专利名称：一种聚焦增强的超宽带成像装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种成像方法及装置，尤其涉及一种聚焦增强的超宽带成像装置。
背景技术：
超宽带成像仪器是实现对非透明介质屏障内隐蔽目标探测的典型系统，有非入侵式探测的优点，它能够穿透墙壁、建筑等非透明介质屏障，并对屏障后面的隐蔽目标进行探测、定位、跟踪和成像。超宽带成像仪器因其超宽带特征和高分辨率特征，可获得复杂目标的精细回波响应，对目标识别和目标成像极为有利。借助超宽带成像仪器的这些优良特性，可以检测恐怖武装分子在隐蔽地带所处位置及其动向，减少反恐人员伤亡。另外，在火灾救助中，借助超宽带成像仪器，消防人员可以清楚知道需要立即施救的地点，这为消防人员在火灾现场做出决策提供了重要依据。超宽带成像仪器在我国尚属于新生事物，相较于国外先进国家，我国对超宽带成像仪器的研发相对落后。现有设备发射信号脉冲较宽，波长较长，虽然穿透性好，但是探测精度低；现有设备发射信号周期较长，探测成像慢，不适应快速移动物体；现有设备需要高压供电，达到几十甚至上百伏，功耗大，电源对设备的干扰强；现有设备采用传统的成像算法，目标定位慢，精度低；现有设备电路集成度低，体积大，不利于便携；现有设备接收机多采用高频微波器件，电磁兼容设计复杂，成本高，抗噪性差。本装置可以实时测量自身的相对位置，并根据相对位置对一定时间内多个单次成像的结果进行合成，因而对成像起到了聚焦增强的作用。这种成像方式在无需增加天线数目的情况下，提高了成像的质量。

实用新型内容本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种聚焦增强的超宽带成像装置，它具有精确探测成像的优点。为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案:一种聚焦增强的超宽带成像装置，它包括:发射天线阵列，用于将时域信号发射机发射的时域信号辐射，对目标物进行探测；接收天线阵列，用于接收目标物的反射信号，将接收到的反射信号送入接收机，接收机将接收到的反射信号解析成数字信号，通过数据采集单元I送入信号处理与成像模块成像；控制器FPGA，控制所述时域信号发射机发射时域信号，同时还控制接收机接收反射信号及控制定位装置实时测量天线装置的加速度，所述定位装置通过数据采集单元II与信号处理与成像模块连接，所述天线装置由发射天线阵列和接收天线阵列组成。所述接收天线阵列接收到的反射信号通过低噪声放大器送入接收机；所述接收机包括至少一路步进系统，每一路步进系统依次与相应的采样门及A/D转换器连接；所述采样门包括整形电路，整形电路依次与开关电路和保持放大电路连接。所述定位装置包括惯性定位传感器，惯性定位传感器与数据采集单元II连接，数据采集单元II与信号处理与成像模块连接，所述惯性定位传感器安装在天线装置上。数据采集单元I为多路数据采集单元。所述时域信号发射机包括窄脉冲发生器，窄脉冲发生器依次与脉冲整形器和功率放大器连接。所述步进系统包括信号隔离器，信号隔离器依次与第一级可编程数字延迟器、第二级可编程数字延迟器、电平转换器连接。一种基于超宽带成像装置的聚焦增强的超宽带成像方法，具体步骤为:步骤一:控制器FPGA控制时域信号发射机发出时域信号，时域信号通过发射天线阵列辐射，对目标物进行探测；步骤二:接收天线阵列将接收到的目标物反射信号经低噪声放大器送入接收机，控制器FPGA控制接收机采用等效采样的方式接收反射信号并将接收到的反射信号解析为
