專利名稱：一種人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種人體安檢系統(tǒng)。更具體地，本發(fā)明涉及基于毫米波主動(dòng)式的高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描的三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)和掃描方法。
背景技術(shù)：
國(guó)際反恐形式的緊迫對(duì)人體安檢提出了多方面新的需求，首先需要能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)人體衣物掩蓋下的物品實(shí)現(xiàn)非脫衣式三維全息成像檢測(cè)，提高識(shí)別可疑物品的效率；第二、需要擴(kuò)展檢測(cè)能力，能夠?qū)饘偌胺墙饘傥锲穼?shí)現(xiàn)檢測(cè)，包括槍支、刀具、炸藥、毒品、光盤(pán)、現(xiàn)金、液體、芯片、陶瓷等；第三、需要在保障以上需求的基礎(chǔ)上降低安檢系統(tǒng)探測(cè)手段對(duì)人體健康的危害。可用于人體安檢的現(xiàn)有技術(shù)手段包括金屬探測(cè)、X射線成像、主、被動(dòng)毫米波探測(cè)等。傳統(tǒng)的人員安檢系統(tǒng)基本采用金屬物體探測(cè)門(mén)和手持式金屬探測(cè)器對(duì)人體進(jìn)行金屬違禁品探測(cè)，這種方式無(wú)法探測(cè)出隱匿攜帶的非金屬違禁品，如毒品、炸藥等，給安防帶來(lái)隱患。近年來(lái)，國(guó)際上出現(xiàn)了低輻射劑量的X射線人體安檢儀可以實(shí)現(xiàn)對(duì)金屬及非金屬目標(biāo)的探測(cè)，由于其對(duì)人員身體存在輻射危害，不被公眾所接受，難以在日常安檢中推廣使用。相比之下，毫米波探測(cè)技術(shù)具有能夠穿透人體衣物，對(duì)人體輻射劑量小，實(shí)現(xiàn)較成像，能夠識(shí)別各類金屬及非金屬違禁品等諸多優(yōu)點(diǎn)，近十年來(lái)隨著毫米波技術(shù)的發(fā)展和器件成本的降低，在人體安檢中正逐步引起重視。毫米波探測(cè)技術(shù)可分為被動(dòng)式探測(cè)和主動(dòng)式探測(cè)，被動(dòng)式探測(cè)技術(shù)是利用物體自發(fā)輻射的微波亮溫度，通過(guò)焦平面陣列微波輻射機(jī)、 合成綜合孔徑微波輻射計(jì)等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)被觀測(cè)物體的成像，目前這種方式存在成像精度不高、系統(tǒng)觀測(cè)實(shí)時(shí)性差的問(wèn)題，目前無(wú)法進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。主動(dòng)式毫米波人體安檢系統(tǒng)，主要利用平面合成孔徑技術(shù)、柱面合成孔徑技術(shù)。其中平面合成孔徑技術(shù)產(chǎn)生三維全息立體圖像的能力不足，目前利用柱面合成孔徑技術(shù)成為主動(dòng)式毫米波人體安檢系統(tǒng)的發(fā)展方向。毫米波主動(dòng)式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維成像人體安檢系統(tǒng)采取了毫米波主動(dòng)式柱狀合成孔徑技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢人員的非脫衣式安全檢測(cè)。這種安檢系統(tǒng)采取了開(kāi)關(guān)天線陣列圓周方向機(jī)械帶動(dòng)的旋轉(zhuǎn)掃描和豎直方向電切換掃描相結(jié)合的探測(cè)方式。但現(xiàn)有的安檢系統(tǒng)均為單一開(kāi)關(guān)天線陣列，使用單一開(kāi)關(guān)陣列天線對(duì)待檢人員進(jìn)行掃描探測(cè)的方式延長(zhǎng)了對(duì)待檢人員的掃描時(shí)間，降低了安檢效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)待檢人員的快速檢測(cè)。
本發(fā)明的毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)包括具有出入口的圓柱狀主體框架，形成第一掃描區(qū)域，第二掃描區(qū)域和待掃描區(qū)域；第一毫米波收發(fā)機(jī)和第二毫米波收發(fā)機(jī)；與所述第一毫米波收發(fā)機(jī)連接的第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列，和與所述第二毫米波收發(fā)機(jī)連接的第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列；旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置，用于驅(qū)動(dòng)所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和所述第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列對(duì)向旋轉(zhuǎn)；控制裝置，用于控制旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置以及第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)，使第一和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列分別在第一和第二掃描區(qū)域內(nèi)對(duì)所述待掃描區(qū)域進(jìn)行并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描；以及并行圖像處理裝置，用于根據(jù)來(lái)自第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)的采集數(shù)據(jù)及該采集數(shù)據(jù)的空間位置信息合成待檢人員的三維全息圖像。