毫米波焦平面阵列成像系统特性分析

近年来,随着单片毫米波集成电路（ＭＭＩＣ）技术的迅速发展,焦平面阵列接收机开始在被动毫米波成像系统中应用。该文介绍典型的毫米波焦平面阵列接收机,并进一步分析混频式和直接检波式辐射计接收机特性。混频式接收机的中频放大比较容易实现,而直接检波式辐射计具有更好的灵敏度。同时详细讨论焦平面阵列成像系统的信噪比特性。该文的分析结果有利于毫米波焦平面阵列成像系统的设计及其性能评估。     

8mm波段被动毫米波接收机设计

在叙述被动毫米波成像特性的基础上提出了一种新型的8mm波段直接检波式接收机设计方案．由于设计过程中采用了直接检波式结构,使得该接收机避免了传统超外差式接收机体积大、结构复杂、需要本振等缺点．通过对该设计方案进行测试,结果显示,每级LNA可获得20dB左右的增益,样机检波前总增益为60dB,噪声系数为3．5～4dB,接收机带宽为30GHz左右,证明了方案的可行性．     

毫米波直接检波式辐射计温度补偿问题研究

分析了毫米波放大器温度-增益变化对毫米波直接检波式辐射计输出信号幅度的影响,针对直接在毫米波电路中进行温度补偿技术难度相对较大的情况,提出了在视频放大器电路中引入温度补偿措施使系统总增益保持稳定的温度补偿方法,通过在视频放大器反馈电路中加入合适的热敏电阻对系统增益进行补偿.理论分析和实验结果表明该方法简单有效,使系统输出信号幅度在一定温度范围内保持较好的稳定.     

低噪声放大器在毫米波辐射计中的应用研究

针对传统全功率辐射计灵敏度低、结构复杂、等效噪声温度高、功耗高等特点,采用低噪声放大器代替传统全功率辐射计的检波前部分,对天线接收到的微弱热辐射信号直接在射频段进行放大后直接检波,提高了辐射计的灵敏度。首先,分析了辐射计的工作原理;然后,分析了辐射计灵敏度及其影响因素;最后,进行了改进后辐射计样机设计并详细计算了灵敏度指标;且对样机性能进行了实际测量。通过对比分析表明,低噪声放大器的引入使得同等条件下毫米波辐射计的灵敏度得到了很大提升;同时具有功耗低、体积小、噪声小、结构简单等优点,有利于毫米波辐射计在弹载武器上的应用。     

低噪声放大器在毫米波辐射计中的应用

针对传统全功率辐射计灵敏度低、结构复杂、等效噪声温度高、功耗高等特点,采用低噪声放大器代替传统全功率辐射计的检波前部分,对天线接收到的微弱热辐射信号直接在射频段进行放大后直接检波,提高了辐射计的灵敏度。首先,分析了辐射计的工作原理;然后,分析了辐射计灵敏度及其影响因素;最后,进行了改进后辐射计样机设计并详细计算了灵敏度指标;且对样机性能进行了实际测量。通过对比分析表明,低噪声放大器的引入使得同等条件下毫米波辐射计的灵敏度得到了很大提升;同时具有功耗低、体积小、噪声小、结构简单等优点,有利于毫米波辐射计在弹载武器上的应用。     

3 mm波段烟幕插入损耗测量

为了满足3mm波段烟幕辐射特性和插入损耗特性测量的需要，研制了3mm波段烟幕特性自动测量系统——3mm辐射源和3mm辐射计／接收机一体机。一体机是对Dicke型辐射计的改进，在保持毫米波辐射计接收机高频前端不变的前提下，分别为辐射特性测量和插入损耗特性测量设计了独立的被动通道和主动通道，并在窄带的插入损耗测量的主动通道增加了中频锁相环路。探讨了该系统的烟幕插入损耗特性测量方法，实验结果表明：该系统能满足3mm波段烟幕特性自动化测量的要求。     

利用复合型介质透镜的毫米波成像研究

毫米波焦平面成像技术有广泛的应用前景.本文采用一种复合型介质透镜,将其用于主动式毫米波成像系统,测量了透镜材料的折射率,对金属板进行成像,得到了轮廓较为清晰的图像.     

近程毫米波被动扫描成像特性研究

针对近程毫米波辐射计扫描成像分辨率低、图像模糊的问题,采用天线近程辐射特性融合极大似然估计方法对图像进行高分辨率恢复.首先分析了系统天线的近程辐射特性,它是影响成像质量的最主要因素.分析表明近程条件下天线辐射特性大大改变,增益减小,尺度变大,在此基础上估计了扫描体制下图像的点扩散函数,最后用极大似然估计方法对金属环的被动毫米波图像进行了高分辨率恢复.结果表明经过恢复的图像提高了分辨率和目标识别率.     

3种混频电路的实验探讨

通过对３种混频电路的初步实验探讨，提出了改善接收机信噪比和失真度的有效措施，为改进“调幅与检波”实验，应用新技术、使用新器件提供参考。     

双频段直接检波型微波辐射计

介绍了双频段直接检波型微波辐射计,其工作频率为18.7 GHz和36.5 GHz,每个频率为双极化工作体制.经过性能测试,并与双频段超外差式微波辐射计进行对比.结果表明在性能指标相当的情况下,直接检波型微波辐射计更适于卫星搭载应用.     

3mm波段交流辐射计成像实验研究

采用一种具有简单结构的交流辐射计用于场景被动毫米波成像,然后利用小波变换滤除噪声,最后采用伪彩色映射改善成像的视觉效果,为无源毫米波成像研究提供了一种新的方法.室外场景的3 mm波段的被动成像实验结果表明:黑夜与大雾天气条件对毫米波被动成像几乎没有任何影响;3 mm波段交流辐射计成像对于金属与水面目标非常敏感,场景的图像轮廓细节明显,可用于军事与遥感领域.     

被动毫米波成像系统的发展状况及其关键技术

 毫米波对大气具有良好的穿透性并能提供较好的角分辨率,因此被动毫米波(PMMW)成像技术越来越受到重视。为科学设计PMMW成像系统,本文在分析被动毫米波成像原理、系统组成及辐射特性的基础上,重点阐述了国内外被动毫米波成像的最新进展及关键技术,包括主要器件、系统和信号处理方法等,并提出了被动毫米波成像的发展方向和应用领域。     

基于凸集投影算法的被动毫米波图像超分辨率恢复

为了提高被动毫米波图像分辨率,该文将凸集投影算法(POCS)应用于被动毫米波图像的超分辨率恢复中.文章对引起被动毫米波成像系统图像降质的因素进行了分析和讨论,建立了成像模型,结合POCS算法原理,利用图像的噪声统计特性以及幅度约束条件,对POCS算法用于被动毫米波图像的超分辨率恢复进行了详细分析,并给出了算法流程.仿真结果表明:POCS算法用于被动毫米波图像的超分辨率恢复相对双线性差值方法恢复效果有明显改善.     

毫米波交流全功率辐射计的信号恢复处理

通过引入一种先验知识,研究了毫米波交流全功率辐射计低频信号失真的补偿问题.经理论建模和实验数据分析,全功率毫米波辐射计扫描所得的交流信号可近似认为是钟型信号,这一信息基本决定了信号的低频特性.这一先验知识结合信号中未失真的频谱部分,通过求解一组非线性方程即可近似恢复出交流信号的全部频谱,从而恢复出完整的交流信号.仿真和实验数据均表明了该恢复方法的有效性.该文的研究结果有助于提高毫米波交流全功率辐射计的目标识别率.     

红外探测器与读出电路耦合方法研究

红外焦平面阵列是现代红外成像系统的关键元件，不论是混合式还是单片式红外焦平面阵列，都需用读出电路来多路传输信号并减少阵列输出信号的数目。该文综述了红外焦平面阵列的发展现状；分析了焦平面输入电路在红外探测器和读出电路之间耦合的重要性；初步探讨了在红外探测器与读出电路之耦合方法；讨论了在器件优化设计中，如何合理选择焦平面输入电路方式。     

毫米波综合孔径辐射计的压缩感知成像方法研究

毫米波综合孔径成像辐射计(Synthetic Aperture Imaging Radiometer,SAIR)是一种适用于近场成像的高分辨率、高灵敏度传感器,但因其接收机数量大、系统复杂度高,限制了SAIR在实际场景中的应用.用少量阵元天线获取的稀疏可见度函数进行高精度成像反演是目前SAIR成像研究的热点之一.为从少量的可见度采样点中重构出具有较高精度的毫米波图像,借鉴压缩感知(Compressed Sensing,CS)的稀疏重构思想,提出一种基于二维SAIR成像模型的CS-L0成像反演算法.该算法借助SL0算法思想对二维综合孔径反演模型进行快速的l_0范数求解,可从少量可见度采样点中快速精确地重构出目标场景的亮温图像.实验仿真表明,与结合传统成像模型的一般CS反演法相比,提出的CS-L0反演法具有更高的成像精度和反演速度,能够对稀疏采样的SAIR进行快速准确的成像反演.     

脉冲步进频率雷达宽带数字接收

根据脉冲步进频率信号的特征，提出了一种新的宽带数字接收方案．通过对回波脉冲串的分组采样和数字正交混频，实现了宽频带的步进频率脉冲信号的频率搬移，显著降低了信号的采样速率和硬件实现的复杂性．通过多级滤波设计和结构优化，简化了处理结构并提高了滤波性能和实时性．该宽带数字接收处理方法从根本上解决了传统的步进频率混频和相干检波模拟电路中存在的寄生调制和I／Q通道幅相不一致的问题．利用QuartusⅡ软件进行了电路设计和时序仿真，仿真结果表明该数字接收机的处理性能可以满足实时处理的要求，有很好的仿真成像结果．     

合成孔径微波辐射计成像模拟与结果分析

在分析合成孔径微波辐射计成像理论的基础上,发展了一个切合实际的成像模拟系统,针对成像模拟实验结果,分析了辐射计的一些主要技术参数对成像性能的影响,结果表明,选择最佳合成孔径微波成像辐射计系统的技术参数是保证实际系统具有最佳性能的关键．     

微波辐射计特性指标测试系统

以微波辐射计特性指标的基本定义为依据，提出了微波辐射计特性指标的测试系统及测试方法。该系统通过Ａ／Ｄ转换器将数据直接送入计算机，对测试过程及测试数据进行自动处理，并直接输出最终结果。运行结果表明，这套测试系统能有效地进行微波辐射计特性指标（定标方程和灵敏度，线性度和动态范围，积分时间，稳定性）的测试，它节省人力、时间、具有较高的可靠性。     

微波辐射计特性指标测试系统

以微波辐射计特性指标的基本定义为依据，提出了微波辐射计特性指标的测试系统及测试方法．该系统通过Ａ／Ｄ转换器将数据直接送入计算机，对测试过程及测试数据进行自动处理，并直接输出最终结果．运行结果表明，这套测试系统能有效地进行微波辐射计特性指标（定标方程和灵敏度，线性度和动态范围，积分时间，稳定性）的测试，它节省人力、时间，具有较高的可靠性．