专利名称：实时、互相关毫米波成像系统的制作方法
技术领域：
本发明大体上涉及毫米波成像系统，特别是涉及用于检测毫米波辐射以及生成相应的图像的实时毫米波成像系统。
背景技术：
毫米波成像系统通过检测在装置的视野的域内的物体发射或反射的30-300GHz范围内的热生成辐射来产生景象的图像。这种系统提供了胜过检测红外和可见光的等效装置的优点，因为毫米波辐射能够穿透低可见度和朦胧的环境(例如，衣服、墙、云、烟雾、薄雾、雨、灰尘、烟尘、沙暴引起的环境)而在另一个显著波长处没有发生高水平的衰减。这尤其是发生在90与110GHz以及210与250GHz之间的辐射波的大气传输的特定“窗口”的情况。
毫米波成像系统可以用在一系列重要的应用中，如飞行器着陆的辅助设备；空中、陆地和海洋运输中的碰撞警告；基于地面的检测和跟踪的车辆交通；入侵者、违禁品和武器的隐蔽监控。在这些应用中，非常需要利用实时的、如“摄影机”那样的成像。但是，对这种要在商用市场上得到广泛的接受的系统，感测装置必须在重量上较轻、在尺寸上较小、且在成本上支付得起。
一系列毫米波成像系统已经被报道，但在提供实时移动图像的同时未能满足为了广泛在商业上接受该技术而对尺寸、重量、以及成本的要求。这些系统使用两种不同的技术单个天线波束的机械扫描，以及二维阵列。
连接到单个接收系统的单个天线的波束的机械扫描在景象的光栅图形上执行以检测发射的辐射并产生亮度的映像或图像。产生的图像的角分辨率由天线波束的宽度决定，然而扫描角度决定视野的域。快速的实时成像是困难的，或者说达不到的，因为物理上又大又笨重的天线元件(被要求以达到高角分辨率)必须以很高的速度快速移动。
电气上小的天线和集成接收机的二维阵列在天线系统的焦平面上对接收到的毫米波信号的幅度进行采样。该信息然后用于产生装置的视野的域内亮度的急射(snap-shot)。在任何给定的平面上，产生的图像的角分辨率由跨阵列的元件的数目和阵列的外部尺寸决定。相反，视野的域由单独的天线阵列元件的波束宽度决定。快速实时成像可用这些系统完成。但是，它的发生以大量(1000的量级)的毫米波接收子系统和复杂的电子相移与幅度加权网络为代价。因为要求的大量的接收机，外差系统被避免(考虑到本地振荡器分配问题)以支持引起增益稳定性和较差的灵敏度问题的直接检测系统。到如此大量的毫米波外差接收机的相干本地振荡器分配呈现出相当大的困难。
因此，很明显地存在对一种能够产生实时的、如电影的成像而又更紧凑、更简单、且制造起来更便宜的改进的实时毫米波成像系统的需要。
发明内容
依照本发明的第一方面，从毫米波形成图像。为此，使用两个几何上正交的、交叉的共极化扇形波束来接收毫米波辐射。从两个扇形波束接收到的毫米波辐射的分量互相关。两个扇形波束的电场的极化被基本上对准地成直线排列。这可以由对在一个扇形波束中接收到的毫米波辐射的极化旋转滤波来完成。这两个扇形波束可以以定义了扫描范围的方位角和仰角扫描。两个扇形波束的交叉区域能够覆盖扫描范围内的任何点。扫描范围决定了视野的域且在狭窄方向上的每个扇形波束的波束宽度决定了图像的角分辨率。互相关输出在视野的域内的每个点上被测量以产生亮度的映像。这两个几何上正交的、交叉的扇形波束的位置可以被控制以在视野的域内的每个扇形波束交叉点上生成互相关输出。优选地，使用双扇形波束天线实现扫描。该双扇形波束天线可以具有两个修改的球箱天线和一个极化旋转器来为修改的球箱天线中的一个改变入射极化的方向。通过用极化旋转器来为不同的修改的球箱天线改变入射极化的方向可以从不同极化的毫米波形成图像，在任何时间仅有一个极化旋转器被使用。
