一種干涉微波輻射計時鐘掃描成像裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微波遙感技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種被動微波輻射計成像裝置，尤其涉 及一種利用干涉式綜合孔徑成像技術(shù)來實現(xiàn)高空間分辨率的微波輻射計掃描成像裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 微波輻射計是微波遙感領(lǐng)域的一種重要探測儀器，它通過接收被測目標的自然輻 射來得到目標的輻射亮溫，進而反演被測目標的一些特定物理參數(shù)。微波輻射計在大氣、海 洋、植被、土壤等遙感領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，同時還在環(huán)境偵查、隱藏目標探測、無損安檢等新興領(lǐng) 域推廣應(yīng)用。
[0003]由于受天線口徑的限制，微波輻射計的一個主要缺點是空間分辨率較低。自上世 紀80年代引入綜合孔徑干涉成像技術(shù)后，空間分辨率得到一定程度的提升，但仍然不能滿 足日益增長的高空間分辨率需求。目前提出的時鐘掃描天線陣的概念，為進一步提升空間 分辨率提供了一種有效途徑，采用這種體制可以以較低的代價實現(xiàn)更大的天線陣口面(可 參考J.Wu，C.Zhang，H.Liu,W.Sun，andJ.Yan."Clockscanofimaginginterferometric radiometeranditsapplications，"Proc.IGARSS，pp.5244-5246,Jul.2007.和C.Zhang， J.ffu,andH.Liu."ClockScanningMicrowaveInterferometricRadiometerand PotentialApplicationAnalysis",D0I:10.1109/JSTARS.2015.2428173)〇
[0004]由于時鐘掃描天線陣是由兩組以不同速度旋轉(zhuǎn)的天線子陣組成，因此帶來的技術(shù) 難題主要是雙自由度轉(zhuǎn)臺控制機構(gòu)以及天線子陣之間的信號傳輸比較復雜。設(shè)計一種簡單 可靠的裝置來實現(xiàn)天線陣的時鐘掃描并且實現(xiàn)兩個旋轉(zhuǎn)面之間的高精度信號傳輸是解決 時鐘掃描式綜合孔徑輻射計走向?qū)嶋H應(yīng)用的關(guān)鍵。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，為克服雙自由度天線陣旋轉(zhuǎn)掃描技術(shù)的困難，解決時鐘掃描 轉(zhuǎn)臺控制機構(gòu)和信號傳輸?shù)碾y題，滿足時鐘掃描干涉微波輻射計走向?qū)嶋H應(yīng)用的需求，本 發(fā)明提出一種干涉微波輻射計時鐘掃描成像裝置。
[0006]為實現(xiàn)上述發(fā)明目標，本發(fā)明提供一種干涉微波輻射計時鐘掃描成像裝置，所述 成像裝置包括:分針單元天線1、秒鐘單元天線2、分針射頻接收機3、秒針射頻接收機4、分針 天線支臂5、秒針天線支臂6、第一級導電滑環(huán)16、第二級導電滑環(huán)18、射頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)17、數(shù)字 板與時鐘模塊15、三軸轉(zhuǎn)臺、轉(zhuǎn)臺支架21和數(shù)控處理機柜22。
[0007]所述三軸轉(zhuǎn)臺包含兩級方位向轉(zhuǎn)軸和一個俯仰向轉(zhuǎn)軸，第一級方位向轉(zhuǎn)軸由第一 級伺服電機8和第一級齒輪傳動機構(gòu)9驅(qū)動，并帶動第一級安裝面7圍繞軸線L自由轉(zhuǎn)動，第 二級方位向轉(zhuǎn)軸由第二級伺服電機12和第二級齒輪傳動機構(gòu)13驅(qū)動，并帶動第二級安裝面 11圍繞軸線L自由轉(zhuǎn)動，且所述第一級安裝面7和第二安裝面11平行;所述俯仰向轉(zhuǎn)軸由俯 仰伺服電機19和俯仰齒輪傳動機構(gòu)20驅(qū)動，并帶動第一級安裝面7和第二級安裝面11圍繞 軸線0自由轉(zhuǎn)動;所述軸線L和軸線0相互垂直；
