一种基于阵列探测的太赫兹频段接收端孔径编码成像雷达装置的制作方法

本发明涉及一种成像雷达装置，尤其涉及一种基于阵列探测的太赫兹频段接收端孔径编码成像雷达装置。

背景技术：

目前，常规的太赫兹孔径编码成像系统主要采用发射端孔径编码方式和接收端单点探测方式，在发射端采用孔径编码天线对太赫兹发射信号进行多次编码调制产生时空二维随机起伏分布的辐射场，在接收端采用点探测器对目标后向散射回波进行时序多次采样接收，建立成像数学模型，再通过计算求解实现对目标的高分辨成像。

相关研究包括，2016年，东南大学研究人员提出的一种基于透射式2bit可编程超表面的适用于微波频段的单传感器、单频成像技术，该技术利用计算机驱动可编程超表面产生“0”和“1”的随机编码，在发射端对入射波束进行多次随机调制，采用点探测器时序多次探测目标的后向散射回波。2016年，国防科技大学研究人员提出了一种太赫兹频段孔径编码高分辨近距凝视成像装置(专利公开号cn105403889a)，该装置在发射端采用电控次反射面同时加载孔径编码随机移相因子和透镜相位调制因子，对入射太赫兹波进行孔径编码和指向控制，实现对目标的非机械扫描，接收端采用点探测器对目标后向散射回波进行时序多次采样接收。上述成像体制会导致太赫兹发射信号辐射场能量的弥散，缩短装置的有效作用距离，且需要采样时间积累，难以实现对高速运动目标的快拍成像。

技术实现要素：

现有的太赫兹孔径编码成像装置通常采用发射端孔径编码方式多次改变辐射场的传播特性形成时空二维随机起伏的辐射场，这会导致太赫兹辐射场能量的弥散，缩短装置的有效作用距离，且需要孔径编码天线具有编码模式实时快速切换的能力，会加大器件实现难度与成本。而在接收端则采用点探测器对目标后向散射回波进行时序多次采样接收，需要采样时间积累，对高速运动目标难以实现快拍成像。针对现有技术存在的上述缺陷，本发明目的在于提供一种基于阵列探测的太赫兹频段接收端孔径编码成像雷达装置，其通过采用准光透镜对太赫兹发射信号进行聚束和对目标后向散射回波进行收集，并采用接收端编码方式代替常规的发射端编码方式，可有效增加装置的作用距离。同时，孔径编码天线只需实现单次编码，无需具备实时快速切换能力，可大大降低器件实现难度与成本。此外，在接收端采用阵列探测器代替常规点探测器，可实现空间采样取代时间采样，无需采样时间积累，可有效提高装置的成像速率，对高速运动目标实现单次快排成像。

为实现本发明之目的，采用以下技术方案予以实现：

一种基于阵列探测的太赫兹频段接收端孔径编码成像雷达装置，包括控制与处理终端、太赫兹信号发射器、半透半反镜、准光透镜、目标、孔径编码天线、阵列探测器以及太赫兹信号接收器。

太赫兹信号发射器、半透半反镜、准光透镜在水平方向上依次设置，且半透半反镜、孔径编码天线以及阵列探测器竖直方向上依次设置，所述半透半反镜向右倾斜45°设置在太赫兹信号发射器的右侧，所述太赫兹信号发射器用于产生太赫兹发射信号并将太赫兹发射信号馈送至半透半反镜，在半透半反镜处一部分太赫兹发射信号被半透半反镜反射损失掉，另一部分太赫兹发射信号被半透半反镜透射后由准光透镜聚束并照射到目标上，目标的后向散射回波信号被准光透镜收集并再次被半透半反镜反射和透射，其中被半透半反镜透射的回波信号被损失掉，被半透半反镜反射的回波信号传输至孔径编码天线；孔径编码天线在控制与处理终端的驱动下对反射的回波信号进行单次编码调制，产生随机起伏的太赫兹辐射场；所述阵列探测器用于对该太赫兹辐射场进行单次空间采样，采样后的信号被太赫兹信号接收器接收并送入控制与处理终端进行高分辨计算求解成像。

进一步地，本发明半透半反镜为长方形，准光透镜为圆形且竖直设置。孔径编码天线以及阵列探测器均为平面正方形结构且水平放置。太赫兹信号发射器、半透半反镜、准光透镜三者在水平方向上中心对齐；半透半反镜、孔径编码天线与阵列探测器三者在竖直方向上中心对齐。即太赫兹信号发射器的发射中心点、半透半反镜中心点、准光透镜中心点在同一水平线上；半透半反镜中心点、孔径编码天线中心点与阵列探测器中心点在同一竖直线上。

进一步地，太赫兹信号发射器的发射中心点距离半透半反镜的中心点水平距离为a，半透半反镜的中心点距离准光透镜的中心点的水平距离为b；准光透镜的半径为r，焦距为f，半透半反镜中心点距离孔径编码天线的中心点的竖直距离为c，孔径编码天线的中心点距离阵列探测器的中心点的竖直距离为d。为保证准光透镜在对太赫兹波束实现有效聚束的同时将装置尺寸控制在一定范围之内，应使得f≤a+b≤2f；为保证孔径编码天线在对半透半反镜反射的后向散射回波信号进行有效编码的同时避免对太赫兹光路的遮挡，应使得0.5a≤c≤0.9a；此外，为使得阵列探测器不同阵元采样接收的回波信号具有较大的差异性，应让孔径编码天线距离阵列探测器足够近，需保证0≤d≤0.1m。

本发明采用准光透镜对太赫兹发射信号进行聚束和对目标后向散射回波进行收集，在接收端采用孔径编码天线对目标的后向散射回波进行编码调制产生随机起伏分布的辐射场，再采用阵列探测器对随机辐射场进行单次空间采样，最终实现对目标的高分辨计算求解成像。与现有的技术相比，本发明具有以下优点：