依照本发明的第二方面，毫米波辐射被接收。使用一个扇形波束扫描视野的域以接收毫米波辐射。入射毫米波辐射的极化被以90度旋转，且使用另一个扇形波束扫描视野的域以接收极化旋转毫米波辐射。扇形波束相交叉且几何上彼此正交，然而辐射共极化。扇形波束由各扇形波束天线提供。该天线的每个都可包括修改的球箱天线。优选地，该修改的球箱天线包括在至少一面上有细长孔的金属外壳、位于外壳内孔对面的弯曲的主反射器表面、外壳内的馈电器、以及一个或多个把馈电器耦合到主反射器表面的子反射器。至少一个子反射器被设计来旋转，提供在扇形波束的狭窄方向上的一维波束扫描。扇形波束的极化旋转可以使用极化旋转横向反射器来实现。优选地，该横向反射器包括平面金属反射器、以及紧密间隔的导线栅格。该导线优选地与平面金属反射器间隔n×λ/4，其中n是奇数整数且λ是毫米波辐射的波长。极化旋转横向反射器可放置在相对于第二扇形波束天线的孔45度角度以及基本上相对于入射毫米波辐射的方向45度角度的位置。扇形波束的极化旋转可通过调换以同一方式对准的极化旋转横向反射器和平面金属反射器来转换。调换可以通过把极化旋转横向反射器转动180度以把它的背面作为平面金属反射器使用来实现。调换可以通过用具有可转换的导电率的材料制造极化旋转横向反射器的导线来实现。
依照本发明的第三方面，毫米波辐射被接收用于生成图像。为此，毫米波辐射要依照第一和第二扇形波束来接收。第一和第二扇形波束几何上彼此正交且交叉。依照第二扇形波束接收的毫米波辐射与依照第一扇形波束接收的毫米波辐射共极化。依照第一和第二波束接收的毫米波辐射的分量被下变频以生成各中频(IF)信号。IF信号互相关。产生的互相关信号被滤波以提供一个正比于在景象内的每点上亮度的值。接收的毫米波辐射可以依照第一和第二波束在下变频步骤之前进行放大。
依照本发明的第四方面，公开了毫米波成像。为此，毫米波辐射要被接收。该接收包括使用一个扇形波束扫描视野的域以接收毫米波辐射，入射毫米波辐射的极化被以90度旋转，且使用另一个扇形波束扫描视野的域以接收极化旋转毫米波辐射。扇形波束交叉且几何上彼此正交。接收到的毫米波辐射被处理。该处理步骤包括接收从天线依照扇形波束接收到的毫米波辐射的分量，下变频接收到的被接收以生成各中频(IF)信号的毫米波辐射的各分量，对IF信号进行互相关；然后对产生的互相关信号进行滤波。滤波后的互相关信号正比于天线波束扫描的视野的域内的每点上的亮度。这样，该景象的图像可被构建。每个扇形波束的扫描可以如要求的那样独立地加以控制，所以可以从提供了正比于在所述的视野的域内每点上该景象亮度的值的滤波后的互相关输出信号来生成图像。
少数几个实施例参照附图在下文中加以描述，其中图1是依照本发明的实施例的两个交叉的扇形波束天线的辐射图形；图2是依照本发明的实施例的实时毫米波成像系统的简化方框图；图3是用于依照本发明另一个实施例来实现扫描波束成像系统的球箱天线的例子的透视图；图4是依照本发明进一步实施例的两个球箱天线和一个金属反射器的组合的透视图，该组合可用于产生具有共极化的远场响应的双扫描波束天线。
图5是依照本发明进一步实施例的两个球箱天线和两个可被调换用作平面金属反射器的极化旋转横向反射器的组合的透视图，该组合可用于产生具有两个极化中任何一个的共极化的远场响应的双扫描波束天线；以及图6的方框图示出了依照本发明进一步实施例的实时互相关毫米波成像系统，它把图4或图5的双扇形波束天线合并到图2中修改的毫米波成像系统。
具体实施例方式
