一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法，该方法采用通过内部目标和测量目标到收发通道的距离来得到各自对应的单频信号，然后对各自对单频信号进行变换得到校正信号和目标信号，实现校正；本发明可校正不同发射通道i和接收通道j的非线性，可对每个脉冲完成实时校正，无需复杂的阵列校正网络，可简化太赫兹前端设计。
【专利说明】
-种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法
技术领域
[0001] 本发明设及太赫兹MIMO合成孔径雷达成像，特别是一种基于内部目标的主动太赫 兹快速安检仪实时校正方法。
【背景技术】
[0002] 主动太赫兹快速安检仪是太赫兹波的重要应用领域，一般基于近距离的太赫兹 MIMO(Multiple-Input Multiple-〇u1:put)合成孔径雷达技术:利用太赫兹频段波长较短且 易获得较大带宽特点，可获得较高的分辨率;而且采用阵列电扫，可有效提高系统帖速率； 因而受到了广泛的关注与研究。不过，由于直接产生太赫兹源的技术相对不太成熟，目前普 遍采用经过多次倍频和放大的间接产生太赫兹源的技术。经过多次倍频和放大后，使得太 赫兹发射信号与太赫兹接收本振信号都会产生较大的非线性，也即较大的幅度和相位调 审IJ，分别用SA(t，Td)和挪知，Td)来表示。运种非线性会较大的影响太赫兹MIMO合成孔径的 信号压缩效果，使得峰值旁瓣比(PSLR)、积分旁瓣比（ISLR)等下降，从而影响系统分辨率。
[0003] 目前的阵列非线性校正一般采用阵列校正网络来实现，如图1所示:延迟单元、校 正源、信号禪合单元和匹配负载。其校正基本过程：
[0004] 1)获取对应接收通道j的校正中频信号Sif-refj(t，Td-refj)，其获取过程:先
[0005] 触发线性调频源FMCW，经过延迟后产生太赫兹校正源，然后通过信号
[0006] 规合讲入女赫兹巧阶诵迸i.经讨高巧ADC要隹巧得防TF中麻倍耳。
[0007]
[000引其中，OreU是校正源输入接收通道j的幅度，Td-refj是校正源到接收通道j的延迟，k 是线性调频源的调频斜率。SA(t，Td-re。）和挪挺，是校正源与接收通道j的幅度和相 位非线性。
[0009] 2)获取发射通道巧P接收通道j的目标中频信号51:-*81加，心*扣），其获取过程:先 选择发射通道i，接着触发线性调频源FMCW，经过太赫兹发射阵列前端后福射太赫兹波;然 后目标背散射(Back-Scatter)的太赫兹波进入太赫兹接收通道j，经过高速ADC采集获得目 标中频信号。
[0010]
[00川其中，Ot扣是发射通道i发射太赫兹波经目标散射后输入接收通道j的幅度；Td-tgij 是发射通道巧I旧标，目标到接收通道j的延迟，也即'
.k是线性调频源的 调频斜率。SA(t，Td-t扣)和挪是发射通道i与接收通道j的幅度和相位非线性。 [001^ 3)获取校正后的目标中频信号Sif-邮（t，Td-邮）。在浅度的幅度与相位非线性下， 目标幅度非线性SA(t，Td-t扣）和校正幅度非线性SA(t，Td-re。)基本相等，相除可相消；目标 相位非线性邸姑，和校正相位非线性游狂，基本相同，相除可相消。
[0013]
[0014] 经过校正后，可获得目标信号经过一定频移kTd-refj的单频正弦波信号Sif-crU(t, Td-crU )。由于校正频移精确可知，所W可对校正后的信号进行MIMO合成孔径聚焦。
[0015] 采用阵列校正网络来实现太赫兹MIMO合成孔径雷达的非线性校正，存在一些不 足：
[0016] 1)不能校正不同发射通道的非线性：由于太赫兹发射阵列的不一致性比较大，不 能简单用一个太赫兹校正源来等效;所W对于同一接收通道j，阵列校正网络方法的不同发 射通道i的非线性校正效果一般。
[0017] 2)阵列校正网络方法无法做到实时校正，工作状态（如溫度等)一旦改变，需重新 采集校正信号。
[0018] 3)校正源的噪声可经禪合器进入太赫兹接收前端，加大了接收机的输入噪声，降 低了系统的信噪比。
【发明内容】
[0019] 本发明为克服上述技术缺陷，提出了一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪 实时校正方法，该方法可校正不同发射通道i和接收通道j的非线性，可对每个脉冲完成实 时校正，无需复杂的阵列校正网络，可简化太赫兹前端设计。
[0020] 本发明的技术方案如下：
[0021 ] -种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法;主动太赫兹快速安检 仪采用的是赫兹MIMO合成孔径雷达技术，如图2所示，其特征在于：
