8毫米无源成像系统研究

论文摘要

毫米波无源成像系统以其自身的诸多优点成为当今国内外研究的热点，在军事和民用领域逐渐体现出它的重要性。本论文在已经完成Ka波段单通道直接检波式探测系统原理性试验的基础上，重新优化设计了32通道焦平面成像阵列的接收机通道和校准设备，具体工作如下：首先，研究了一种工作在8mm波段的32通道焦平面阵列无源成像系统的设计方案，并根据系统主要技术指标的要求，对系统天线、接收机、定标装置以及成像处理等关键技术进行了研究。第二，针对接收机小型化的要求，提出了采用混合集成的全功率式直接检波接收前端的设计方案，完成了对波导—微带过渡器件、LNA、检波器、视频放大器的建模仿真。在仿真设计的基础之上，研制成功了8mm接收机。第三，详细分析了周期定标的方法。对定标源的控温、测温电路进行了电路仿真，并通过先进的半导体制冷、制热技术以及脉冲宽度调制技术，制造出了恒温性能较好的冷、热定标源。最后，利用8mm无源成像样机的采集数据，对被测目标进行成像实验。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 前言
• 1.2 毫米波目标探测技术的发展及应用
• 1.3 本文的主要工作
• 2 毫米波目标探测技术基础
• 2.1 辐射测量理论
• 2.1.1 黑体的热辐射特性
• 2.1.1.1 普朗克黑体辐射定律
• 2.1.1.2 功率与温度的对应关系
• 2.1.2 非黑体的热辐射特性
• 2.1.2.1 亮度温度
• 2.1.2.2 视在温度
• 2.1.2.3 天线温度
• 2.1.2.4 亮度温度、视在温度和天线温度之间的区别
• 2.2 毫米波无源成像原理
• 2.3 采样频率的确定
• 2.4 毫米波无源成像主要参数之间的相互制约关系
• 3 8毫米波段32通道无源成像系统设计
• 3.1 系统主要性能指标
• 3.2 系统总体结构设计
• 3.3 天线
• 3.4 接收前端
• 3.4.1 毫米波接收前端
• 3.4.1.1 辐射计种类
• 3.4.1.2 全功率型直接检波接收机
• 3.4.1.3 周期定标全功率型直接检波接收机
• 3.4.2 接收前端研制
• 3.4.2.1 波导—微带线过渡结构设计
• 3.4.2.2 微带线设计
• 3.4.2.3 射频放大器设计
• 3.4.2.3.1 射频放大器的输入信号分析
• 3.4.2.3.2 射频放大器增益
• 3.4.2.3.3 接收通道噪声系数
• 3.4.2.3.4 接收通道灵敏度
• 3.4.2.3.5 射频放大器电路设计
• 3.4.2.4 平方率检波器设计
• 3.4.2.5 视频放大器设计
• 3.4.2.5.1 视频放大器输入输出信号分析
• 3.4.2.5.2 视频放大器电路设计
• 3.4.3 接收机实物及测试
• 3.5 定标装置
• 3.5.1 定标方程
• 3.5.2 周期定标装置原理
• 3.5.3 新型半导体制冷器
• 3.5.4 周期定标装置研制
• 3.5.5 测温装置设计
• 3.5.6 定标装置实物测试
• 4 成像处理
• 4.1 成像数据采集
• 4.2 成像方法
• 4.3 成像实验结果
• 6 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录A 成像及测温程序
• A.1 原始数据转化为灰度图像程序
• A.2 线性超分辨处理程序
• A.3 测温程序
• 附录B
• B.1 接收机实物图
• B.2 接收机实物测试图