飞机无损检测系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及基于线性调频技术、超外差探测原理和全息成像原理的毫米波Ξ维成 像系统，具体地，设及飞机无损检测系统和方法。
【背景技术】
[0002] 无损检测是对飞机零部件及整体进行检测，其最重要的工作是发现结构中的缺陷 并评估其危险性，确定缺陷的位置、形状和走向，从而对结构的完整性进行有效评价。利用 毫米波Ξ维全息成像的飞机无损检测系统能够评价在役飞机的安全性和可靠性，对飞机关 键结构或飞机本身实施状态监测和寿命预报，因此对保障飞机安全、延长飞机使用寿命具 有重要意义。
[0003] 超声方法是探测复合材料缝隙的最常见的无损检测方法，在运种方法中，水用作 发送装置和样品之间的偶联剂，因此样品浸在水中，或者水在信号发射器和样品之间喷射。
[0004] 另一无损检测方法是声一超声方法，除了一些传感器单独地用于发送信号而另外 一些传感器用于接收信号之外，声一超声方法类似于超声方法。然而，两种传感器都位于样 品的同侧来探测反射的信号，运种方法比标准超声方法更能定量和便携。
[0005] 另一无损检测方法是声发射方法，其包含探测由受到应力的样品发射的声音。应 力能是机械的，但并非必须是机械的。事实上，在实际应用中，最常应用的是热应力。除了对 于证据充分和简单的形状(诸如圆筒形压力容器)W外，还不可能实现定量解释。
[0006] 热像方法(有时称为"红外热像方法"）是又一种无损检测方法，其探测被检测表面 上的相对溫度的差异，被检测表面上的相对溫度的差异是由内部缝隙的存在而产生的。因 此，热像能够识别那些缝隙的位置。然而，如果内部缝隙微小或远离表面，则它们可能不会 被探测到。在热像方法中，具有大体两个操作模式，即主动和被动操作模式。在主动操作模 式中，样品受到应力(经常是机械的且通常是振动的），并且所发射的热量被探测到。在被动 操作模式中，样品被外部加热，并且产生的热梯度被探测到。
[0007] 又一种无损检测方法是光学全息摄影术，其使用激光摄影术来给出称为"全息摄 影"的Ξ维图样。运种方法通过应用双重图像方法探测样品的缝隙，根据所述双重图像方 法，应力在拍摄图样的次数之间被引入样品，同时拍摄两张图样。运种方法的适用性已经受 限，原因在于需要将摄影机和样品与振动隔离。
[000引上述无损检测方法很大程度上受限于实验室分析，当前商用工业检测和维修方法 效率低，成本高并且不标准。再者，运些检测和维修方法在过去的20或30年中改变很少或没 有改变，并且也没有解决"老化飞机"的安全问题。W现状而言，飞机部件的检测限于敲击试 验、视觉检测、W及满流分析。此外，检测时间表主要根据铁事证据发展和更新，所有运些都 过于频繁地W航空灾难为基础。
[0009] 毫米波的频率为30GHz到300G化（波长从1mm到10mm)，在实际工程应用中，常把毫 米波的低端频率降到26GHz。在电磁波谱中，毫米波频率的位置介于微波与红外之间。与微 波相比，毫米波的典型特点是波长短、频带宽(具有很广阔的利用空间）W及在大气中的传 播特性。与红外相比，毫米波具有全天候工作的能力并且可用于烟尘，云雾等恶劣环境下。 在微波频段越来越拥挤的情况下，毫米波兼顾微波的优点，并且还具备低频段微波所不具 备的一些优点。
[0010] 具体来说，毫米波主要有W下几个特点：1、精度高，毫米波雷达更容易获得窄的波 束和大的绝对带宽，使得毫米波雷达系统抗电子干扰能力更强;2、在多普勒雷达中，毫米波 的多普勒频率分辨率高;3、在毫米波成像系统中，毫米波对目标的形状结构敏感，区别金属 目标和背景环境的能力强，获得的图像分辨率高，因此可提高对目标识别与探测能力4、毫 米波能够穿透等离子体;5、与红外激光相比，毫米波受恶劣自然环境的影响小;6、毫米波系 统体积小、重量轻，因此与微波电路相比，毫米波电路尺寸要小很多，从而毫米波系统更易 集成。正是运些独特的性质赋予了毫米波技术的广泛应用前景，尤其是在无损检测和安检 领域。