这里公布了一种用于从毫米波形成图像的方法和装置，一种用于接收毫米波辐射的方法和天线，一种用于接收毫米波辐射以生成图像的方法和装置，一种用于毫米波成像的方法和系统。在以下的描述中，阐明了许多特定的细节。在其他的情况下，本领域技术人员所熟知的细节可能不再陈述以免使本发明不明显。对本领域技术人员来说显而易见的是，修改、替换和/或变化可以鉴于该公开在不违背本发明的范围和精神的情况下进行。
本发明的实施例包括改进的成像方法、天线和系统，它们能够实现一种能对移动的目标实时成像的简单的、低成本的装置。概括地说，该实施例通过对从两个正交的、交叉的扇形波束接收到的信号进行互相关来产生装置的视野的域内的毫米波亮度的映像或图像。
扇形波束天线概述具有扇形辐射图形的天线从仅在一个方向上是狭窄角度的视野的域的区域内检测辐射，同时在正交的平面内处理宽广的图形。通常地，扇形波束可由基本上为，一维的(例如，狭长的隙缝、隙缝的线性阵列、或平板天线的线性阵列)一个天线或天线阵列生成。在狭窄方向上的波束宽度与孔或阵列的电长度成反比。相反，在宽广方向上的波束宽度与孔或各阵列元件的宽度成反比。在狭窄方向上的扇形波束的角度位置可以通过在跨孔或跨阵列的元件的电激励的相位中产生变化的线性梯度来在视野的域内进行扫描。
依照本发明的实施例，两个这种扇形波束被排列以在装置的视野的域内以合适的角度交叉。图1的图表示出了两个交叉的扇形波束天线的辐射图形100。该图形100包括E平面、扇形波束天线图形110和H平面、扇形波束天线图形120、以及笔形波束图形130。每个波束中的电场的极化被对准地成直线排列。当扇形波束110、120以方位角和仰角被扫描时，能用交叉区域130覆盖扫描范围内的任何点。因此，扫描范围决定了装置的视野的域且在狭窄方向上的扇形波束的波束宽度决定了图像的角分辨率。图像内任何点上的毫米波亮度正比于两个天线系统接收到的信号之间的互相关。
成像接收机系统成像系统的一个重要组件是接收机，它从天线获取输出，放大该信号，然后把放大的信号下变频为能发生互相关的方便的中频。根据扇形波束天线的设计，这种接收系统有许多可能的实现方案。
图2所示的依照本发明实施例的成像接收机系统200仅使用两个接收机，一个连接到在垂直方向扫描的天线202且另一个连接到在水平平面扫描的天线204以对整个图像进行采样。天线202是E平面天线，天线204是H平面天线。该E平面天线耦合到一个或多个射频(RF)低噪声放大器(LNA)212a、212b。该一个或多个低噪声放大器212b的输出耦合到各自的块下变频器232。类似地，H平面天线204耦合到一个或多个LNA 214a、214b。LNA 214b的输出耦合到另一个块下变频器234。本地振荡器220提供输入给两个块下变频器232、234。
各个块下变频器232、234产生各自的中频(IF)信号，这些信号均提供给相关器240。相关器240的输出提供到产生输出信号260的低通滤波器250。视野的域内的每点上的毫米波亮度的映像被通过在该区域上扫描到线波束并在每个区域内的点上使用宽带模拟复用器240测量接收机输出之间的互相关来产生。
极化旋转滤波器(未显示)可以放置在一个天线孔的前面以使两个扇形波束都以相同的极化运行。
用于成像系统的天线依照本发明的实施例，一种简单、便宜的实现方案使用如图3所示的多个反射器“球箱”类型天线300。在该简化的例子中，成形的主反射器334经由当子反射器320自旋时提供波束扫描的旋转子反射器320耦合到单个馈电器330、332。一个以上的子反射器可以被这样实现，其中至少一个子反射器旋转以提供波束扫描。用仔细的机械和电气设计，其中旋转子反射器320围绕其质心旋转，可以实现高速扫描。优选地，子反射器320形状上类似盘。该系统一个重要的优点是每个波束仅需要单个外差接收机。这从系统的简化和成本的观点来看以及因为简单的本地振荡器分配系统是可能的、而无需复杂的阵列相位调整是有利的。
