[发明专利]基于光信息处理的三维微波成像系统

说明书

本发明提出了一种新型的基于光信息处理的三维微波成像系统。本发明通过接收阵列中的不同长度延迟线组成的时间孔径实现距离选通，并通过由分布式天线阵列组成的空间孔径实现对特定距离平面空间目标图像的空间频率的采样，最终实现对探测目标的三维微波成像。在本发明中：来自探测目标辐射和散射的微波信号进入微波接收天线后，被微波光子接收机上变频到光信号，该光载微波信号最后进入光纤微透镜阵列，并最终在近红外CCD探测器上形成干涉条纹被探测到，探测信号进入高速信号处理模块进行图像反演算法处理，并最终输出图像。本发明系统通过非扫描的方式实现三维成像，极大的提高了探测效率，可应用于对目标的微波三维成像和微波辐射源的定位。

技术领域

本发明主要涉及一种基于光信息处理的三维微波成像系统，分别通过不同长度延迟线组成的时间孔径实现距离选通，并通过由分布式天线阵列组成的空间孔径实现对特定距离平面空间目标图像的空间频率的采样，最后利用反演算法获得对探测目标的三维微波成像。

背景技术：微波三维成像，微波光信息处理

微波是频率在300MHz～300GHz，相应波长为1m～1mm的电磁波。与无线电波相比，微波具有频率高、频带宽、信息容量大、波长短、能穿透电离层和方向性好等特点，微波技术应用广泛，在通信、雷达、制导、遥感技术、射电天文学、临床医学和波谱学方面都有重大的意义。

微波成像是指以微波作为信息载体的一种成像手段，其原理是用物体自身微波辐射或使用微波照射被测物体，然后通过物体外部散射场的测量值来重构物体的形状或(复)介电常数分布。微波成像具有安全、成本低、理论上可对温度成像等特点。微波成像经历了从单天线机械扫描式到现在孔径合成方式，成像系统经过不断发展和完善，性能得到了很大的提高，但依然不足以满足现代社会发展的需求。

对微波成像系统，要获得高的空间成像分辨率，综合孔径技术是一种有效的方法。该技术利用若干个体积小、重量轻的小孔径天线按照载体形状和尺寸大小，依据最小冗余空间频率覆盖、最佳成像质量等规则排列成稀疏孔径阵列，通过两两天线信号组合复互相关运算和离散Fourier变换运算而重构出所观测目标的图像。

目前国际上研究的被动综合孔径成像系统的目标图像重构的理论和方法仍是采用传统的微波综合孔径成像理论和方法。天线接收的目标辐射通过混频器与来自本振混频后产生差频信号，该信号经过放大器后分别在相关器中进行两两复互相关运算，再经信号处理器进行离散Fourier逆变换后重构出目标的图像并在显示器上显示出来。

对于现代遥感、军事侦察以及反恐等应用而言，这种传统的成像理论与方法存在着几方面的不足：(1)系统复杂，成本高。(2)难以实现实时成像。(3)易受电磁干扰，重量重，体积大。传统的下变频成像方法虽已实现了高分辨率综合孔径成像，但仍存在微波信号处理系统复杂，成本高，易受电磁干扰，需处理的数据量大等技术瓶颈，导致很难实时成像，且整个系统体积过大，重量过重等不足之处。

随着半导体激光器、高速光电调制器、探测器、集成光学、光纤光学和微波天线、微波单片集成电路等光学与微波技术的蓬勃发展，出现了一种将微波与光学两门学科的优势结合起来的新兴交叉领域，并形成新学科——微波光子学。研究人员开始将目光转向微波光子学，通过运用光子学技术以克服传统技术中存在不足之处，已在军事领域取得了初步的成效。光子学方法一般具有重量轻、体积小、速度快、带宽高、抗电磁干扰、实时性好等优势。