，而金属正馈椭球面天线，其发射与接收装置位于椭球面的两个焦点处，同时也位于电磁波的传输路径中，产生遮挡，导致了传输效果的减弱。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：为解决以上问题提供一种成像更迅速，实时性更强，像素点更多，成像更加清晰，效果更好的椭球面被动毫米波成像系统。

本发明所采用的技术方案是这样的：

椭球面被动毫米波成像系统，包括毫米波辐射计阵列、校准系统、准光系统、数据采集系统、计算机处理系统、测试背景以及被测目标。

进一步地，所述的毫米波辐射计阵列由70支8mm毫米波辐射计以及与其配套的弯波导与介质棒天线组成，由介质棒天线接收信号、弯波导传输和毫米波辐射计处理，输出电压值；还包括毫米波辐射计框架，用于固定70支8mm毫米波辐射计。

进一步地，所述毫米波辐射计框架采用三排设计，第二排相较第一排延后1/3口径，第三排相较第二排延后1/3口径。

进一步地，所述介质棒天线长度为30mm，其后接矩形槽带有法兰盘，与弯波导连接。

进一步地，采用三种不同长度的弯波导分别应用于毫米波辐射计框架固定的毫米波辐射计中，弯波导两侧均为法兰盘，能够连接介质棒天线和毫米波辐射计。

进一步地，所述校准系统由高温校准源机械臂、低温校准源机械臂以及与两机械臂配套的步进电机组成，所述校准源为长方形铜板通过机械臂与步进电机连接，其中高温源需配置加热片以及温度控制装置。

进一步地，所述步进电机能够控制机械臂在0°-90°的范围内运动，有延迟功能，校准系统工作时，两机械臂交替工作。

进一步地，所述准光系统由反射板、椭球面天线以及与反射板配套的电机组成，入射电磁波经由反射板反射至椭球面天线，经椭球面 天线聚焦后，被毫米波辐射计阵列接收。

进一步地，所述反射板结构为1m×1m的正方形铁板；所述椭球面天线采用口径为1200mm的偏馈椭球面天线。

进一步地，所述数据采集系统主要为数据采集电路板，其与毫米波辐射计阵列之间通过同轴电缆连接，其与计算机处理系统之间通过双绞线电缆连接；所述毫米波辐射计阵列输出电压经传输线传递给数据采集电路板，经打包处理后，传递给计算机处理系统。

进一步地，所述数据采集电路板由转接头，晶振和A/D组件组成。

进一步地，所述的测试背景采用1.5m×2m的FR4介质板，其表面贴附1cm厚的吸波材料。

进一步地，被测目标主要为人体。

综上所述，由于采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

本发明采用了70通道的毫米波辐射计阵列单元和新颖的图像处理程序，从根本上增加了像素点的数量，达到了提高分辨率的目的，内置校准系统，拥有国际领先的校准算法，使70支毫米波辐射计阵列的一致性更强，线性度更高，成像效果更好；同时，本发明中的数据采集模块采用了大规模集成，采集间隔极短的电路板，成像速率达到20幅/分钟，极大的提高了被动毫米波成像系统的成像速率，将系统的实时性提高到了一个新的高度；此外，本发明首次提出了偏馈椭球面天线，该项改进能够使得在椭球面反射电磁波的过程中，位于椭球面两焦点处的发射与接收装置不会产生遮挡，能够减少电磁波传输 过程中的损耗。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明毫米波辐射计阵列中的毫米波辐射计电路示意图。

具体实施方式

为进一步说明本发明的特征和结构，以下结合附图和实例对本发明作进一步的详细说明。

如图1所示，椭球面被动毫米波成像系统，包括毫米波辐射计阵列、校准系统、准光系统、数据采集系统、计算机处理系统、测试背景以及被测目标。

所述毫米波辐射计阵列模块，其主要由毫米波辐射计阵列框架(1-1)、70支8mm长毫米波辐射计(1-4)以及与其配套的波导(1-2)与介质棒天线(1-1)，8mm长毫米波辐射计(1-3)由接收天线、毫米波段高增益低噪声放大器、高灵敏度平方律检波器、低通滤波器和低频放大器组成(如图2所示)。

