专利名称：一种近程高分辨率探测成像装置的制作方法
技术领域：
一种近程高分辨率探测成像装置技术领域[0001]本实用新型涉及一种探测成像装置，尤其涉及一种近程高分辨率探测成像装置。
背景技术：
[0002]近程探测成像装置可用于穿透障碍物的目标跟踪定位、探地勘察、废墟搜救、警戒安检等用途。提高其成像分辨率和成像速度、增大其探测范围、降低其成本和实现难度，一直是设计中面临的主要难点问题。装置的成像分辨率取决于探测信号的有效带宽，有效带宽越大，分辨率越高。因此，采用宽带信号作为探测信号进行成像，可以获得较高的分辨率。目前，国内外学者提出的实现方案主要有以下几种方式:[0003]发射信号采用宽带冲击脉冲信号，仪器逻辑结构简单，容易实现小型化设计，但信号瞬时带宽很大，接收端需采用宽频带高速采样系统对极窄脉冲信号进行AD转换，实现难度较大、成本较高。[0004]发射信号采用步进频率信号获得大的有效带宽，信号瞬时带宽较小，接收端无须采用宽带高速采样系统，显著降低了对硬件的要求，但其存在与频率步进长度成反比的最大无模糊距离，探测范围受到较大限制。[0005]发射信号采用线性调频信号，接收端使用相关接收机进行时域脉冲压缩获得大的时宽带宽积，可以解决增大探测距离与提高距离分辨率之间的矛盾，实现对远程目标如飞机等的精确探测跟踪，但其接收端硬件系统仍须具有较大的瞬时带宽，也需要宽频带高速采样系统对信号进行AD转换。近程成像装置要求的距离分辨率通常更高，接收端的瞬时带宽会更大，甚至达几GHz，若直接采用该方案，实现难度将更大，成本也较高。实用新型内容[0006]本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种近程高分辨率探测成像方法及装置，它具有在保证成像分辨率和探测范围的基础上，提高其成像速度，降低其实现难度和成本的优点。[0007]为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:[0008]一种近程高分辨率探测成像装置，它包括线性调频源，线性调频源分别与发射天线阵列和混频器阵列相连，所述发射天线阵列与接收天线阵列相配合，所述接收天线阵列通过低噪声放大器阵列与混频器阵列相连，所述混频器阵列与多路数据采集模块相连，所述多路数据采集模块与信号处理与成像模块相连。[0009]所述线性调频源与混频器间还设有延时单元。[0010]所述发射天线阵列与接收天线阵列采用I发多收的天线阵列。[0011]一种基于近程高分辨率探测成像装置的探测成像方法，具体步骤为:[0012]步骤一:确定探测区域，传播介质的介电常数及成像分辨率，线性调频源输出两路调频信号，一路作为发射信号经发射天线阵列辐射，另一路被作为本振信号输出至混频器阵列；[0013]步骤二:确定第i组收发天线对对应相应点的传播路径Ii (A)及探测区域每一点相对每组收发天线对的信号传播时间\ (A)，将\ (A)存储到高速存储器；步骤三:接收天线阵列接收探测目标反射的回波信号，输出至混频器阵列，与步骤一中所述的本振信号经混频器阵列混频得到中频信号；步骤四:对混频器阵列中的每个混频器输出的中频信号处理得到其频谱，并将第i个混频器的频谱记为Si ( Λ f)，并根据混频器输出中频信号的频谱得到目标散射信号的时延谱 Si(At)；步骤五:判断环境参数和成像分辨率是否发生调整，如果环境参数和成像分辨率发生改变则返回步骤一，如果环境参数和成像分辨率未改变则判断是否需要对环境背景成像，如果需要对背景成像则执行步骤六，如果需要对目标信号成像则执行步骤七；步骤六:去除目标信号，保留背景信号，然后计算Si(At)对应的后向散射信号幅度值，计算L个收发天线对的后向散射信号的幅度值，并进行相干叠加得到PBGtrtal(A)，将其存储至高速存储器；步骤七:提取目标信号，然后计算Si ( Λ t)对应的后向散射信号幅度值，计算L个收发天线对的后向散射信号的幅度值，进行相干叠加后得到Ptotal(A)，再与存至高速存储器的PBGttrtal㈧叠加后得到最终的探测区域的成像，得到探测目标的位置信息。