常规的“球箱”天线中，一个抛物柱面被用作反射器。该“球箱”由垂直于柱面元件而贯穿抛物柱面的两个平行平面形成。通常地，柱面的焦线位于由平行盘的开口端形成的孔的中心。当馈电器放置在焦线时，馈电器阻塞了孔相当大的一部分，这导致了天线的远场图形中的较大的旁瓣和“球箱”自身之内的驻波。
当使用偏移量馈电装置时能够获得极大地改善的性能，所以这里仅照亮了“球箱”的一面。抛物面反射器的弧不包括它的顶点，馈电器的指向是照亮该弧。即使该照明不对称，也能获得很好的旁瓣性能。可供选择地，“球箱”天线可以关于抛物面反射器的轴线对称，但仅被安排为折叠的透镜以避免堵塞。但是，这种天线比展开式的设计更难制造。
图3所示的毫米波扇形波束天线300包括在金属外壳的一面上形成有辐射孔312的金属外壳310。辐射孔312大约长200个波长(λ)且孔312的宽度大约是一个波长(1λ)。这些尺度是优选的，其它的尺寸也可以在不违背本发明的范围和精神的情况下加以实施。在孔处电场的方向由箭头314表示。位于金属外壳310内的是用外壳310内相对于辐射孔312对立地安置的波导输入/输出332来耦合到坡形波导馈电器330的主反射器表面334。在金属外壳310内坡形波导馈电器330的底部是用于一维波束扫描的旋转子反射器320。
天线300使用一个或多个子反射器320把馈电器330、332以偏移量“球箱”结构进行耦合。主反射器334被定形为远离常规抛物面反射器以在扫描的尽可能宽的范围上提供具有很好旁瓣性能的超强轴外扫描角度。主反射器334经由一个或多个子反射器320耦合到单个馈电器330，该馈电器被设计以具有能增强整个天线联合装置300的扫描性能的外形。这些次镜320中的一个被安排以使该子反射器320旋转，以在子反射器320自旋时提供主波束扫描。用仔细的机械和电子设计，其中旋转子反射器320围绕其物质中心旋转，可以实现高速扫描。
对该成像系统，要求一对独立进行扫描的、正交定向的扇形波束，每个波束中电极化的信号方向排成一行。图3所示的类型的两个“球箱”天线410、420被使用，其配置400如图4所示。天线410具有在水平信号方向纵长地定向的孔414，而另一个天线420具有在垂直信号方向纵长的孔424，如图4所描绘的。在各个孔414、424中的电场方向412、422被显示。因此，孔424直接耦合到观测景象，而另一个孔414以合适的角度安排以使孔414经由无源反射屏430、440耦合，并被定向以使孔414的远场图形的狭窄方向相对于另一个天线420的图形位于合适的角度。
无源反射屏430、440通常配置成相对于具有孔414的扇形波束天线410的表面45度的角度。无源反射屏优选地具有与放得很近的细导线栅格440隔开多个四分之一波长(nλ/4)的平面金属反射器430。栅格440位于反射器430和天线410之间。栅格440的导线相对于入射场极化的方向成45度对准。如果使用标准平面反射器430，该装置400导致了远场中的正交极化。
另一种实现平行极的化远场响应的方式可以是修改“球箱”天线410、420的反�。允笶场矢量旋转90度从而平行于孔的长方向排列。对这种装置，表面质量和金属壁的间隔的小的变化可能导致天线性能相当大的恶化。但是对这中装置来说，不再要求包含有极化旋转滤波器430、440。