[0008] 所述單元天線共有N個，將N個單元天線分為兩組，即所述分針單元天線1和秒鐘單 元天線2;所述分針單元天線1通過分針天線支臂5與所述第一級安裝面7相連;所述秒針單 元天線2通過秒針天線支臂6與所述第二級安裝面11相連;所述秒針單元天線2和分針單元 天線1分別位于秒針天線支臂6和分針天線支臂5的頂端;其中，N2 2;
[0009] 所述分針射頻接收機3和秒針射頻接收機4的數(shù)量分別與分針單元天線1與秒針單 元天線2的數(shù)量相同，所述分針射頻接收機3和秒針射頻接收機4分別安裝在分針天線支臂5 和秒針天線支臂6上，用于實現(xiàn)對單元天線的輸出信號進行放大、濾波和變頻處理；
[0010] 所述數(shù)字板與時鐘模塊15安裝在所述第二級安裝面11上，用于實現(xiàn)對各路分針射 頻接收機3和秒針射頻接收機4的輸出信號進行數(shù)字采集和相關(guān)處理，并且為各路分針射頻 接收機3和秒針射頻接收機4提供同步時鐘信號；
[0011] 所述第一級導電滑環(huán)16和第二級導電滑環(huán)18分別安裝在第一級安裝面7和第二級 安裝平面11上的中心位置，用于實現(xiàn)所述分針射頻接收機3和秒針射頻接收機4與所述數(shù)控 處理機柜22之間的電路傳輸；
[0012] 所述射頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)17共有1個，安裝在所述第一級安裝面7的中心轉(zhuǎn)軸處，用于實 現(xiàn)與所述分針射頻接收機3與所述數(shù)字板與時鐘模塊15之間的射頻信號傳輸；
[0013] 所述轉(zhuǎn)臺支架21用于對所述三軸轉(zhuǎn)臺進行支撐和移動；
[0014] 所述數(shù)控處理機柜22用于對所述三軸轉(zhuǎn)臺進行控制，并且對所述數(shù)字板與時鐘模 塊15的輸出信號進行成像處理。
[0015] 可選的，上述兩級方位向轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)360°無限制連續(xù)旋轉(zhuǎn)，且兩個方位向轉(zhuǎn)軸的中 心軸線L重合且該中心轉(zhuǎn)軸L垂直于所述單元天線的旋轉(zhuǎn)面。
[0016] 進一步可選的，上述俯仰向轉(zhuǎn)軸實現(xiàn)0°至90°的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
[0017] 上述兩級方位向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速不同，且兩級方位向轉(zhuǎn)軸既能夠同向旋轉(zhuǎn)也能夠逆向 旋轉(zhuǎn)，兩級方位向轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)速能夠根據(jù)應(yīng)用需求進行調(diào)整，進而實現(xiàn)特定的掃描軌跡和成 像時間分辨率。
[0018] 上述天線支臂的長度能夠調(diào)整，以實現(xiàn)特定的成像空間分辨率。
[0019] 上述N個單元天線處于同一個平面上;所述N個單元天線的朝向一致并且與中心旋 轉(zhuǎn)軸線L平行；
[0020] 屬于同一組內(nèi)的單元天線到中心軸線L的垂直距離相等。
[0021 ]上述射頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)共有"Μ+Γ路射頻通道;其中，Μ路通道用于將所述第一級安裝 面(7)上的所述Μ路射頻接收機輸出的射頻信號傳輸至所述數(shù)字板與時鐘模塊，一路通道用 于將所述數(shù)字板與時鐘模塊輸出的時鐘信號傳輸至位于第一級安裝面(7)上的所述Μ路射 頻接收機;Μ的取值范圍為：[1，Ν-2 ]。
