專利名稱：一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種成像方法及裝置，尤其涉及一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置。
背景技術(shù)：
超寬帶成像儀器是實(shí)現(xiàn)對(duì)非透明介質(zhì)屏障內(nèi)隱蔽目標(biāo)探測(cè)的典型系統(tǒng)，有非入侵式探測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，它能夠穿透墻壁、建筑等非透明介質(zhì)屏障，并對(duì)屏障后面的隱蔽目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)、定位、跟蹤和成像。超寬帶成像儀器因其超寬帶特征和高分辨率特征，可獲得復(fù)雜目標(biāo)的精細(xì)回波響應(yīng)，對(duì)目標(biāo)識(shí)別和目標(biāo)成像極為有利。借助超寬帶成像儀器的這些優(yōu)良特性，可以檢測(cè)恐怖武裝分子在隱蔽地帶所處位置及其動(dòng)向，減少反恐人員傷亡。另外，在火災(zāi)救助中，借助超寬帶成像儀器，消防人員可以清楚知道需要立即施救的地點(diǎn)，這為消防人員在火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)做出決策提供了重要依據(jù)。超寬帶成像儀器在我國尚屬于新生事物，相較于國外先進(jìn)國家，我國對(duì)超寬帶成像儀器的研發(fā)相對(duì)落后?，F(xiàn)有設(shè)備發(fā)射信號(hào)脈沖較寬，波長(zhǎng)較長(zhǎng)，雖然穿透性好，但是探測(cè)精度低；現(xiàn)有設(shè)備發(fā)射信號(hào)周期較長(zhǎng)，探測(cè)成像慢，不適應(yīng)快速移動(dòng)物體；現(xiàn)有設(shè)備需要高壓供電，達(dá)到幾十甚至上百伏，功耗大，電源對(duì)設(shè)備的干擾強(qiáng)；現(xiàn)有設(shè)備采用傳統(tǒng)的成像算法，目標(biāo)定位慢，精度低；現(xiàn)有設(shè)備電路集成度低，體積大，不利于便攜；現(xiàn)有設(shè)備接收機(jī)多采用高頻微波器件，電磁兼容設(shè)計(jì)復(fù)雜，成本高，抗噪性差。本裝置可以實(shí)時(shí)測(cè)量自身的相對(duì)位置，并根據(jù)相對(duì)位置對(duì)一定時(shí)間內(nèi)多個(gè)單次成像的結(jié)果進(jìn)行合成，因而對(duì)成像起到了聚焦增強(qiáng)的作用。這種成像方式在無需增加天線數(shù)目的情況下，提高了成像的質(zhì)量。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是為了解決上述問題，提供一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置，它具有精確探測(cè)成像的優(yōu)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用如下技術(shù)方案:一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置，它包括:發(fā)射天線陣列，用于將時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射的時(shí)域信號(hào)輻射，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)；接收天線陣列，用于接收目標(biāo)物的反射信號(hào)，將接收到的反射信號(hào)送入接收機(jī)，接收機(jī)將接收到的反射信號(hào)解析成數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集單元I送入信號(hào)處理與成像模塊成像；控制器FPGA，控制所述時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射時(shí)域信號(hào)，同時(shí)還控制接收機(jī)接收反射信號(hào)及控制定位裝置實(shí)時(shí)測(cè)量天線裝置的加速度，所述定位裝置通過數(shù)據(jù)采集單元II與信號(hào)處理與成像模塊連接，所述天線裝置由發(fā)射天線陣列和接收天線陣列組成。所述接收天線陣列接收到的反射信號(hào)通過低噪聲放大器送入接收機(jī)；所述接收機(jī)包括至少一路步進(jìn)系統(tǒng)，每一路步進(jìn)系統(tǒng)依次與相應(yīng)的采樣門及A/D轉(zhuǎn)換器連接；所述采樣門包括整形電路，整形電路依次與開關(guān)電路和保持放大電路連接。所述定位裝置包括慣性定位傳感器，慣性定位傳感器與數(shù)據(jù)采集單元II連接，數(shù)據(jù)采集單元II與信號(hào)處理與成像模塊連接，所述慣性定位傳感器安裝在天線裝置上。數(shù)據(jù)采集單元I為多路數(shù)據(jù)采集單元。所述時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)包括窄脈沖發(fā)生器，窄脈沖發(fā)生器依次與脈沖整形器和功率放大器連接。所述步進(jìn)系統(tǒng)包括信號(hào)隔離器，信號(hào)隔離器依次與第一級(jí)可編程數(shù)字延遲器、第二級(jí)可編程數(shù)字延遲器、電平轉(zhuǎn)換器連接。一種基于超寬帶成像裝置的聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像方法，具體步驟為:步驟一:控制器FPGA控制時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)出時(shí)域信號(hào)，時(shí)域信號(hào)通過發(fā)射天線陣列輻射，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)；步驟二:接收天線陣列將接收到的目標(biāo)物反射信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器送入接收機(jī)，控制器FPGA控制接收機(jī)采用等效采樣的方式接收反射信號(hào)并將接收到的反射信號(hào)解析為
數(shù)字信號(hào)；步驟三:接收機(jī)將解析成的數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集單元I送入信號(hào)處理與成像模塊，同時(shí)，F(xiàn)PGA控制慣性定位傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量天線裝置的加速度，數(shù)據(jù)采集單元II將測(cè)量結(jié)果送給信號(hào)處理與成像模塊；步驟四:信號(hào)處理與成像模塊根據(jù)接收到的反射信號(hào)和由慣性定位傳感器測(cè)量的加速度，利用成像算法解析出目標(biāo)物的位置。所述步驟一的具體步驟為:(1-1)控制器FPGA以矩形波對(duì)窄脈沖發(fā)生器進(jìn)行觸發(fā)；( 1-2)窄脈沖發(fā)生器產(chǎn)生高斯脈沖，高斯脈沖經(jīng)脈沖整形器使其寬度進(jìn)一步變窄，提高信號(hào)頻率；(1-3)整形后的脈沖信號(hào)經(jīng)功率放大器，提高信號(hào)幅度，然后通過發(fā)射天線陣列輻射，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)。所述步驟二的具體步驟為:(2-1)控制器FPGA控制步進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)生步進(jìn)脈沖信號(hào)，控制采樣門的通斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)反射信號(hào)等效采樣；(2-2)采樣門將采集到的信號(hào)送入A/D轉(zhuǎn)換器將反射信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。所述(2-1)的具體步驟為:(2-1-1)步進(jìn)脈沖信號(hào)經(jīng)過整形電路產(chǎn)生對(duì)稱雙極性窄脈沖；(2-1-2)雙極性窄脈沖控制開關(guān)電路的通斷，對(duì)接收到的反射信號(hào)進(jìn)行取值；(2-1-3)保持放大電路實(shí)現(xiàn)對(duì)取值的保持和放大，并送入A/D轉(zhuǎn)換器。所述步驟四的具體步驟為:(4-1)裝置具有一路發(fā)射天線和多路接收天線，裝置緊貼墻體移動(dòng)，對(duì)墻體另一側(cè)的探測(cè)區(qū)域任意點(diǎn)目標(biāo)A進(jìn)行探測(cè)，發(fā)射信號(hào)被目標(biāo)A反射后再次穿過墻體，由接收天線進(jìn)行接收，設(shè)目標(biāo)A的坐標(biāo)是(x，y)，x是探測(cè)區(qū)域橫向坐標(biāo)，y是探測(cè)區(qū)域縱向坐標(biāo)，X和y的數(shù)值與垂直方向坐標(biāo)z無關(guān)；[0034]根據(jù)空氣和墻的介電常數(shù)、電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率確定出電磁波在墻體中的傳播速度以及電磁波由空氣入射到墻和由墻入射到空氣時(shí)，入射角與折射角的關(guān)系；將空氣視為理想介質(zhì)，其介電常數(shù)ε 1= ε μ磁導(dǎo)率μ 1=μ0,電導(dǎo)率σ 1=0，電磁波在理想介質(zhì)中的傳播速度為光速c ;在墻壁內(nèi)，假設(shè)墻壁為均勻介質(zhì)，介電常數(shù)為ε 2= ε r ε ο 磁導(dǎo)率μ 2= μ 3 ο，電導(dǎo)率為σ 2，假設(shè)電磁波的角頻率為ω，則電磁波在墻壁內(nèi)部的傳播速度為:
權(quán)利要求1.一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置，其特征是，它包括: 發(fā)射天線陣列，用于將時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射的時(shí)域信號(hào)輻射，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)；接收天線陣列，用于接收目標(biāo)物反射的反射信號(hào)并將接收到的反射信號(hào)送入接收機(jī)，接收機(jī)將接收到的反射信號(hào)解析成數(shù)字信號(hào)，通過數(shù)據(jù)采集單元I送入信號(hào)處理與成像模塊成像； 控制器FPGA，控制所述時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)發(fā)射時(shí)域信號(hào)，同時(shí)還控制接收機(jī)接收反射信號(hào)及控制定位裝置實(shí)時(shí)測(cè)量天線裝置的加速度，所述定位裝置通過數(shù)據(jù)采集單元II與信號(hào)處理與成像模塊連接，所述天線裝置由發(fā)射天線陣列和接收天線陣列組成。
2.如權(quán)利要求1所述的超寬帶成像裝置，其特征是，所述接收天線陣列接收到的反射信號(hào)通過低噪聲放大器送入接收機(jī)；所述接收機(jī)包括至少一路步進(jìn)系統(tǒng)，每一路步進(jìn)系統(tǒng)依次與相應(yīng)的采樣門及A/D轉(zhuǎn)換器連接；所述采樣門包括整形電路，整形電路依次與開關(guān)電路和保持放大電路連接；所述步進(jìn)系統(tǒng)包括信號(hào)隔離器，信號(hào)隔離器依次與第一級(jí)可編程數(shù)字延遲器、第二級(jí)可編程數(shù)字延遲器、電平轉(zhuǎn)換器連接。
3.如權(quán)利要求1所述的超寬帶成像裝置，其特征是，所述定位裝置包括慣性定位傳感器，慣性定位傳感器與數(shù)據(jù)采集單元II連接，數(shù)據(jù)采集單元II與信號(hào)處理與成像模塊連接。
4.如權(quán)利要求1所述的超寬帶成像裝置，其特征是，數(shù)據(jù)采集單元I為多路數(shù)據(jù)采集單J Li ο
5.如權(quán)利要求1所述的超寬帶成像裝置，其特征是，所述時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)包括窄脈沖發(fā)生器，窄脈沖發(fā)生器依次與脈沖整形器和功率放大器連接。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種聚焦增強(qiáng)的超寬帶成像裝置，控制器FPGA1控制時(shí)域信號(hào)發(fā)射機(jī)5發(fā)出窄脈沖信號(hào)，此脈沖信號(hào)寬度納秒級(jí)，具有較高帶寬的頻譜。窄脈沖信號(hào)通過發(fā)射天線陣列12輻射，對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行探測(cè)。接收天線陣列13將接收到的微弱反射信號(hào)送給低噪聲放大器11，信號(hào)經(jīng)放大后進(jìn)入接收機(jī)7，接收機(jī)7將接收到的高速微弱信號(hào)解析成數(shù)字信號(hào)，通過多路數(shù)據(jù)采集單元10送入信號(hào)處理與成像模塊4。同時(shí)，控制器FPGA1控制慣性定位傳感器2實(shí)時(shí)測(cè)量裝置的加速度，數(shù)據(jù)采集單元3將測(cè)量結(jié)果送給信號(hào)處理與成像模塊4，最后由成像算法程序解析出目標(biāo)物的位置。
文檔編號(hào)G01S13/89GK203069782SQ20132011023
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月11日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月11日
發(fā)明者王豐貴, 楊秀蔚, 王忠民, 崔洪亮, 成巍, 楊傳法 申請(qǐng)人:山東省科學(xué)院自動(dòng)化研究所