实现共极化的优选方式是通过使用“横向反射器”430、440。横向反射器430、440包括其导线相对于入射电场矢量成45度对准的导线栅格440，该导线栅格背靠着与其间隔运行频率处四分之一波长的奇数倍的平面金属反射器430。导线间隔和导线直径相对于运行波长来说必须很小。在由栅格440和反射器430之间的间隔决定的有限的带宽上(四分之一波长数越大，带宽越窄)，该装置将导致入射波90度的极化旋转，而没有明显地改变天线系统的远场辐射图形。
图3所示的类型的两个“球箱”天线510、520以一种可供选择的方式的配置500如图5所示。大体上，图5显示了如何放置两个球箱天线以使它们的平坦面平行且孔定向分开90。两个孔的前面是一个能被调换为平面金属反射器的极化旋转横向反射器，这样在任何时间都仅有一个孔接收极化旋转辐射。这导致了能够形成两种极化中任何一种的图像的比图4更紧凑的结构。旋转子反射器的轴线是平行的，所以可以使用一种简单的传动机制提供扇形波束的交叉所需要的相对旋转率以执行光栅扫描。
天线510具有在水平信号方向纵长地定向的孔530，而另一个天线520具有在垂直信号方向纵长地定向的孔540，如图4所描绘的。两个孔的前面是一个能被调换为平面金属反射器的极化旋转横向反射器，这样在任何时间都仅有一个孔接收极化旋转辐射。在图5中水平孔530经由横向反射器550耦合到观测景象，而垂直孔540经由平面金属反射器560耦合到观测景象。横向反射器550可以与平面金属反射器调换，且平面金属反射器560可以与横向反射器调换，如反射器560上的点线表示的那样。调换可以通过把极化旋转横向反射器转动180以把它的背面作为平面金属反射器使用来实现。调换可以通过用具有可转换的导电率的材料制造极化旋转横向反射器的导线来实现。该装置500相对图4中的装置400的优点是，装置500占有更小的总体积并且能够从两种极化中的任何一种形成图像。在该装置500中旋转子反射器320的轴线是平行的，所以可以使用一种简单的传动机制(未显示)实现相对旋转率以促成扇形波束110、120的交叉130从而执行对视野的域的光栅扫描。
图6的方框图示出了依照本发明进一步实施例的实时、互相关、毫米波成像系统600。仅仅为了举例说明，具有树602作为视野的域内成像的物体的该系统在图6中显示。双扇形波束天线610用于扫描物体602，由天线610生成的各个水平和垂直扫描604、606被显示出来。双扇形波束天线610是图4所示的类型400。可供选择地，该双扇形波束天线610可以是图5所示的类型500。双波束天线610把各个E平面和H平面的输出提供到类似于图2所示的成像接收机系统。
E平面的输出提供到低噪声放大器612，H平面的输出提供到不同的低噪声放大器614。依次地，用作RF放大器的低噪声放大器612、614耦合到各自的混频器620、622。另外，本地振荡器630耦合到两个混频器620和622。混频器620和622各自的输出被提供作为IF放大器640、642的输入。IF放大器640、642的输出提供给互相关器652。
互相关器652的输出提供给基带滤波器660。基带滤波器660把输出信号提供给系统。基带滤波器660的输出提供给模数(A/D或ADC)转换器670。ADC 670从输出信号产生被提供作为计算机680的输入的数字数据。使用硬件和/或软件的计算机680能够产生使用来自ADC 670的数字数据的计算机图像682。依次地，使用该数字数据，计算机680能提供扫描控制信号690(用短划线表示)到双扇形波束天线610。如图6所示，扫描控制信号690被优选地提供到每个球箱天线。
