基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置及方法

1.基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，包括：太赫兹雷达信号源，与控制与处理终端连接，在控制与处理终端的控制下用于产生设定形式的太赫兹随机跳频发射信号；所述太赫兹雷达信号源用于产生太赫兹随机跳频发射信号 其中,S tr (t n )表示太赫兹雷达信号源在t n 时刻产生的太赫兹随机跳频发射信号，A表示太赫兹随机跳频发射信号的幅度大小，j表示虚数单位，f c 表示太赫兹随机跳频发射信号的中心频率， 是在t n 时刻的随机跳频控制码，Δf表示系统允许的最小随机跳频间隔；最小随机跳频间隔Δf由透射式编码孔径天线的相位编码切换时间来确定的，使得太赫兹随机跳频发射信号中的单频子脉冲之间存在一定的时间间隔用于透射式编码孔径天线的编码切换，让不同频率的单频子脉冲对应不同的编码模式，同时也能让不同频率和不同编码状态下的太赫兹回波信号之间不发生重叠；随机跳频控制码 用于控制太赫兹随机跳频发射信号在t n 时刻的单频子脉冲频率，通过产生随机整数的方式在信号带宽范围内选择t n 时刻的随机频点作为单频子脉冲频率；随机跳频控制码 必须选择随机且不重复的整数，并且要保证太赫兹随机跳频发射信号中的单频子脉冲能随机且不重复的跳完带宽内等间距的所有频点；发射天线，用于将太赫兹雷达信号源产生的太赫兹随机跳频发射信号发射到透射式编码孔径天线；编码驱动器，与控制与处理终端连接，控制与处理终端将设定的随机相位编码方案传输至编码驱动器，编码驱动器将设定的随机相位编码方案加载至透射式编码孔径天线；透射式编码孔径天线及阵列非相干探测器集成装置，包括透射式编码孔径天线、阵列非相干探测器以及金属集成框架，所述金属集成框架为框架结构，所述透射式编码孔径天线设置在金属集成框架的内框中，所述阵列非相干探测器设置在金属集成框架的框架上，其中透射式编码孔径天线用于对入射的太赫兹随机跳频发射信号进行随机相位调制；阵列非相干探测器用于探测成像区域内目标表面散射回的太赫兹回波信号的强度；多通道高速采样与输出模块，用于对太赫兹回波信号的强度进行探测后，对阵列非相干探测器各个阵元对应探测的强度信息进行采样并多通道高速传输至控制与处理终端；同步时钟模块，与控制与处理终端连接，接收控制与处理终端的指令后，用于对太赫兹雷达信号源、编码驱动器和多通道高速采样与输出模块进行同步控制；控制与处理终端，对采样的太赫兹回波信号的强度信息进行处理，通过计算成像的方法来精确重构出目标，从而完成高分辨凝视成像。 2.根据权利要求1所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，同步时钟模块使太赫兹雷达信号源在切换下一个频点的太赫兹随机跳频发射信号时，编码驱动器能同步加载设定的随机相位编码方案至透射式编码孔径天线，而多通道高速采样与输出模块也能同步开始下一频点的太赫兹回波信号强度的采样与传输工作。 3.根据权利要求1所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，金属集成框架由上金属边框条、下金属边框条、左金属边框条、右金属边框条首尾相接而成；阵列非相干探测器包括多个非相干探测器阵元，在上金属边框条、下金属边框条、左金属边框条和右金属边框条中的至少一条金属边框条上呈阵列分布有多个非相干探测器阵元。 4.根据权利要求3所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，金属集成框架的内框尺寸由透射式编码孔径天线的尺寸大小决定，透射式编码孔径天线的尺寸大小为l c ×l c ，透射式编码孔径天线包含的编码天线阵元数为M，金属集成框架的内框尺寸大小设为l c ×l c 。 5.根据权利要求3所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，相邻非相干探测器阵元间的间距应该大于1个太赫兹回波信号波长。 6.根据权利要求1所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，发射天线与透射式编码孔径天线正对设置，且发射天线的中心与透射式编码孔径天线的中心处在同一轴线上。 7.根据权利要求1所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置，其特征在于，发射天线与透射式编码孔径天线之间的距离l 1 由发射天线的主瓣宽度决定，必须保证发射天线的主波束将透射式编码孔径天线全部覆盖，发射天线与透射式编码孔径天线之间的距离l 1 由下式决定：其中，l c 表示透射式编码孔径天线的长度，θ表示发射天线的主瓣波束宽度。 8.一种基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像方法，其特征在于，利用上述权利要求1至7中任一权利要求所述的基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置实现；太赫兹雷达信号源产生太赫兹随机跳频发射信号为太赫兹随机跳频发射信号S tr (t n )：其中,S tr (t n )表示太赫兹雷达信号源在t n 时刻产生的太赫兹随机跳频发射信号，A表示太赫兹随机跳频发射信号的幅度大小，j表示虚数单位，f c 表示太赫兹随机跳频发射信号的中心频率， 是在t n 时刻的随机跳频控制码，Δf表示系统允许的最小随机跳频间隔；设阵列非相干探测器共有Q个非相干探测器阵元，各个非相干探测器阵元相互独立，其中，第q个非相干探测器阵元位置矢量为r q ；设透射式编码孔径天线共有M个编码天线阵元，第m个编码天线阵元的位置矢量是r m ；设成像区域被划分为W个成像网格，第w个成像网格的中心位置矢量为r w ；阵列非相干探测器的第q个非相干探测器阵元在t n 时刻接收太赫兹回波信号时，推演的参考信号S (q) (t n ,r q )写为：其中，R 0 是发射天线的位置矢量，c是电磁波的传播速度，而 则表示t n 时刻被编码驱动器加载到透射式编码孔径天线的第m个编码天线阵元上的随机相位调制因子；得到阵列非相干探测器的第q个非相干探测器阵元在t n 时刻接收到的太赫兹回波信号强度Sr (q) (t n )，如下式所示:其中，β w 是第w个成像网格内的目标散射系数；将t n 时刻的孔径编码无相位成像方程写为：Sr(t n )＝|S(t n )·β| 2其中Sr(t n )＝[Sr (1) (t n ),Sr (2) (t n ),...,Sr (Q) (t n )] T 是t n 时刻整个阵列非相干探测器接收的太赫兹回波信号强度矢量，β＝[β 1 ,β 2 ,...,β W ] T 是所有成像网格内目标的散射系数矢量，而t n 时刻整个阵列非相干探测器对应的参考信号矩阵S(t n )则被表示为：最终，经过N个时刻，能够建立出基于阵列非相干探测器的太赫兹孔径编码无相位成像装置所对应的无相位成像方程，写为：Sr＝|S·β+ω| 2其中Sr＝[Sr(t 1 ) T ,Sr(t 2 ) T ,...,Sr(t N ) T ] T 是阵列非相干探测器在经过N个时刻得到的回波信号的强度矢量；S＝[S(t 1 ) T ,S(t 2 ) T ,...,S(t N ) T ] T 是经过N个时刻得到的对应的参考信号矩阵，ω＝[ω 1 ,ω 2 ,...,ω L ] T 是阵列非相干探测器在探测太赫兹回波信号过程中产生的高斯白噪声，其中L＝N×Q是阵列非相干探测器在N个时刻总共采样得到的强度信息的数量，即矢量Sr的维度；求解无相位成像方程，计算出目标的散射系数矢量β＝[β 1 ,β 2 ,...,β W ] T ，最终实现对目标的精确重构，完成雷达高分辨凝视成像。