[0022] 由于太赫兹发射功率较低和大气衰减较大等原因，太赫兹MIMO合成孔径雷达一般 用于对近距离目标(几米到几十米)进行高分辨率的成像。太赫兹MIMO合成孔径雷达外放置 一测量目标，同时近距离在太赫兹MIMO合成孔径雷达的仪器内部放置一个参考的内部目 标:太赫兹MIMO合成孔径雷达的THz发射馈源的发射通道i发射太赫兹信号，照射到内部目 标和测量目标，照射的距离分别为Rref 1和Rtgi ;经过内部目标和测量目标的背散射，太赫兹 MIMO合成孔径雷达的THz接收馈源的接收通道j收到回波信号，接收距离分别为RrefJ和 把8：|;回波信号同时含有内部目标单频信号扣-16:11=1<：1：(1-地^和测量目标单频信号；1!'町*8^ = kTd-tgij，其中
'k是线性调频源斜率。由于内部目标 到收发通道的距离化efi+Rrefj)小于测量目标到收发通道的距离(Rtgi+Rtgj)，即内部目标单 频信号fiF-refU和测量目标单频信号fIF-tgリ可W在频域实现分离，再经过反傅里叶变换 IFFT，得到对应的校正信号Sif-refij(t , Td-refij)和目标信号Sif-tgij(t , Td-tgij)，然后根据校正 信号和目标信号进行校正。
[0023] 该方法的处理流程如下：
[0024] 1)太赫兹MIMO合成孔径雷达开机，发射通道i依次发射太赫兹波，照射到内部目标 与测量目标；
[0025] 2)接收通道j正交采集得到原始的脉冲中频信号Swg-u(t)，然后进行N点复数FFT 得到对应频谱HDrg-U(f );
[0026] 3)取出 Horg-ij(f)频谱中在[0，fcr]范围内的信号 Href-ij(f)，其中 flF-refij<fu< f IF-咕ij，f Cr根据实际系统架构和内部目标位置确定；
[0027] 4)对Href-ij (f )进fXN点夏数IFFT得到松正f曰号Sif-refij (t, Td-refij );
[0028] 5)取出Horg-ij(f)频谱中在[fcr，fs]范围内的信号Htg-ij(f)，其中fs是采样频率；
[0029] 6)对出g-u(f)进行N点复数IFFT得到测量目标信号
[0030] 7 )对发射通道i和接收通道 j ,利用Sif-ref ij ( t , Td-refij )对Sif-tgij ( t , Td-tgij )进化松 正，然后可利用校正后的数据完成成像。本发明的有益效果如下：
[0031] 1)可校正不同发射通道i和接收通道j的非线性：由于太赫兹发射阵列和太赫兹接 收阵列的不一致性比较大，该方法可实现发射通道i和接收通道j的独立校正，可有效校正 不同通道的不一致性。
[0032] 2)可对每个脉冲完成实时校正:溫度等状态变化引起系统信道等的非线性变化， 但该方法可及时的实现补偿与修正。
[0033] 3)只需增加内部目标和部分处理代码，无需复杂的阵列校正网络，可简化太赫兹 前端设计。
【附图说明】
[0034] 图1为传统的采用阵列校正网络的阵列非线性校正的示意图；
[0035] 图2为本发明的校正原理示意图。
【具体实施方式】
[0036] 如图2所示，一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法，其校正原 理过程为：
[0037] 由于太赫兹发射功率较低和大气衰减较大等原因，太赫兹MIMO合成孔径雷达一般 用于对近距离目标(几米到几十米)进行高分辨率的成像。太赫兹MIMO合成孔径雷达外放置 一测量目标，同时近距离在太赫兹MIMO合成孔径雷达的仪器内部放置一个参考的内部目 标:太赫兹MIMO合成孔径雷达的THz发射馈源的发射通道i发射太赫兹信号，照射到内部目 标和测量目标，照射的距离分别为Rref 1和Rtgi ;经过内部目标和测量目标的背散射，太赫兹 MIMO合成孔径雷达的Wz接收馈源的接收通道j收到回波信号，接收距离分别为Rre。和RtgJ; 回波f曰号问时含有内部目t不单频f曰号f IF-ref i j二kTd-ref ij和测重目t不单频f曰号f IF-tgi j二k Td-t扣，其中
S是线性调频源斜率。由于内部目标到 收发通道的距离(Rrefi+Rre。）小于测量目标到收发通道的距离(Rtgi+Rtgj)，也即内部目标单 频信号fiF-refU和测量目标单频信号fIF-tgリ可W在频域实现分离，再经过反傅里叶变换 IFFT ,得到对应的松正f曰号Sif-refij ( t, Td-refij )和目柄f曰号Sif-tgij ( t , Td-tgij ),然后根据松正 信号和目标信号进行校正。
[0038] 该方法的处理流程如下：
[0039] 1)太赫兹MIMO合成孔径雷达开机，发射通道i依次发射太赫兹波，照射到内部目标 与测量目标；
[0040] 2)接收通道j正交采集得到原始的脉冲中频信号SDrg-u(t)，然后进行N点复数FFT 得到对应频谱H〇rg-ij(f );