具有多种优点的本发明的实施例包括下列实施例的一个或多个使用“球箱”天线来实现扫描波束成像系统；使用旋转子反射器在一个方向上扫描波束的“球箱”天线；使用导线栅格横向反射器来实现具有共极化的远场响应的双扫描波束系统。
使用两个能调换为平面金属反射器的导线栅格横向反射器来实现远场响应的可转换的极化。
使用机械扫描波束以使每个波束仅需要单个外差接收机。
使用两个交叉的扇形波束以使每个天线仅要求在一个方向上扫描。
这样，公开了一种用于从毫米波形成图像的方法和装置，一种用于接收毫米波辐射的方法和天线，一种用于接收毫米波辐射以生成图像的方法和装置，一种用于毫米波成像的方法和系统。根据该公开，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在不违背本发明的范围和精神的情况下进行修改、替换和/或变化。
权利要求
1.一种由毫米波形成图像的方法，所述的方法包括以下步骤使用两个几何上正交的、交叉的共极化扇形波束来扫描视野的域从而接收毫米波辐射；以及对从所述的扇形波束接收到的所述的毫米波辐射的分量进行互相关。
2.根据权利要求1的方法，其中所述的两个扇形波束的电场的极化被安排成基本上平行对准。
3.根据权利要求2的方法，还包括对在一个所述扇形波束中接收到的所述的毫米波辐射进行极化旋转滤波的步骤。
4.根据权利要求1的方法，其中所述的扫描步骤以定义扫描范围的方位角和仰角执行，且所述的两个扇形波束的交叉区域能够覆盖所述的扫描范围内的任何点。
5.根据权利要求4的方法，其中所述的扫描范围决定了所述视野的域且在狭窄方向上的每个扇形波束的波束宽度决定所述的图像的角分辨率。
6.根据权利要求1的方法，还包括在所述的视野的域内的每个点上测量所述的互相关输出以产生亮度的映像的步骤。
7.根据权利要求6的方法，还包括控制所述的两个几何上正交的、交叉的扇形波束以在所述的视野的域内的每个扇形波束交叉点上生成所述互相关输出的步骤。
8.根据权利要求1的方法，其中所述的扫描步骤使用双扇形波束天线实现。
9.根据权利要求8的方法，其中所述的双扇形波束天线具有两个修改的球箱天线和一个极化旋转器来为所述的修改的球箱天线中的一个而改变入射极化的方向。
10.一种由毫米波形成图像的装置，所述的装置包括用于使用两个几何上正交的、交叉的共极化扇形波束来扫描视野的域从而接收毫米波辐射的天线；以及用于对从所述的扇形波束接收到的所述的毫米波辐射的分量进行互相关的接收机。
11.根据权利要求10的装置，其中所述的两个扇形波束的电场的极化被安排成基本上平行对准。
12.根据权利要求11的装置，还包括用于在一个所述的扇形波束中接收到的所述的毫米波辐射的极化旋转滤波器。
13.根据权利要求10的装置，其中所述的天线的扫描以定义扫描范围的方位角和仰角执行，且所述的两个扇形波束的交叉区域能够覆盖所述的扫描范围内的任何点。
14.根据权利要求13的装置，其中扫描范围决定了所述视野的域且在狭窄方向上的每个扇形波束的波束宽度决定了所述图像的角分辨率。
15.根据权利要求10的装置，还包括用于在视野的域内的每个点上测量所述的互相关输出以产生亮度的映像的处理器。
16.根据权利要求15的装置，还包括用于控制所述两个几何上正交的、交叉的扇形波束以在视野的域内的每个扇形波束交叉点上生成所述互相关输出的控制器。
17.根据权利要求10的装置，其中所述的天线是双扇形波束天线。
18.根据权利要求17的装置，其中所述的双扇形波束天线具有两个修改的球箱天线和一个极化旋转器来为修改的球箱天线中的一个改变入射极化的方向。
