一种干涉微波辐射计时钟扫描成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于微波遥感技术领域，具体涉及一种被动微波辐射计成像装置，尤其涉 及一种利用干涉式综合孔径成像技术来实现高空间分辨率的微波辐射计扫描成像装置。
【背景技术】
[0002] 微波辐射计是微波遥感领域的一种重要探测仪器，它通过接收被测目标的自然辐 射来得到目标的辐射亮温，进而反演被测目标的一些特定物理参数。微波辐射计在大气、海 洋、植被、土壤等遥感领域应用广泛，同时还在环境侦查、隐藏目标探测、无损安检等新兴领 域推广应用。
[0003]由于受天线口径的限制，微波辐射计的一个主要缺点是空间分辨率较低。自上世 纪80年代引入综合孔径干涉成像技术后，空间分辨率得到一定程度的提升，但仍然不能满 足日益增长的高空间分辨率需求。目前提出的时钟扫描天线阵的概念，为进一步提升空间 分辨率提供了一种有效途径，采用这种体制可以以较低的代价实现更大的天线阵口面(可 参考J.Wu，C.Zhang，H.Liu,W.Sun，andJ.Yan."Clockscanofimaginginterferometric radiometeranditsapplications，"Proc.IGARSS，pp.5244-5246,Jul.2007.和C.Zhang， J.ffu,andH.Liu."ClockScanningMicrowaveInterferometricRadiometerand PotentialApplicationAnalysis",D0I:10.1109/JSTARS.2015.2428173)〇
[0004]由于时钟扫描天线阵是由两组以不同速度旋转的天线子阵组成，因此带来的技术 难题主要是双自由度转台控制机构以及天线子阵之间的信号传输比较复杂。设计一种简单 可靠的装置来实现天线阵的时钟扫描并且实现两个旋转面之间的高精度信号传输是解决 时钟扫描式综合孔径辐射计走向实际应用的关键。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于，为克服双自由度天线阵旋转扫描技术的困难，解决时钟扫描 转台控制机构和信号传输的难题，满足时钟扫描干涉微波辐射计走向实际应用的需求，本 发明提出一种干涉微波辐射计时钟扫描成像装置。
[0006]为实现上述发明目标，本发明提供一种干涉微波辐射计时钟扫描成像装置，所述 成像装置包括:分针单元天线1、秒钟单元天线2、分针射频接收机3、秒针射频接收机4、分针 天线支臂5、秒针天线支臂6、第一级导电滑环16、第二级导电滑环18、射频旋转关节17、数字 板与时钟模块15、三轴转台、转台支架21和数控处理机柜22。
[0007]所述三轴转台包含两级方位向转轴和一个俯仰向转轴，第一级方位向转轴由第一 级伺服电机8和第一级齿轮传动机构9驱动，并带动第一级安装面7围绕轴线L自由转动，第 二级方位向转轴由第二级伺服电机12和第二级齿轮传动机构13驱动，并带动第二级安装面 11围绕轴线L自由转动，且所述第一级安装面7和第二安装面11平行;所述俯仰向转轴由俯 仰伺服电机19和俯仰齿轮传动机构20驱动，并带动第一级安装面7和第二级安装面11围绕 轴线0自由转动;所述轴线L和轴线0相互垂直；
[0008] 所述单元天线共有N个，将N个单元天线分为两组，即所述分针单元天线1和秒钟单 元天线2;所述分针单元天线1通过分针天线支臂5与所述第一级安装面7相连;所述秒针单 元天线2通过秒针天线支臂6与所述第二级安装面11相连;所述秒针单元天线2和分针单元 天线1分别位于秒针天线支臂6和分针天线支臂5的顶端;其中，N2 2;
[0009] 所述分针射频接收机3和秒针射频接收机4的数量分别与分针单元天线1与秒针单 元天线2的数量相同，所述分针射频接收机3和秒针射频接收机4分别安装在分针天线支臂5 和秒针天线支臂6上，用于实现对单元天线的输出信号进行放大、滤波和变频处理；
[0010] 所述数字板与时钟模块15安装在所述第二级安装面11上，用于实现对各路分针射 频接收机3和秒针射频接收机4的输出信号进行数字采集和相关处理，并且为各路分针射频 接收机3和秒针射频接收机4提供同步时钟信号；
[0011] 所述第一级导电滑环16和第二级导电滑环18分别安装在第一级安装面7和第二级 安装平面11上的中心位置，用于实现所述分针射频接收机3和秒针射频接收机4与所述数控 处理机柜22之间的电路传输；
[0012] 所述射频旋转关节17共有1个，安装在所述第一级安装面7的中心转轴处，用于实 现与所述分针射频接收机3与所述数字板与时钟模块15之间的射频信号传输；
[0013] 所述转台支架21用于对所述三轴转台进行支撑和移动；
[0014] 所述数控处理机柜22用于对所述三轴转台进行控制，并且对所述数字板与时钟模 块15的输出信号进行成像处理。
[0015] 可选的，上述两级方位向转轴实现360°无限制连续旋转，且两个方位向转轴的中 心轴线L重合且该中心转轴L垂直于所述单元天线的旋转面。
[0016] 进一步可选的，上述俯仰向转轴实现0°至90°的连续旋转。
[0017] 上述两级方位向转轴的转速不同，且两级方位向转轴既能够同向旋转也能够逆向 旋转，两级方位向转轴的转速能够根据应用需求进行调整，进而实现特定的扫描轨迹和成 像时间分辨率。
[0018] 上述天线支臂的长度能够调整，以实现特定的成像空间分辨率。
[0019] 上述N个单元天线处于同一个平面上;所述N个单元天线的朝向一致并且与中心旋 转轴线L平行；
[0020] 属于同一组内的单元天线到中心轴线L的垂直距离相等。
[0021 ]上述射频旋转关节共有"Μ+Γ路射频通道;其中，Μ路通道用于将所述第一级安装 面(7)上的所述Μ路射频接收机输出的射频信号传输至所述数字板与时钟模块，一路通道用 于将所述数字板与时钟模块输出的时钟信号传输至位于第一级安装面(7)上的所述Μ路射 频接收机;Μ的取值范围为：[1，Ν-2 ]。
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0023] 1)本发明实现了天线阵的双自由度旋转扫描功能，并解决了各路射频接收机和数 字板与时钟模块以及数控处理机柜之间的射频信号和电信号的线路传输问题。
[0024] 2)本发明中的三轴转台由两个独立的电机及驱动机构分别驱动两级旋转面进行 方位向旋转扫描，可以灵活实现各种扫描方案，并可以根据应用需求对两级旋转面的转速 进行随时调整，提高系统的灵活性和可靠性。
[0025] 3)本发明中的三轴转台采用两级叠加式转台驱动结构，可以提高两组单元天线之 间的相对转速的控制精度，进而降低成像误差，提高成像质量。
[0026] 4)本发明中的数字板与时钟模块置于三轴转台的第二级旋转面上，因此只需要一 个射频旋转关节即可实现所有射频接收机与数字板与时钟模块之间的射频信号和时钟信 号的传输，大大降低了系统复杂度，节省成本。
【附图说明】
[0027] 图1为扫描成像装置整体结构示意图；
[0028]图2为三轴转台整体结构示意图 [0029]图3为三轴转台内部结构示意图；
[0030]图4为扫描成像装置电路及信号传输链路图；
[0031]图5为扫描装置采用同向旋转时的基线扫描轨迹图；
[0032]图6为扫描装置采用逆向旋转时的基线扫描轨迹图。
[0033] 附图标识：
[0034] 1、分针单元天线 2、秒针单元天线 3、分针射频接收机
[0035] 4、秒针射频接收机 5、分针天线支臂 6、秒针天线支臂
[0036] 7、第一级安装面 8、第一级伺服电机 9、第一级齿轮传动机构
[0037] 10、第一级角编码器 11、第二级安装面 12、第二级伺服电机
[0038] 13、第二级齿轮传动机构14、第二级角编码器 15、数字板与时钟模块
[0039] 16、第一级导电滑环 17、射频旋转关节 18、第二级导电滑环
[0040] 19、俯仰伺服电机 20、俯仰齿轮传动机构21、转台支架
[0041 ] 22、数控处理机柜 23、万向轮 24、可伸缩支撑臂
[0042] 25、第一级支撑舱 26、第二级支撑舱 27、俯仰转轴
【具体实施方式】
[0043]下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的描述。
[0044]本发明提供的干涉微波辐射计时钟扫描成像装置，如图1所示，用于接收外界电磁 波信号的8个单元天线分为2组，每组4个，分别为分针单元天线1和秒针单元天线2。8个单元 天线可工作在任意射频波段。4个分针单元天线1分别安装在4个分针天线支臂5的顶端。4个 秒针单元天线2安装在秒针天线支臂6的顶端。秒针单元天线2处于分针单元天线1的外侧， 并共处于同一平面内。所有单元天线的安装指向与中心轴线L平行。
[0045]分针射频接收机3和秒针射频接收机4分别安装在分针天线支臂5和秒针天线支臂 6上，用于对单元天线的输出信号进行放大、滤波和下变频处理。射频接收机3和4的安装位 置应当尽量靠近分针单元天线1和秒针单元天线2,以降低射频信号的传输损耗。
[0046]天线支臂5和6安装在三轴转台上，单元天线1和2的方位向旋转和