所述步骤二的具体步骤为:(2-1)确定第i组收发天线对对应M*N个点的传播路径Ii(A)，探测区域长为M点，宽为N点，收发天线对的数目为L，则需M*N*L组运算，探测区域任意一点A相对于第i组收发天线对的传播路径记为Ii(A)； (2-2)根据步骤(2-1)中的传播路径，确定探测区域每一点相对每组收发天线对的信号传播时间，并将每组收发天线对的信号传播时间h (A)存储到高速存储器；。ti(A) = Ii(A)A￥ = c/-Je~所述步骤四的具体步骤为:根据混频器输出中频信号的频谱Si ( Λ f)，并利用公式:Δ t-tdj = ( Δ f/B).T0 = (T0/B).Δ fAf= (Β/Τ0).( Δ t-tdj)得到目标散射信号的时延谱Si (At)，其中，B为宽带线性调频信号的带宽，tdi为线性调频源与第i个混频器间延时单元的延迟时间。所述步骤五中成像分辨率的计算步骤为:根据探测距离的不同，分段计算探测信号的有效带宽并确定不同探测区域的成像分辨率，目标回波信号相对于发射信号的延迟时间At、目标距离R与探测信号的有效带宽的关系如下:氣=Β( -~-Α / ())=Β(1——) (d- =0Be = B (1- ( Δ t-tdi)/T0)，tdi # OAt = 2R/v[0034]所述探测信号有效带宽Be与目标距离分辨率Ar的关系如下:Ar = v/2Be。所述步骤六的具体步骤为:(6-1)去除目标信号仅保留环境背景信号得到时延谱SiM(At),然后读取存储在高速存储器的信号传播时间\(Α)，将每个\(Α)时间点对应的SiM(At)幅值赋给P^bg(A);
权利要求1.一种近程高分辨率探测成像装置，其特征是，它包括线性调频源，线性调频源分别与发射天线阵列和混频器阵列相连，所述发射天线阵列与接收天线阵列相配合，所述接收天线阵列通过低噪声放大器阵列与混频器阵列相连，所述混频器阵列与多路数据采集模块相连，所述多路数据采集模块与信号处理与成像模块相连。
2.如权利要求1所述一种近程高分辨率探测成像装置，其特征是，所述线性调频源与混频器间还设有延时单元。
3.如权利要求1所述一种近程高分辨率探测成像装置，其特征是，所述发射天线阵列与接收天线阵列采用I发多收的天线阵列。
专利摘要本实用新型公开了一种近程高分辨率探测成像装置，该装置中，线性调频源7输出宽带线性调频信号至发射天线阵列6作为发射信号，同时也输出至混频器阵列3作为本振信号，接收天线阵列5收到目标回波信号后经LNA阵列4放大并输出至混频器阵列3。混频器阵列3将目标回波信号与本振信号混频得到中频信号，然后经多路数据采集模块2完成AD转换并输出至信号处理与成像模块1。本实用新型采用宽带线性调频信号作为探测信号，并对较远距离的探测采取延迟本振信号进行混频的措施，保证了整个探测区域的成像分辨率，而且探测范围不受最大无模糊距离的限制。只须对中频信号进行数据采集，无须宽频带高速采样系统，降低了数据采集部分的实现难度。
文档编号G01S13/89GK203069780SQ20132010974
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者王丰贵, 杨传法, 杨秀蔚, 崔洪亮, 成巍, 王忠民 申请人:山东省科学院自动化研究所