本发明通过采用准光透镜对太赫兹发射信号进行聚束和对目标后向散射回波进行收集，并采用接收端编码方式取代常规孔径编码成像装置的发射端编码方式，可有效增加装置的作用距离。

同时，孔径编码天线只需实现单次编码，无需具备实时快速切换能力，且只需采用单频或窄带太赫兹信号，可大大降低器件与装置的实现难度与成本。

此外，采用阵列探测器取代常规孔径编码成像装置中的点探测器，实现空间采样取代时间采样，无需采样时间积累，从而可对高速运动目标实现单次快拍成像。

本发明装置可对待测目标实现高分辨、全天时全天候与前视快拍成像，且系统收发链路简单，易实现小型化，相比于现有的孔径编码成像装置，可有效增加装置作用距离并提高成像速度。在安检与反恐、导引头末制导与近炸引信、目标探测与识别、医学成像、以及无损探测等领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明的结构原理图

图2是本发明的工作流程图

附图中的图示标号为：

1、控制与处理终端，2、太赫兹信号发射器，3、半透半反镜，4、准光透镜，5、孔径编码天线，6、阵列探测器，7、太赫兹信号接收器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例图中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，做进一步详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。

参照图1，一种基于阵列探测的太赫兹频段接收端孔径编码成像雷达装置，包括控制与处理终端1、太赫兹信号发射器2、半透半反镜3、准光透镜4、孔径编码天线5、阵列探测器6以及太赫兹信号接收器7。

太赫兹信号发射2、半透半反镜3、准光透镜4在水平方向上依次设置，且半透半反镜3、孔径编码天线5以及阵列探测器6竖直方向上依次设置，所述半透半反镜3为长方形，向右倾斜45°设置(如图1所示)在太赫兹信号发射器2的右侧。其中：准光透镜4为圆形且竖直设置。孔径编码天线5以及阵列探测器6均为平面正方形结构且水平放置。太赫兹信号发射器2的发射中心点、半透半反镜3的中心点、准光透镜4的中心点在同一水平线上；半透半反镜3的中心点、孔径编码天线5的中心点与阵列探测器6的中心点在同一竖直线上。

太赫兹信号发射器2的发射中心点距离半透半反镜3的中心点水平距离为a，半透半反镜3向右倾斜45°放置，且半透半反镜3的中心点距离准光透镜4的中心点的水平距离为b，准光透镜4的半径为r，焦距为f。半透半反镜3的中心点距离孔径编码天线5的竖直距离为c，孔径编码天线5距离阵列探测器6的竖直距离为d。为保证准光透镜4在对太赫兹波束实现有效聚束的同时将装置尺寸控制在一定范围之内，应使得f≤a+b≤2f；为保证孔径编码天线5在对半透半反镜3反射的后向散射回波信号进行有效编码的同时避免对太赫兹光路的遮挡，应使得0.5a≤c≤0.9a。此外，为了使得阵列探测器6不同阵元采样接收的回波信号具有较大的差异性，应让孔径编码天线5距离阵列探测器6足够近，需保证0≤d≤0.1米。

控制与处理终端1分别与太赫兹信号发射器2、孔径编码天线5连接，能够分别实现对两者工作情况的控制与驱动。控制与处理终端1与太赫兹信号接收器7连接，用于接受并处理太赫兹信号接收器7传输过来的信号。

参照图1和图2，所述太赫兹信号发射器用于产生太赫兹发射信号并将太赫兹发射信号馈送至半透半反镜，在半透半反镜处一部分太赫兹发射信号被半透半反镜反射损失掉，另一部分太赫兹发射信号被半透半反镜透射后由准光透镜聚束并照射到目标上，目标的后向散射回波信号被准光透镜收集并再次被半透半反镜反射和透射，其中被半透半反镜透射的回波信号被损失掉，被半透半反镜反射的回波信号传输至孔径编码天线；孔径编码天线在控制与处理终端的驱动下对反射的回波信号进行单次编码调制，产生随机起伏的太赫兹辐射场；所述阵列探测器用于对该太赫兹辐射场进行单次空间采样，采样后的信号被太赫兹信号接收器接收并送入控制与处理终端进行高分辨计算求解成像。

下面给出一具体的应用实例：

太赫兹信号发射器采用大功率低相噪固态倍频源，其中心频率为340ghz。太赫兹信号发射器的发射中心点距离半透半反镜的中心点的距离a＝1.5m。

半透半反镜向右倾斜45°放置，半透半反镜为长方形，其尺寸为1.414m×1m，且半透半反镜的中心点距离准光透镜的中心点的水平距离b＝0.5m。

准光透镜的半径r＝0.5m，准光透镜的焦距为f＝2m。

所述孔径编码天线可采用基于液晶基板的透射式相控阵平面天线，也可采用基于超材料的透射式相控阵平面天线。本实施例以基于液晶基板的透射式相控阵平面天线为例，孔径编码天线为正方形，边长e＝0.32m，包含的单元数量为64×64，孔径编码天线的中心点距离半透半反镜的中心点的竖直距离c＝1m，孔径编码天线的中心点距离阵列探测器的中心点的竖直距离为d＝0.05m；阵列探测器采用基于algan/gan场效应自混频的焦平面阵列探测器，中心工作频率为340ghz，正方形，边长g＝0.16m，包含阵元数量为64×64。

以上包含了本发明优选实施例的说明，这是为了详细说明本发明的技术特征，并不是想要将发明内容限制在实施例所描述的具体形式中，依据本发明内容主旨进行的其他修改和变型也受本专利保护。本发明内容的主旨是由权利要求书所界定，而非由实施例的具体描述所界定。