[0011] 在毫米波成像发展初期，毫米波成像系统都使用单通道的机械扫描体制，运种成 像体制结构简单但扫描时间比较长。为了缩短扫描时间，Millivision公司研制了 Vetal25 成像仪，该成像仪除发射扫描系统外，还具有8X8的阵列接收机制，但运种成像仪更适合于 室外大范围的远程监测，而且视场不到50厘米。Trex公司还研制了一套PMC-2成像系统，此 成像系统中的天线单元采用了 3mm相控阵天线的技术。PMC-2成像系统采用了中屯、频率为 84G化的毫米波，运种成像系统的工作频率由于接近太赫兹频段，因而成本较高。Loc化eed Madin公司也研制了一套焦平面成像阵列成像系统，其采用的毫米波的中屯、频率为94GHz。 TRW公司研制了一套被动的毫米波成像系统，此套系统采用的毫米波的中屯、频率为89G化。 Loc化eed Madin和TRW运两家公司的成像系统的视场都较小，通常也不到50厘米。
[0012] 现阶段在毫米波成像领域，毫米波成像研究成果主要集中在西北太平洋实验室 (Pacific No;rthwest 化tional LaboratoiT)。此实验室中的McMakin等人，开发了一套Ξ 维全息成像扫描系统，此套成像系统的扫描机制是基于圆柱扫描，并且运套系统已经实现 了毫米波成像系统的商业化。该成像系统采用的是主动成像机制，通过全息算法反演得到 目标的Ξ维毫米波图像。此项技术已经授权k3Communications和Save View有限公司，他 们生产出的产品分别用于车站码头等场所的安检系统中和试选服装之中。但是由于运种系 统采用了384个收发单元，因而成本始终没法降下来。目前西北太平洋实验室正致力于更高 频率的毫米波成像系统的开发研制。
[0013] 除上面介绍的实验室和公司外，在英国、美国等国家，也有很多的科研院所和企业 参与了毫米波成像技术的研究，如美国的陆军海军空军研究实验室和海军沿海基地等公司 W及Delaware, Arizona等大学、英国的Reading大学、Durham大学和F'arran公司等。
[0014] 除英美国之外，德国的微波与雷达研究所(Microwave and Radar Institute)和 德国的航空中屯、(German Aerospace Center)也有参与毫米波成像技术的研究。澳大利亚 的ICT中屯、，日本的肥C公司等都有相关毫米波成像研究成果的报道。但是，运些单位的毫米 波研究要么处于实验室阶段，要么研制出的产品价格非常高昂，或者检测的视场较小。
[0015] 因此，需要一种价格低、视场大的毫米波Ξ维成像检测系统来实现对飞机的无损 检测。
【发明内容】
[0016] 本发明的目的在于提供一种结构简单、分辨率高、成像时间短的飞机无损检测系 统。
[0017] 根据本发明的一个方面，提供了一种飞机无损检测系统，包括:发射天线，用于向 被测飞机发送毫米波发射信号;接收天线，用于接收从被测飞机返回的回波信号;毫米波收 发模块，用于生成发送给被测飞机的毫米波发射信号并接收和处理来自接收天线的回波信 号；扫描装置，用于固定并移动毫米波收发模块、发射天线和接收天线;数据采集和处理模 块，用于采集和处理从毫米波收发模块输出的回波信号W生成被测飞机的Ξ维图像；W及 图像显示单元，用于显示由数据采集和处理模块生成的Ξ维图像。
[0018] 进一步地，扫描装置包括:两块平面检测面板，用于支撑毫米波收发模块、发射天 线和接收天线，被测飞机置于两块平面检测面板之间;两对导轨，分别设置在每块平面检测 面板的两侧，毫米波收发模块、发射天线和接收天线沿导轨上下移动；W及电机，用于控制 毫米波收发模块、发射天线和接收天线沿导轨的上下移动。
[0019] 进一步地，在每块平面检测面板上设置N个毫米波收发模块、N个发射天线和N个接 收天线，每一个毫米波收发模块对应一个发射天线和一个接收天线，N个毫米波收发模块并 排设置W形