進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)臂，所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂上。進(jìn)一步地，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置包括光柵角度信息輸出單元，用于輸出所述第一和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列的旋轉(zhuǎn)角度信息。進(jìn)一步地，所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和所述第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列對(duì)向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)范圍為120度。進(jìn)一步地，所述第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)分別包括時(shí)序控制單元，所述毫米波開(kāi)關(guān)陣列天線通過(guò)所述光柵角度信息輸出單元確定水平圓周掃描方向上的列掃描位置，通過(guò)所述時(shí)序控制單元實(shí)現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。進(jìn)一步地，毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列包括多個(gè)接收天線單元和相應(yīng)多個(gè)發(fā)射天線單元，接收天線單元和發(fā)射天線單元分列交錯(cuò)排列，并且各天線單元之間等間隔排布。進(jìn)一步地，所述天線為喇叭天線和/或介質(zhì)桿天線，所述開(kāi)關(guān)為單刀多擲堆疊組合形式用于對(duì)天線單元的切換。進(jìn)一步地，各毫米波收發(fā)機(jī)向相應(yīng)的毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列提供步進(jìn)頻率連續(xù)波， 工作頻率范圍為12到50GHz。另一方面，本發(fā)明還提供一種毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)的掃描方法。該方法包括所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置在控制裝置的控制下帶動(dòng)所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列分別在第一掃描區(qū)域和第二掃描區(qū)域內(nèi)并行對(duì)向旋轉(zhuǎn)對(duì)待掃描區(qū)域進(jìn)行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描，并行圖像處理裝置根據(jù)來(lái)自第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)的采集數(shù)據(jù)及該采集數(shù)據(jù)的空間位置信息合成待檢人員的三維全息圖像。進(jìn)一步，所述毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列中的接收天線單元和發(fā)射天線單元進(jìn)行交錯(cuò)收發(fā)。另一方面，本發(fā)明的毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)采用頻分掃描方式和空分掃描方式對(duì)待檢人員進(jìn)行掃描。所述頻分方式為在掃描期間，同一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率不同。
進(jìn)一步地，在掃描期間，同一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率具有相等的頻率差。進(jìn)一步地，第一毫米波收發(fā)機(jī)和第二毫米波收發(fā)機(jī)分別提供步進(jìn)頻率連續(xù)波探測(cè)信號(hào)。進(jìn)一步地，在掃描期間，同一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率相差50MHz。所述空分方式掃描方法為在掃描期間，任一時(shí)刻第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列中天線單元的探測(cè)高度不同。進(jìn)一步地，在整個(gè)掃描期間，所述探測(cè)高度位置保持相同的差別。進(jìn)一步地，空分方式掃描方法包括分別將第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第二上半部分和第二下半部分；第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個(gè)天線單元；以及第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個(gè)天線單元。或者，空分方式掃描方法包括分別將第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第二上半部分和第二下半部分；第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個(gè)天線單元；以及第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個(gè)天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個(gè)天線單元?；蛘?，空分方式的掃描方法包括分別將第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第二上半部分和第二下半部分；第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個(gè)天線單元；以及第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個(gè)天線單元?；蛘撸辗址绞綊呙璺椒òǚ謩e將第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列平均分為第二上半部分和第二下半部分；
