毫米波辐射计对金属目标的探测

　　1　引　言

　　金属目标的探测在军事侦察、遥感、安全检查等方面有着重要的应用价值,而传统的探测手段如雷达等,由于必须发射信号并根据接收的回波对目标进行探测,不可避免存在隐蔽性差、对隐身目标无法探测等缺点,而毫米波辐射计具有较强的区别金属目标和周围环境的能力[1],它依靠35、94、140、220GHz的大气传播窗口[2]接收地面或空中的物体及背景热辐射能量,有较大的系统带宽,不发射任何信号,可以实现全天候、全天时工作,并且设备简单,隐蔽性好,因此利用毫米波辐射计对金属目标进行探测具有独特优势。

　　毫米波辐射计目标探测方式主要有两种,一种是非成像方式;另一种是成像方式。利用非成像方式对金属目标的探测已有详细论述[3-4],但提供的信息量小,如目标的形状、大小和位置等;利用成像方式探测金属目标则报道较少,即使有也是将重点放在成像过程上并且背景单一[5],而对于有复杂背景干扰情况下的金属目标检测则很少涉及。本文将采用8mm辐射计对包含目标的场景进行扫描,获取场景的图像,利用图像处理技术去除背景干扰信息,检测出金属目标。

　　2　金属目标探测原理

　　在毫米波波段,不同物质的辐射温度差别很大,一般来说,相对介电常数高的物质,发射率低,反射系数大,因此在同样的物理温度下,高导电材料的辐射系数小,辐射温度低,即比较冷,利用金属与其它物质辐射温度的这种差异,即可探测出金属目标。

　　假设金属目标充满毫米波辐射计的整个扫描波束,大气衰减忽略不计,当毫米波辐射计扫描到金属目标时,天线附近的温度为[1]:

　　其中,TBG为天线扫描到背景时的天线温度,由于金属与地面背景的视在温度差很大,对于30°的观测角,这一差值约为200~250K,因此当毫米波辐射计天线波束扫过金属目标和地面背景时,天线温度或者天线温度对比度的变化是很显著的,判断ΔTA即可检测出金属目标。但是,如果存在辐射特性与金属相似的背景,如天空等,由于辐射计的灵敏度及图像的灰度级所限,根据成像结果很难将这些背景与金属目标分开的,此时就需要采用图像处理技术排除这些背景的干扰,进而检测出金属目标。

　　3　毫米波辐射计成像系统

　　如图1所示,毫米波辐射计成像系统由输入设备、处理设备、输出设备三部分组成,其中输入设备包括天线、毫米波辐射计和驱动装置,处理设备包括PC主机及安装在主机上的数据采集卡,输出设备主要包括显示器和存储器。系统采用灵敏度较高的全功率辐射计,采用PC机对整个系统进行控制,可选择扫描方式。探测系统的结构及各组成部分叙述如下: