[实用新型]周期型双阵列通道式毫米波主动三维运动成像系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种周期型双阵列通道式毫米波主动三维运动成像系统。

背景技术

主动式毫米波成像仪是一种重要的人体安检设备，不同于X射线，毫米波技术为非电离辐射，具有穿透普通衣服、塑料、陶瓷等材料能力的同时，不会对人体造成伤害，且能有效区分皮肤与金属、易爆品等违禁物品；采用电磁成像技术完成三维图像重构，具有比微波成像更高的分辨率。

被动式毫米波成像仪采用更为简单的采样方式，完全利用目标本身的电磁辐射，例如同方威视技术股份有限公司提出的一种通过式人体安全检查系统，专利号为“CN201110424156.9”。无源的系统结构只包含接收通道，无法形成相干信息，因此分辨率比主动式成像仪低很多，但是较强的实时成像能力使得此类系统在特定的场合具有应用价值。目前，主动式毫米波三维人体成像系统的实现以两种技术方案为主，线阵圆柱扫描和平面阵列电子扫描。如美国L3通信公司研发的Provision系列安检门应用线阵圆柱扫描成像技术，其特点是具有全向电磁波覆盖范围，通道数比平面阵列少，成本低，但是扫描时间长，成像效率低，不利于高人流密度场所使用；德国纽森堡大学研制的一台平面阵列样机是面阵成像技术的代表，该系统采用多输入多输出技术，大量减少阵元数量的同时，单次快拍采样的速度快，为毫秒量级，其缺点是电磁波有效覆盖面积有限，单阵列无法构成全面的人体覆盖，因此成像区域受限。除此之外，以上两种方案同时具有的缺陷是对运动目标不具有成像能力。

在非合作目标的电磁成像中，目标的速度是未知的，逆合成孔径中处理运动目标成像时多采用自聚焦技术，从回波数据中提取目标的运动状态，包括速度和加速度等。但是该技术的目标多是刚体，或假设远程目标为点目标，这些前提保证了目标散射点的运动趋势具有规律性。对于近程的人体目标，四肢和躯干的复杂运动使得多快拍之间的相干积累困难极大，这也是主动式毫米波人体成像仪无法完成运动目标成像的最大原因。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述问题，提出了一种周期型双阵列通道式毫米波主动三维运动成像系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种周期型双阵列通道式毫米波主动三维运动成像系统，包括天线阵列系统、发射系统、接收系统和数字信号处理系统，其中：

所述天线阵列系统包括两个相互平行放置的平面阵列，且平面阵列与地面垂直，两平面阵列之间形成的通道供被测目标通过；

所述发射系统包括依次连接的频率合成器、多级倍频器、功率放大器和毫米波开关网络，被配置为提供辐射信号和本振信号，并由发射阵元辐射至空间中，各发射阵元的频率切换通过开关网络实现；

所述接收系统包括依次相连的下变频器组、功率分配网络和多个接收机，每个接收机对应连接有一个接收阵元，接收本振信号；

所述接收阵元和发射阵元设置于平面阵列上；

所述数字信号处理系统接收接收机的多路信号，进行AD转换后存储，实现正交解调和成像。

进一步的，所述两平面阵列结构完全相同，皆以子阵列为基本单元，向通道的长度和高度两个维度上周期性、无交叠地延伸构成。

进一步的，每个子阵列包含固定数目的发射和接收阵元，发射阵元和接收阵元等间隔排布在阵列平面的长度和高度两个维度上。

进一步的，同一时刻只有若干子阵列工作，称为单位阵列，单位阵列完成一次数据采集，得到一幅三维图像，单位阵列以子阵列为单元划分，相邻单位阵列之间彼此交叠，一次全通道扫描通过顺序激励单位阵列完成。

进一步的，所述发射系统中的频率合成器在晶振的控制下，产生源信号和参考信号，源信号是一组频域上等间隔采样的单频信号，共N路经过相同的多级倍频和功率放大后，得到毫米波信号；参考信号直接连接接收系统中的下变频器组；毫米波信号一部分用于辐射，另一部分连接下变频器组，和参考信号一起产生本振信号；用于辐射的毫米波信号通过毫米波开关网络并经由发射阵元辐射至空间中，探测波形采用宽带步进频率连续波。

进一步的，所述接收系统的接收机共有M个，M个接收阵元与M个接收机对应相连；各接收机包含N个并行接收通道，各通道采用超外差方式且结构完全相同。

进一步的，所述接收系统的接收信号依次通过限幅器、低噪声放大器和滤波器后，分别与对应通道的本振信号混频；产生本振信号的毫米波信号与参考信号一起经过下变频器组，并行接入多级功率分配网络；功率分配网络将一组本振信号分成M路，并行地输入各接收机中作为本振信号；中频信号经过放大和滤波后，直接送入数字信号处理系统。