第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個(gè)天線單元；以及第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個(gè)天線單元，同時(shí)，第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個(gè)天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個(gè)天線單元。本發(fā)明也可以將頻分方式掃描方法和空分方式掃描方法結(jié)合使用。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1、采用的通過(guò)式結(jié)構(gòu)的三維柱狀掃描安檢系統(tǒng)，可以放置于安檢通道關(guān)口，待檢人員可以徑直走進(jìn)安檢區(qū)域，以提高安檢效率。2、通過(guò)采用兩部毫米波收發(fā)機(jī)和毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列并行工作的方式，與采用一部毫米波收發(fā)機(jī)和毫米波陣列天線的形式相比，可以大大縮短安檢時(shí)間，避免人體在過(guò)長(zhǎng)掃描探測(cè)期間出現(xiàn)晃動(dòng)影響成像質(zhì)量。3、通過(guò)采用陣列天線收發(fā)單元之間的交錯(cuò)探測(cè)技術(shù)，可以提高對(duì)待掃描區(qū)域豎直方向波束探測(cè)的精度，將成像結(jié)果在豎直方向的分辨率提高一倍。4、采用了能夠輸出旋轉(zhuǎn)角度信息的高精度旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置，可以精確地獲得毫米陣列天線在水平圓周方向旋轉(zhuǎn)掃描的角度位置，以提高水平圓周方向旋轉(zhuǎn)掃描的探測(cè)精度。5、通過(guò)頻分、空分技術(shù)使毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列對(duì)向并行掃描時(shí)避免了對(duì)向輻射干擾，提高了成像清晰度水平。


下面將參照附圖并結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明。圖1為本發(fā)明毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)的主框圖；圖2為本發(fā)明系統(tǒng)的頂視圖；圖3為本發(fā)明系統(tǒng)的毫米波收發(fā)機(jī)組成及與其他部件的工作關(guān)系圖；圖4為本發(fā)明系統(tǒng)的毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為本發(fā)明系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置組成及與其他部件的的工作關(guān)系圖；圖6為系統(tǒng)工作流程圖；圖7為系統(tǒng)圖像處理基本流程圖；圖8為空分方式技術(shù)原理圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖并借助本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細(xì)描述。應(yīng)當(dāng)理解，附圖中所示各元部件是示意性而非限制性的，各特征未按比例畫(huà)出。在各裝置附圖中， 相同的附圖標(biāo)記表示相同的元部件。如圖1和2所示，本發(fā)明毫米波主動(dòng)式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)包括圓柱狀的主體框架1、操控計(jì)算機(jī)13、控制裝置4、第一毫米波收發(fā)機(jī)2和第二毫米波收發(fā)機(jī)3、與第一毫米波收發(fā)機(jī)2連接的第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和與第二毫米波收發(fā)機(jī)3連接的第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8、能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)角度信息的旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6和并行圖像處理裝置5。該安檢系統(tǒng)為通過(guò)式結(jié)構(gòu)，即圓柱狀的主體框架1設(shè)有入口 11和出口 12，主體框架1內(nèi)部形成待掃描區(qū)域15，在入口 11和出口 12之間形成對(duì)稱分布的第一掃描區(qū)域9和第二掃描區(qū)域10。主體框架1頂部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6，如圖5所示，該旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6包括電機(jī)30、變速箱31，還包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)臂32用于分別固定毫米波收發(fā)機(jī)和毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列。