19.一种接收毫米波辐射的方法，该方法包括以下步骤使用一个扇形波束扫描视野的域以接收毫米波辐射；将入射毫米波辐射的极化旋转90度；以及使用另一个扇形波束扫描所述的视野的域以接收所述的极化旋转毫米波辐射，所述的扇形波束相交叉且几何上彼此正交，且所述的辐射共极化。
20.根据权利要求19的方法，其中所述的扇形波束由各个扇形波束天线提供，每个天线包括修改的球箱天线。
21.根据权利要求20的方法，其中所述的修改的球箱天线包括金属外壳，在所述的外壳的至少一面上有细长孔；位于所述的外壳内所述的孔对面的弯曲的主反射器表面；所述外壳内的馈电器；以及一个或多个子反射器，把所述的馈电器耦合到所述的主反射器表面，并提供在所述的另外一个扇形波束的狭窄方向上的一维波束扫描，至少一个所述子反射器被设计来旋转。
22.根据权利要求19的方法，其中用极化旋转横向反射器实现所述的旋转步骤，该极化旋转横向反射器包括平面金属反射器；以及紧密间隔的导线栅格，所述的栅格与所述平面金属反射器间隔n×λ/4，其中n是奇数整数且λ是所述的毫米波辐射的波长。
23.根据权利要求22的方法，其中所述的极化旋转横向反射器放置成相对于所述的另外一个扇形波束天线的孔45度角度以及基本上相对于入射毫米波辐射的方向45度角度。
24.一种用于接收毫米波辐射的天线，该天线包括通过使用第一扇形波束扫描视野的域来接收毫米波辐射的扇形波束天线；用于以90度旋转入射毫米波辐射的极化的滤波器；以及通过使用第二扇形波束扫描视野的域以接收所述的极化旋转毫米波辐射的另一个扇形波束天线，所述的扇形波束相交叉且几何上彼此正交，且所述的辐射共极化。
25.根据权利要求24的天线，其中所述的扇形波束天线均包括修改的球箱天线。
26.根据权利要求25的天线，其中所述的修改的球箱天线包括金属外壳，在所述的外壳的至少一面上有细长孔；位于该外壳内所述的孔对面的弯曲的主反射器表面；该外壳内的馈电器；以及一个或多个子反射器，把所述的馈电器耦合到所述的主反射器表面，并提供在所述的另外一个扇形波束的狭窄方向上的一维波束扫描，至少一个所述子反射器被设计来旋转。
27.根据权利要求24的天线，其中所述的极化旋转滤波器是极化旋转横向反射器，它包括平面金属反射器；以及紧密间隔的导线栅格，所述的栅格与所述平面金属反射器间隔n×λ/4，其中n是奇数整数且λ是所述的毫米波辐射的波长。
28.根据权利要求27的天线，其中所述的极化旋转横向反射器放置成相对于所述的另外一个扇形波束天线的孔45度角度以及基本上相对于入射毫米波辐射的方向45度角度。
29.一种接收毫米波辐射以生成图像的方法，该方法包括以下步骤依照第一和第二扇形波束接收毫米波辐射，其中所述的第一和第二扇形波束几何上彼此正交且交叉，所述的依照所述的第二扇形波束接收的毫米波辐射与所述的依照第一扇形波束接收的毫米波辐射共极化；将依照所述第一和第二波束接收的所述毫米波辐射的分量下变频以生成各自的中频(IF)信号；对所述的IF信号进行互相关；以及将产生的互相关信号滤波以提供正比于在景象内的每点上亮度的值。
30.根据权利要求29的方法，还包括对所述的接收的毫米波辐射依照第一和第二波束在所述的下变频步骤之前进行放大的步骤。
31.一种用于接收毫米波辐射以生成图像的装置，该装置包括用于依照第一和第二扇形波束接收毫米波辐射的接收机，其中所述的第一和第二扇形波束几何上彼此正交且交叉，所述的依照所述第二扇形波束接收的毫米波辐射与所述的依照所述第一扇形波束接收的毫米波辐射共极化；用于将所述依照所述第一和第二波束接收的毫米波辐射的分量下变频以生成各自的中频(IF)信号的下变频器；用于对所述的IF信号进行互相关的互相关器；以及对产生的互相关信号进行滤波以提供正比于在景象内的每点上亮度的值的滤波器。
