焦平面被动成像系统研究

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1、焦平面被动成像系统研究施婷司全龙湖南高速铁路职业技术学院421002摘要：根据现场调查发现目前大量使用的X-射线及其它主动式探测器照射人体有很大危害，而利用被动辐射信号，由于不需耍外辐射源，有效消除了对人体的危害，从而使被动毫米波成像成为研究的一个重点内容。首先搭建焦平面被动成像系统，然后对楼顶对面的楼宇、地面静止的汽车和水泥地进行毫米波辐射特性的测量，最后利用设计的数据处理与成像软件对测量结果进行处理骑证此研究的可行性。本系统设计为目标观测、发现与识别提供依据。关键词：被动成像系统；辐射特性；测量1引言被动毫米波（PMMW）成像通过被动检测来白目标场景天然

2、存在的毫米波热辐射能量来形成图像。从而使被动毫米波成像技术在场景监控、安全检查、军事侦察等领域具有广阔的应用前景。目前毫米波多波束成像技术主要有三种实现途径：单孔二维机械扫描成像、合成孔径成像和焦平面阵列成像。其中，焦平面成像体制已成为被动毫米波成像主要体制。典型的焦平面成像系统如图1所示。阵列天线信号处理图1毫米波焦平面成像典型系统图本文在系统图的基础上首先搭建焦平面被动成像系统，然后对不同场景进行毫米波辐射特性的测量，最后利用数据处理与成像软件对测量结果进行处理，验证被动毫米波成像系统的可行性和优越性。2不同场景下系统实验2.1系统组成与工作原理焦平而被

3、动成像系统由天线、辐射计接收机、扫描控制装置、图像采集装置及显示装置等组成，其系统原理框图如图2所示。辐射计接收机阵列抛物面天线信号调理平衡电路〕【电源模块二维转台二维转台控制器图2系统原理框图天线（通过扫描装置控制天线位置）接收到目标的毫米波热辐射能量，首先通过辐射计接收机射频放大、检波、视频放大，将目标的毫米波辐射亮度温度转换成相应的低频分量，然后再将其放大、积分等处理，并通过计算机采集数据，最后进行数据处理，显示出目标的毫米波辐射亮度温度分布情况。2.2系统定标设计微波辐射计的定标是标定微波辐射计输出（电压或电压数码）与输入噪声温度之间定量关系的过程。

4、微波辐射计的定标精度不仅反映了仪器研制水平的高低，而且也影响微波辐射图像的准确度。可见，微波辐射计定标技术是辐射计研究、应用中的关键技术Z-O微波辐射计的标定大体上可以分为两种方法：一是分步定标法，即分别完成接收机的定标和天线的定标；二是整体定标法，即从天线到最后输岀的整个整机一起定标。本系统由于采用焦平面阵列成像的形式，所以需要对多个通道的信号分别进行定标。相对于单孔二维机械扫描成像的形式而言，最大的问题在于实现多个通道定标的一致性。由于分布定标法需耍对接收机和天线分别定标，其中对天线的定标步骤较多，较复杂，而本系统有多个馈源，馈源偏焦的形式给天线定标的分

5、析带来了更大的困难，所以无论从精度还是从实验难度方面考虑，本系统都将选择整体定标法。在整体定标方式中，通常将天线指向噪声辐射源，改变辐射源的辐射量便得到输入输出的定量关系式。为了保证各通道接收机定标条件的一致性，需要将多个接收机同时接定标源进行定标，这样对实验设备提出了较高的要求，不容易实现。出于这方面的考虑，本系统设计了一种简单有效的定标方法。定标结构如图3所示。图3定标系统示意图2.3不同场景下系统实验图4测试场景一光学图像和被动毫米波图像图5测试场景二光学图像和被动毫米波图像3结果分析从图4可以看出，成像的场景是楼宇和天空，楼宇的形状可以和光学图片和好

6、的对应起来。楼宇的水泥和瓷砖是高辐射，天空是低辐射。从图5可以看出，成像的场最是水泥地、树木以及汽车。可以很清楚的分辨出图像中的汽车位置，很好的和光学图片对应起來。水泥地面是高辐射，汽车反射天空的辐射为低辐射。从测试结果可以看出成像图片中有明显的条纹。主要有两个方面的原因：一是辐射接收机本身的稳定性。在测试中温度的变化，会带来接收机输出电压的漂移，带来测试误差。二是定标误差。定标时对毛毡和金属板的辐射温度为估计值，这个估计值会带来系统定标误差。但是光学图片和被动毫米波图片还是可以很好地吻合，验证了此研究地可行性，为目标观测、发现与识别提供依据。4结论首先搭建

7、了焦平面被动成像系统，然后完成了不同场景毫米波辐射特性的测量。从处理结果看，光学图片和被动毫米波图片可以较好地吻合起来，完成了被动成像的设计，该系统的研究结果对实际的测试系统设置均有参考价值。参考文献⑴尚晓舟，孙鹏，胡岸勇，苗俊刚•协同体制被动毫米波成像系统天线阵布局优化［J］・北京航空航天大学学报，2015,10(03):1842-1847.［2］宋松，王学田，邓甲昊•被动毫米波成像系统的发展状况及其关键技术［〕］•科技导报，2011,19(01):74-79・［3］王文.新型便携式8mm被动焦平面成像系统关键技术研究.北京理工大学，2015.10［4］李

8、志豪，李维姣，刘伟豪，丁志平等.被动毫米波成像系统设