[0022]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0023] 1)本發(fā)明實現(xiàn)了天線陣的雙自由度旋轉(zhuǎn)掃描功能，并解決了各路射頻接收機和數(shù) 字板與時鐘模塊以及數(shù)控處理機柜之間的射頻信號和電信號的線路傳輸問題。
[0024] 2)本發(fā)明中的三軸轉(zhuǎn)臺由兩個獨立的電機及驅(qū)動機構(gòu)分別驅(qū)動兩級旋轉(zhuǎn)面進行 方位向旋轉(zhuǎn)掃描，可以靈活實現(xiàn)各種掃描方案，并可以根據(jù)應(yīng)用需求對兩級旋轉(zhuǎn)面的轉(zhuǎn)速 進行隨時調(diào)整，提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性。
[0025] 3)本發(fā)明中的三軸轉(zhuǎn)臺采用兩級疊加式轉(zhuǎn)臺驅(qū)動結(jié)構(gòu)，可以提高兩組單元天線之 間的相對轉(zhuǎn)速的控制精度，進而降低成像誤差，提高成像質(zhì)量。
[0026] 4)本發(fā)明中的數(shù)字板與時鐘模塊置于三軸轉(zhuǎn)臺的第二級旋轉(zhuǎn)面上，因此只需要一 個射頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)即可實現(xiàn)所有射頻接收機與數(shù)字板與時鐘模塊之間的射頻信號和時鐘信 號的傳輸，大大降低了系統(tǒng)復雜度，節(jié)省成本。
【附圖說明】
[0027] 圖1為掃描成像裝置整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2為三軸轉(zhuǎn)臺整體結(jié)構(gòu)示意圖 [0029]圖3為三軸轉(zhuǎn)臺內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖4為掃描成像裝置電路及信號傳輸鏈路圖；
[0031]圖5為掃描裝置采用同向旋轉(zhuǎn)時的基線掃描軌跡圖；
[0032]圖6為掃描裝置采用逆向旋轉(zhuǎn)時的基線掃描軌跡圖。
[0033] 附圖標識：
[0034] 1、分針單元天線 2、秒針單元天線 3、分針射頻接收機
[0035] 4、秒針射頻接收機 5、分針天線支臂 6、秒針天線支臂
[0036] 7、第一級安裝面 8、第一級伺服電機 9、第一級齒輪傳動機構(gòu)
[0037] 10、第一級角編碼器 11、第二級安裝面 12、第二級伺服電機
[0038] 13、第二級齒輪傳動機構(gòu)14、第二級角編碼器 15、數(shù)字板與時鐘模塊
[0039] 16、第一級導電滑環(huán) 17、射頻旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié) 18、第二級導電滑環(huán)
[0040] 19、俯仰伺服電機 20、俯仰齒輪傳動機構(gòu)21、轉(zhuǎn)臺支架
[0041 ] 22、數(shù)控處理機柜 23、萬向輪 24、可伸縮支撐臂
[0042] 25、第一級支撐艙 26、第二級支撐艙 27、俯仰轉(zhuǎn)軸
【具體實施方式】
[0043]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0044]本發(fā)明提供的干涉微波輻射計時鐘掃描成像裝置，如圖1所示，用于接收外界電磁 波信號的8個單元天線分為2組，每組4個，分別為分針單元天線1和秒針單元天線2。8個單元 天線可工作在任意射頻波段。4個分針單元天線1分別安裝在4個分針天線支臂5的頂端。4個 秒針單元天線2安裝在秒針天線支臂6的頂端。秒針單元天線2處于分針單元天線1的外側(cè)， 并共處于同一平面內(nèi)。所有單元天線的安裝指向與中心軸線L平行。
[0045]分針射頻接收機3和秒針射頻接收機4分別安裝在分針天線支臂5和秒針天線支臂 6上，用于對單元天線的輸出信號進行放大、濾波和下變頻處理。射頻接收機3和4的安裝位 置應(yīng)當盡量靠近分針單元天線1和秒針單元天線2,以降低射頻信號的傳輸損耗。
[0046]天線支臂5和6安裝在三軸轉(zhuǎn)臺上，單元天線1和2的方位向旋轉(zhuǎn)和