[发明专利]近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统及方法

权利要求书

1.一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：包括扫描驱动平台、发射链路、接收链路、整体相参链路、数据采集和处理模块以及显示模块，其中：

所述扫描驱动平台用于放置并在X、Y二维方向移动被测对象；

所述发射链路产生并发射宽带的太赫兹射频信号至被测对象；

所述接收链路接收从被测对象的各个X、Y二维坐标反射回的回波信号，并产生与射频信号具有固定频率差的本振信号，并与回波信号下变频处理得到测试信号；

所述整体相参链路将射频信号与本振信号下变频处理得到参考信号，将参考信号和测试信号进一步下变频处理得到差频信号；

所述数据采集和处理模块在扫描驱动平台静止于某一坐标后，采集差频信号并存储，然后上传至处理器处理数据，构建三维图像，并将图像交由显示模块显示。

2.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述发射链路、接收链路、整体相参链路与数据采集和处理模块均经信号发生板卡输出的脉冲信号触发后同步工作；

或，所述整体相参链路使得发射链路和接收链路全部有源与无源器件均实现相参。

3.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述发射链路包括依次相连的宽带毫米波线性扫频源、第一二倍频器、第一三倍频器、第一定向耦合器和发射天线，所述第一定向耦合器的直通端连接至发射天线。

4.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述接收链路包括依次相连的宽带毫米波线性扫频源、第二三倍频器、第二定向耦合器、第一次谐波混频器和接收天线，所述第一次谐波混频器本振端接收第二定向耦合器直通端的输出信号和射频端接收所述接收天线的回波信号，中频输出端依次连接第一带通滤波器和第一低噪声放大器。

5.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述宽带毫米波线性扫频源集成在一块电路板上，使用电子开关切换实现频段拼接的方法获得大带宽，包括第一直接数字式频率合成器和第二直接数字式频率合成器，所述频率合成器均具有两个输出端，每个输出端依次通过二倍频器、带通滤波器和放大器连接双刀双掷电子开关的不同管脚，以实现不同的输出值。

6.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述发射天线与接收天线为镜像放置，两天线之间的角度根据两天线之间距离和天线的远场距离确定。

7.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述整体相参链路包括第二次谐波混频器、第二带通滤波器、第二低噪声放大器和混频器，所述第二定向耦合器与第一定向耦合器的耦合端输出信号分别进入第二次谐波混频器的本振端和射频端，第二次谐波混频器中频输出端依次连接第二带通滤波器、第二低噪声放大器和混频器。

8.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述混频器的射频端和本振端分别接收第二低噪声放大器的输出信号和第一低噪声放大器的输出信号，下变频处理后中频端输出差频信号。

9.如权利要求1所述的一种近距离无损探测的超宽带太赫兹三维成像系统，其特征是：所述数据采集和处理模块包括数据采集卡和处理器，数据采集卡采集差频信号、A/D转换并存储，处理器根据扫描驱动平台移动方式进行数据二维重排，然后快速傅立叶变化获得频域信号，然后对幅值和相位补偿，并根据线性调频原理将频率换算为深度距离。

10.基于如权利要求1-9中任一项所述的系统的工作方法，其特征是：包括以下步骤：

(1)被测对象置于扫描驱动平台上，沿X和Y方向移动，每移动至一位置后停止；

(2)待扫描驱动平台停稳后，信号发生板卡产生脉冲信号触发发射链路、接收链路、整体相参链路和数据采集和处理模块同步开始工作；

(3)发射链路发出发射信号至被测对象，接收链路接收被测对象反射回的回波信号，然后产生本振信号与回波信号下变频处理得到测试信号；

(4)整体相参链路首先将发射信号和本振信号混频得到参考信号，再将参考信号与测试信号混频得到差频信号；

(5)对差频信号进行采集、A/D变换和存储，然后扫描驱动平台移至下一位置，以实现N*M个点的扫描，最终实现整个面的扫描，存储的数据经处理器进行二维数据重排、快速傅里叶变换和补偿处理，根据处理后的数据构建三维图像。