数字信号；步骤三:接收机将解析成的数字信号，通过数据采集单元I送入信号处理与成像模块，同时，FPGA控制惯性定位传感器实时测量天线装置的加速度，数据采集单元II将测量结果送给信号处理与成像模块；步骤四:信号处理与成像模块根据接收到的反射信号和由惯性定位传感器测量的加速度，利用成像算法解析出目标物的位置。所述步骤一的具体步骤为:(1-1)控制器FPGA以矩形波对窄脉冲发生器进行触发；( 1-2)窄脉冲发生器产生高斯脉冲，高斯脉冲经脉冲整形器使其宽度进一步变窄，提高信号频率；(1-3)整形后的脉冲信号经功率放大器，提高信号幅度，然后通过发射天线阵列辐射，对目标物进行探测。所述步骤二的具体步骤为:(2-1)控制器FPGA控制步进系统产生步进脉冲信号，控制采样门的通断，实现对反射信号等效采样；(2-2)采样门将采集到的信号送入A/D转换器将反射信号转换为数字信号。所述(2-1)的具体步骤为:(2-1-1)步进脉冲信号经过整形电路产生对称双极性窄脉冲；(2-1-2)双极性窄脉冲控制开关电路的通断，对接收到的反射信号进行取值；(2-1-3)保持放大电路实现对取值的保持和放大，并送入A/D转换器。所述步骤四的具体步骤为:(4-1)装置具有一路发射天线和多路接收天线，装置紧贴墙体移动，对墙体另一侧的探测区域任意点目标A进行探测，发射信号被目标A反射后再次穿过墙体，由接收天线进行接收，设目标A的坐标是(x，y)，x是探测区域横向坐标，y是探测区域纵向坐标，X和y的数值与垂直方向坐标z无关；[0034]根据空气和墙的介电常数、电导率、磁导率确定出电磁波在墙体中的传播速度以及电磁波由空气入射到墙和由墙入射到空气时，入射角与折射角的关系；将空气视为理想介质，其介电常数ε 1= ε μ磁导率μ 1=μ0,电导率σ 1=0，电磁波在理想介质中的传播速度为光速c ;在墙壁内，假设墙壁为均匀介质，介电常数为ε 2= ε r ε ο 磁导率μ 2= μ 3 ο，电导率为σ 2，假设电磁波的角频率为ω，则电磁波在墙壁内部的传播速度为:
权利要求1.一种聚焦增强的超宽带成像装置，其特征是，它包括: 发射天线阵列，用于将时域信号发射机发射的时域信号辐射，对目标物进行探测；接收天线阵列，用于接收目标物反射的反射信号并将接收到的反射信号送入接收机，接收机将接收到的反射信号解析成数字信号，通过数据采集单元I送入信号处理与成像模块成像； 控制器FPGA，控制所述时域信号发射机发射时域信号，同时还控制接收机接收反射信号及控制定位装置实时测量天线装置的加速度，所述定位装置通过数据采集单元II与信号处理与成像模块连接，所述天线装置由发射天线阵列和接收天线阵列组成。
2.如权利要求1所述的超宽带成像装置，其特征是，所述接收天线阵列接收到的反射信号通过低噪声放大器送入接收机；所述接收机包括至少一路步进系统，每一路步进系统依次与相应的采样门及A/D转换器连接；所述采样门包括整形电路，整形电路依次与开关电路和保持放大电路连接；所述步进系统包括信号隔离器，信号隔离器依次与第一级可编程数字延迟器、第二级可编程数字延迟器、电平转换器连接。
3.如权利要求1所述的超宽带成像装置，其特征是，所述定位装置包括惯性定位传感器，惯性定位传感器与数据采集单元II连接，数据采集单元II与信号处理与成像模块连接。
4.如权利要求1所述的超宽带成像装置，其特征是，数据采集单元I为多路数据采集单J Li ο
5.如权利要求1所述的超宽带成像装置，其特征是，所述时域信号发射机包括窄脉冲发生器，窄脉冲发生器依次与脉冲整形器和功率放大器连接。
专利摘要本实用新型公开了一种聚焦增强的超宽带成像装置，控制器FPGA1控制时域信号发射机5发出窄脉冲信号，此脉冲信号宽度纳秒级，具有较高带宽的频谱。窄脉冲信号通过发射天线阵列12辐射，对目标物进行探测。接收天线阵列13将接收到的微弱反射信号送给低噪声放大器11，信号经放大后进入接收机7，接收机7将接收到的高速微弱信号解析成数字信号，通过多路数据采集单元10送入信号处理与成像模块4。同时，控制器FPGA1控制惯性定位传感器2实时测量装置的加速度，数据采集单元3将测量结果送给信号处理与成像模块4，最后由成像算法程序解析出目标物的位置。
文档编号G01S13/89GK203069782SQ20132011023
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月11日 优先权日2013年3月11日
发明者王丰贵, 杨秀蔚, 王忠民, 崔洪亮, 成巍, 杨传法 申请人:山东省科学院自动化研究所