在本實(shí)施例中，第一毫米波收發(fā)機(jī)2、第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7懸掛在其中一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂上，第二毫米波收發(fā)機(jī)3、第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8懸掛在另一側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)臂上。第一和第二掃描區(qū)域采用封閉式透明防護(hù)結(jié)構(gòu)分別將固定有毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列的轉(zhuǎn)動(dòng)臂封閉其中。待檢人員14由入口 11進(jìn)入后，在待掃描區(qū)域15的中心位置靜止站立，安檢人員通過(guò)操控計(jì)算機(jī)13觸發(fā)掃描指令，旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6在控制裝置4 的控制下驅(qū)動(dòng)安裝于轉(zhuǎn)動(dòng)臂的毫米波收發(fā)機(jī)2和3、毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和8，在分置于安檢系統(tǒng)主體框架的兩個(gè)掃描區(qū)域9和10內(nèi)進(jìn)行對(duì)待掃描區(qū)域15的并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描。 完成掃描后，待檢人員由出口 12離開(kāi)。第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8由所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6帶動(dòng)，分別沿第一掃描區(qū)域9和第二掃描區(qū)域10進(jìn)行對(duì)向旋轉(zhuǎn)，每一轉(zhuǎn)動(dòng)臂轉(zhuǎn)動(dòng)范圍例如為120度。因?yàn)楹撩撞ㄩ_(kāi)關(guān)天線陣列各個(gè)天線單元所輻射的探測(cè)信號(hào)形成的波瓣足以覆蓋待測(cè)人員的周?chē)?60度的空間，因此兩側(cè)毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列同時(shí)并行掃描，比起單一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列進(jìn)行360度圓周掃描能夠大大縮短掃描時(shí)間。如圖5所示，旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6還包括光柵角度信息輸出單元33。光柵角度信息輸出單元33是利用光柵確定水平圓周方向上的列掃描切換位置，向控制裝置4提供角度位置信息，從而確定天線豎直和水平圓周方向毫米波探測(cè)波束的工作時(shí)序。毫米波收發(fā)機(jī)向毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列提供步進(jìn)頻率連續(xù)波。這里的步進(jìn)頻率連續(xù)波是連續(xù)的且頻率步進(jìn)的波。典型的工作頻率范圍為12到50GHz，頻率點(diǎn)之間的間隔即步長(zhǎng)值根據(jù)目標(biāo)區(qū)范圍確定，比如50MHz、IOOMHz或200MHz等，在每個(gè)頻點(diǎn)毫米波收發(fā)機(jī)輸出數(shù)十納秒時(shí)間長(zhǎng)度的連續(xù)波的探測(cè)信號(hào)。根據(jù)圖3所示，毫米波收發(fā)機(jī)包括高穩(wěn)定度晶體振蕩器16、第一頻率綜合器17和第二頻率綜合器20、第一變頻單元18和第二變頻單元 21、第一定向耦合器19和第二定向耦合器22，第一混頻器23和第二混頻器24，正交解調(diào)器 25、數(shù)據(jù)采集單元沈和時(shí)序控制單元27。其中，第一頻率綜合器17和第二頻率綜合器20 具有數(shù)十納秒級(jí)捷變頻率速度，本發(fā)明可以使用直接數(shù)字頻率合成器(DDQ或壓控振蕩器 (VCO)；數(shù)據(jù)采集單元沈例如利用AD采集方式采集。高穩(wěn)定度晶體振蕩器16輸出基準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)并分兩路分別提供給第一頻率綜合器 17和第二頻率綜合器20，通過(guò)第一頻率綜合器17輸出發(fā)射探測(cè)基帶信號(hào)，通過(guò)第二頻率綜合器20輸出參考基帶信號(hào)。發(fā)射探測(cè)基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)第一變頻單元18變頻后變?yōu)楹撩撞úǘ蔚陌l(fā)射探測(cè)信號(hào)；參考基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)第二變頻單元21變頻后變?yōu)楹撩撞úǘ蔚膮⒖夹盘?hào)。發(fā)射探測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)第一定向耦合器19又分為兩路，參考信號(hào)經(jīng)過(guò)第二定向耦合器22 也分為兩路。發(fā)射探測(cè)信號(hào)的第一路信號(hào)傳送給毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列的發(fā)射通道用于探測(cè)目標(biāo)，發(fā)射探測(cè)信號(hào)的第二路信號(hào)與參考信號(hào)的第二路信號(hào)經(jīng)過(guò)第二混頻器對(duì)混頻用作接收參考基帶信號(hào)。參考信號(hào)的第一路與來(lái)自毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列的接收通道的接收信號(hào)經(jīng)過(guò)第一混頻器23相混頻用作接收基帶信號(hào)。