[发明专利]用于高频成像系统的接收装置

说明书

本发明涉及高频图像信号被接收设备接收和感测的辐射成像系统的领域。

这样的接收或感测设备的应用示例有成像系统、安全性筛查、违禁品检测等，以及例如，使能隐藏在衣服下或隐藏在包中的诸如武器、液体、药品等的可疑项被检测出并且被可视化并呈现在适当的图像画面上的图像中从而以便被安保人员容易地识别出。其他潜在应用的示例有医疗或工业应用，例如，诸如用于质量控制等。

辐射成像利用电磁辐射来获得任意物体的图像。通过利用不同的频率/波长，可获得不同图像并且可获得被成像的物体的不同特性。从1.000mm到1mm的波长范围通常被称为微波。其他定义涉及，300mm为微波频谱的上边界并且10mm为下边界。在从100mm到10mm的范围内的电磁辐射通常被称为厘米波，并且从10mm到1mm范围内的辐射通常被称为毫米波。亚毫米波通常在从1mm到0.1mm的范围内，但是还可包括从红外起的更短波长。亚毫米波还被称为太赫辐射。波长越短，可获得的分辨率越高。微波、毫米波以及亚毫米波例如可穿透衣服或包并且因此可被用于检测被隐藏他们下方的物体。

在辐射成像的领域中，存在主动和被动接收机(或传感器)。最终，物体可通过纯反射以外的其他机制与被发射的辐射交互，例如，可对辐射进行变换、调制、衰减等或者甚至改变其频率。术语“被反射的辐射”被用于指物体所发射、反射、生成等的所有响应辐射。微波频谱中的主动传感器通常被称为雷达传感器。然而，主动传感器可在微波、毫米波以及太赫区域中工作。被动传感器(或接收机)感测或接收从物体发射的电磁辐射，但不生成并且不向物体发送电磁辐射。被动传感器的一个示例是这样一种传感器，在当他们例如用在机场的安全性筛查设备中或者要求对人眼不能检测到的被携带在衣服下面或包中的诸如武器、液体、炸弹、刀具、金属等可疑物体进行检查的其他装置中时，其根据普朗克定律(黑体辐射)来感测物体所发射的毫米波、亚毫米波或太赫波。

为了获得物体的图像，感测设备(接收设备)必须扫描二维视场。因此，可以使用一维天线阵列(具有电子地或机械地被移动的一维的天线元件或天线贴片线路)来创建二维图像。创建二维图像的另一种可能方法是使用相位化天线阵列，此相位化天线阵列包括被布置在二维中的多个单个天线元件，用于通过改变每个单个天线元件或贴片的相位来执行完全的电子扫描。

为了实现二维图像的扫描通常通过在方位角和俯仰角方向机械地移动尖波束天线(或窄波天线元件或贴片的一维布置)来执行，其中，每个位置对应于最终的图像的一个像素。为了使传感器或接收机高效，需要识别在被检测的物体和其环境之间的辐射温度差，例如，人体温度和被隐藏在衣服下面的物体之间的差。为了解决现有技术系统中的这些温度差，针对固定时段接收的信号被积分用于每个像素，从而温度分辨率与积分时间成反比。为了实现充分的温度分辨率，通常的现有技术系统因此非常慢，因此，尖波束天线需要在每个位置停留所需的积分时间的持续时间。替代地，某些现有技术系统通过实现大量并行的接收机(他们可并行地积分多个点(像素))实现了适当的扫描速度，但是由于设备的复杂结构而导致解决方案成本非常高。

本发明的目的因此是提供接收设备和方法以及成像设备和方法，他们一方面允许以精细的温度分辨率或高灵敏度来对物体成像，另一方面具有相对简单的结构。

上述目的通过根据权利要求1的接收设备和根据权利要求13的接收方法以及根据权利要求11的成像设备和根据权利要求14的成像方法来实现。

根据本发明的接收设备适于接收高频信号并适于基于接收到的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使得能够生成图像。接收设备包括两个或更多个接收机信道，每个接收机信道包括：天线图案，该天线图案具有若干天线元件，天线元件适于接收高频信号；接收装置，该接收装置适于将通过所述天线元件接收的高频信号处理成基带信号；模数转换装置，该模数转换装置适于将来自接收装置的基带信号转换成数字信号；以及相移装置，该相移装置适于对数字信号进行相移，其中，所述接收设备还包括合成装置，该合成装置适于将来自接收机信道的经相移的数字信号合成为所述合成信号。

根据本发明的一种接收方法适于接收高频信号并基于接收的高频信号来提供合成信号，所述合成信号使得能够生成图像。该方法包括在每个包括具有若干天线元件的天线图案的两个或更多接收信道的每个接收信道中的如下步骤：在所述天线元件的每个天线元件中接收高频信号，将通过所述天线元件接收的高频信号处理成基带信号，将基带信号模数转换成数字信号，以及对数字信号进行相移，并且将来自各个接收信道的经相移的数字信号合成为合成信号。