32.根据权利要求31的装置，还包括用于对所述依照所述第一和第二扇形波束接收的毫米波辐射在下变频之前进行放大的放大器。
33.一种毫米波成像方法，该方法包括以下步骤接收毫米波辐射，该接收步骤包括使用扇形波束扫描视野的域以接收毫米波辐射；将入射毫米波辐射的极化旋转90度；以及使用另一个扇形波束扫描视野的域以接收所述的极化旋转毫米波辐射，所述的扇形波束相交叉且几何上彼此正交；处理所述的接收到的毫米波辐射，该处理步骤包括接收依照所述扇形波束接收到的来自所述天线的毫米波辐射的分量；下变频所述的接收到的被接收以生成各自的中频(IF)信号的毫米波辐射的各分量；对所述IF信号进行互相关；以及对产生的互相关信号进行滤波以产生正比于当所述的天线波束扫描时所述的视野的域内的每点上的亮度的滤波后的互相关信号；使用所述的滤波后的互相关信号构建所述的图像。
34.根据权利要求33的方法，还包括根据需要独立地控制所述的天线的扫描，以便可以从提供正比于在视野的域内每点上景象亮度的值的所述滤波后的互相关信号生成所述的图像的步骤。
35.一种毫米波成像系统，包括用于接收毫米波辐射的装置，该接收装置包括使用扇形波束扫描视野的域以接收毫米波辐射的扇形波束天线；旋转入射毫米波辐射的极化90度的装置；以及使用另一个扇形波束扫描视野的域以接收所述的极化旋转毫米波辐射的另一个扇形波束天线，所述的扇形波束相交叉且几何上彼此正交；耦合到所述的天线的毫米波接收机，包括分别耦合到所述的扇形波束天线以分别依照所述扇形波束接收毫米波辐射的第一和第二接收机；用于将从所述的第一和第二接收机接收的所述接收的毫米波辐射的各分量下变频以生成各中频(IF)信号的下变频器；用于对所述的IF信号进行互相关的互相关器；以及对产生的互相关信号进行滤波以产生正比于当所述的天线波束扫描时在所述的视野的域内亮度的滤波后的互相关信号的滤波器；用于使用所述的滤波后的互相关信号构建所述的图像的处理单元。
36.根据权利要求33的系统，其中所述的处理单元根据需要独立地产生用于扫描所述的天线的控制信号，以便可以从提供正比于在所述的视野的域内每点上景象亮度的值的滤波后的互相关输出信号生成所述的图像。
全文摘要
公布了用于从毫米波形成图像的方法和装置。使用两个几何上正交的、交叉的极化扇形波束(110，120)对视野的域进行扫描以接收毫米波辐射。从所述的扇形波束接收到的毫米波辐射然后被互相关(250，650)。还公布了用于接收毫米波辐射的方法和天线(400，610)。该天线包括用于接收毫米波辐射的第一和第二扇形波束天线(410，420)以及用于以90度旋转由第二扇形波束天线(410)接收到的入射毫米波辐射的极化的滤波器(430，440)。各第一和第二波束(110，120)相交叉、共极化且几何上彼此正交。更进一步地，还公布了一种毫米波成像系统(600)和方法，该系统和方法利用天线(610)来接收毫米波辐射，处理从天线(610)接收到的毫米波辐射，然后使用滤波后的互相关信号构建图像(682)。
文档编号G01S13/89GK1669184SQ03816461
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月11日 优先权日2002年7月11日
发明者约翰·W.·阿切尔, 奥亚·塞维姆勒, 杰弗里·C.·詹姆斯 申请人:联邦科学和工业研究组织
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