[OOW 3)取出 Horg-ij(f)频谱中在[0，fcr]范围内的信号 Href-ij(f)，其中 flF-refij<fu< f IF-咕ij，fCr根据实际系统架构和内部目标位置确定。
[0042] 4)对Href-ij ( f )进行N点复数IFFT得到校正信号Sif-ref ij ( t，Td-ref ij );
[00创 5)取出Horg-ij(f)频谱中在[fcr，fs]范围内的信号Htg-ij(f)，其中fs是采样频率。
[0044] 6)对出g-u(f)进行N点复数IFFT得到测量目标信号Sif-tgU(t，Td-tgij);
[0045] 7 )对发射通道i和接收通道 j ,利用Sif-ref ij ( t , Td-refij )对Sif-tgij ( t , Td-tgij )进化松 正，然后可利用校正后的数据完成成像。
[0046] 例如，如下设计实例：
[0047] 一个采用约332G化的太赫兹波段(波长、约0.9毫米），基于4个发射和16个接收的 MIMO稀疏布局方式的主动太赫兹快速安检仪，其线性调频源斜率k约为160MHz/us。在仪器 内部，参考目标距离太赫兹馈源-Rrefj约为1.4米，则对应参考信号频率fiF-refij约为 1.50MHz ;而在仪器外部，测量目标距离距离太赫兹馈源-RtgJ为约为4.0米，则对应目标信号 频率fiF-tgU约为4.27MHz。由于参考信号与目标信号的频率相差较大，可采用上述方法进行 信号分离并校正:首先接收不同发射通道i和接收通道j组合得到的原始信号SDrg-U(t)，然 后在频域进行滤波分离得到校正信号Sif-refU(t)和目标信号Sif-tgu(t)，最后利用校正信 号对目标信号进行校正。
【主权项】
1. 一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法，其特征在于校正原理过 程为： 在基于太赫兹MMO合成孔径雷达技术的主动太赫兹快速安检仪外放置一测量目标，同 时在仪器内部放置一个近距离参考的内部目标； 太赫兹MMO合成孔径雷达的THz发射馈源的发射通道i发射太赫兹信号，照射到内部目 标和测量目标，照射的距离分别为Rrefl和Rtgl; 经过内部目标和测量目标的背散射，太赫兹MMO合成孔径雷达的THz接收馈源的接收 通道j收到回波信号，接收距离分别为和Rtgj;回波信号同时含有内部目标单频信号 f TF-rpfi i - kTd -rpfi i 和I 7则里目丰不单频十曰 flF-tgij - kTd-tgij，_和I所述内部目标单频信号flF-re叫和测量目标单频信号flF-t扣经过傅里叶变换和傅里叶 反变换分呙后，得到对应的校正信号Sif-refij(t，Td-refij)和目标信号Sif-tgij(t，Td-tgij)，然后 可完成目标信号的实时校正。2. 根据权利要求1所述的一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法， 其特征在于:所述内部目标到收发通道的距离Rref i+Rref j小于测量目标到收发通道的距离 Rtgi+Rtgj，也即内部目标单频信号flF-refij和测量目标单频信号flF-tgij在频域实现分呙。3. 根据权利要求1所述的一种基于内部目标的主动太赫兹快速安检仪实时校正方法， 其特征在于处理流程如下： 1) 太赫兹MMO合成孔径雷达开机，发射通道i依次发射太赫兹波，照射到内部目标与测 量目标； 2) 接收通道j正交采集得到原始的脉冲中频信号Sc^-dt)，然后进行N点复数FFT得到 对应频谱Hcirsrij(f); 3 )取出 Hcirg-i j ( f )频谱中在[0，f cr ]范围内的信号Href-i j ( f )，其中 f IF-ref i j <f cr〈f IF-tgi j，fcr 根据实际系统架构和内部目标位置确定； 4) 对Href-ij(f )进^fxN点見数IFFT得到校正彳曰可Sif-refij(t，Td-refij); 5) 取出Hcirg-ij (f)频谱中在[f ，fs ]范围内的信号Htirij (f)，其中fs是采样频率； 6) 对Htg-ij (f)进行1^点复数IFFT得到测量目标信号Sif-tgij (t，Td-tgij); 7) 对发射通道i和接收通道j，利用Sif-refij(t，Td-refij)对Sif-tgij(t，Td-tgij)进行校正，然 后可利用校正后的数据完成成像。
【文档编号】G01S7/40GK106019246SQ201610215556
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】林海川, 邓贤进, 成彬彬, 安健飞, 陆彬, 曾耿华, 李彪, 黄昆, 刘杰
【申请人】中国工程物理研究院电子工程研究所