设计优势：直接检波型毫米波辐射计(1-4)优点为：系统噪声温度低且不需要本振，同时，直流功耗低、结构简单、体积小，在系统积分时间短、集成化要求高；而介质棒天线(1-1)具有宽频带，低副瓣，低互耦，低交叉极化，通过改变长度而不是横截面来改变天线增益等特点。毫米波辐射计阵列能够灵敏的接收偏馈椭球面天线(3-2)反射的电磁波，提升成像质量。

所述校准系统由高温校准源机械臂(2-1)、低温校准源机械臂 (2-1)以及与两机械臂配套的步进电机(2-2)组成，所述校准源为长方形铜板通过机械臂(2-1)与步进电机(2-2)连接，其中高温源需配置加热片以及温度控制装置。

设计优势：校准系统通过高温和低温校准源机械臂(2-1)覆盖辐射计阵列接收电磁波范围，将其在覆盖时刻接收到的电压输出值传输给计算机成系统(5)，经算法处理，将结果应用于计算机成像系统(5)，有效的解决了毫米波辐射计阵列的不一致问题，并且使毫米波辐射计(1-4)具有更高的线性度。

所述准光系统，其主要由椭球面天线(3-2)和反射板(3-1)以及与反射板配套的伺服电机(3-3)组成，被测目标(7)发射的毫米波信号经反射板(3-1)反射，传递到偏馈椭球面天线(3-2)的第一焦点处，再经由椭球面天线反射，汇聚于椭球面第二焦点处。

设计优势：椭球面天线(3-2)采用偏馈椭球面天线，该项改进能够使得在椭球面反射电磁波的过程中，位于椭球面两焦点处的发射与接收装置不会产生遮挡，能够减少电磁波传输过程中的损耗，此外，反射板(3-1)能够起到反射电磁波的作用，该设计能够改变电磁波的传播方向折叠光路，使被测目标可以位于系统正前方。反射板的转速能够达到20转/分钟，实时性得到了极大的提升。

所述数据采集模块和计算机成像系统(5)。毫米波辐射计阵列(1)接收电磁波输出电压值，通过传输线(4-2)被数据采集系统接收，经压缩打包，传送至计算机成像系统(5)，经计算机系统(5)解压缩，进行算法处理，最终形成图像。

设计优势：本发明中的数据采集模块采用了大规模集成，采集间隔较小的电路板(4-1)，成像速率达到20幅/分钟，极大的提高了被动毫米波成像系统的成像速率，将系统的实时性提高到了一个新的高度；计算机成像系统(5)采取新颖的算法处理，成像速度快，图像清晰。

本发明工作过程分为校准状态和成像状态，首先进行校准工作，校准系统校准毫米波辐射计阵列，校准完成后，进入成像工作状态，被测目标(7)发射电磁波，经由反射板(3-1)，偏馈椭球面天线(3-2)，由毫米波辐射计阵列接收，毫米波辐射计阵列的输出电压传输给数据采集系统，进过处理由计算机成像系统(5)接收并处理；反射板(3-1)在一定角度范围扫描，采集被测目标不同位置所发射的电磁波，多组数据组合成像。其中被测目标(7)后方为测试背景(6)，其采用1.5m×2m的FR4介质板，其表面贴附1cm厚的吸波材料，该设计中的吸波材料能够有效的减少电磁波的反射，进一步提升系统的灵敏度。

设计优势：本发明成像更迅速，实时性更强；采用70支毫米波辐射计阵列构成采样核心器件，像素点更多，成像更加清晰；内置校准系统，拥有国际领先的校准算法，使用70支毫米波辐射计阵列的一致性更强，线性度更高，成像效果更好。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。