接收參考基帶信號(hào)與接收基帶信號(hào)通過(guò)正交解調(diào)器25解調(diào)，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集單元沈采集，獲得對(duì)待檢人員的步進(jìn)頻率探測(cè)波在各頻率點(diǎn)下的幅度和相位信息。以上所有部件受毫米波收發(fā)機(jī)內(nèi)部的時(shí)序控制單元27控制，從而實(shí)現(xiàn)豎直方向上的掃描切換。本文中所提到的毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列的發(fā)射通道是指發(fā)射天線單元，接收通道是指接收天線單元，詳細(xì)說(shuō)明請(qǐng)參見(jiàn)下文。如圖4所示，毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列由多個(gè)天線單元組成，包括用于發(fā)射信號(hào)的發(fā)射天線單元觀和用于接收信號(hào)的接收天線單元29。毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列為收發(fā)分置，發(fā)射天線單元觀(簡(jiǎn)稱發(fā)單元)和接收天線單元29 (簡(jiǎn)稱收單元)按照收發(fā)交錯(cuò)次序排列，并且各天線單元之間等間隔排布，即發(fā)單元之間等間隔排布，收單元之間等間隔排布，發(fā)單元和收單元之間等間隔交錯(cuò)排布。天線的形式包括喇叭天線和/或介質(zhì)桿天線形式。通過(guò)發(fā)、收天線單元的交錯(cuò)式收發(fā)控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)待掃描區(qū)域15豎直方向的高密度探測(cè)波束掃描。毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列中的開(kāi)關(guān)為單刀多擲堆疊組合形式，如典型的256單元陣列由32個(gè)一級(jí)單刀八擲開(kāi)關(guān)，4個(gè)二級(jí)單刀八擲開(kāi)關(guān)和1個(gè)三級(jí)單刀四擲開(kāi)關(guān)構(gòu)成，完成天線陣列在豎直方向上的天線單元切換。在本發(fā)明的安檢系統(tǒng)中，安檢過(guò)程的工作時(shí)序如圖6所示，過(guò)程如下步驟一，S35、系統(tǒng)加電后系統(tǒng)內(nèi)各部分完成自檢，如有故障則S36、通過(guò)操控計(jì)算機(jī)13顯示系統(tǒng)故障信息并檢修，如無(wú)故障則進(jìn)入步驟二。步驟二，進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)。S37、由操控計(jì)算機(jī)觸發(fā)校準(zhǔn)命令。S38、毫米波收發(fā)機(jī)進(jìn)行工作頻率校準(zhǔn)、毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列進(jìn)行各收發(fā)通道幅度和相位校準(zhǔn)。S39、確定上述校準(zhǔn)數(shù)據(jù)并記錄于系統(tǒng)的并行圖像處理裝置5中。步驟三，系統(tǒng)進(jìn)入安檢掃描工作狀態(tài)，待檢人員14由系統(tǒng)入口 11進(jìn)入后，豎直靜止站立于待掃描區(qū)域15中央。S40、由安檢人員通過(guò)操控計(jì)算機(jī)13觸發(fā)掃描指令。S41、旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6在控制裝置4的控制下帶動(dòng)安裝在轉(zhuǎn)動(dòng)臂32上的第一、二毫米波收發(fā)機(jī)、第一、二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列，在分置于安檢系統(tǒng)主體框架的第一、二掃描區(qū)域內(nèi)進(jìn)行對(duì)待掃描區(qū)域15的圓柱旋轉(zhuǎn)掃描，毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列通過(guò)旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置6的光柵角度信息輸出單元33確定水平圓周方向上的列掃描切換位置，通過(guò)毫米波收發(fā)機(jī)的時(shí)序控制單元27實(shí)現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。毫米波收發(fā)機(jī)中的數(shù)據(jù)采集單元沈采集的各天線單元的掃描數(shù)據(jù)即在各空間位置和頻點(diǎn)的探測(cè)波幅度和相位信息，送入并行圖像處理裝置5。S42、并行圖像處理裝置5利用S39中獲得的系統(tǒng)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)S41中采集到的待檢人員14的掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、圖像顯示以及危險(xiǎn)可疑物品識(shí)別和標(biāo)示。S42的典型實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖7所示，包括S44、柱面二維快速傅里葉變換(“快速傅里葉變換”簡(jiǎn)稱FFT)，S45、柱面解卷積(一維FFT)，S46、極坐標(biāo)-直角坐標(biāo)插值，S47、三維快速傅里葉反變換(IFFT)。進(jìn)而通過(guò)成像輸出典型的主動(dòng)式毫米波三維全息灰度圖像如圖 8所示，并完成對(duì)其上的危險(xiǎn)可疑物品識(shí)別和標(biāo)示。步驟四，提示校準(zhǔn)。系統(tǒng)對(duì)待檢人員持續(xù)工作一段時(shí)間后，步驟S43、根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定提示系統(tǒng)需要校準(zhǔn)，如確定需要校準(zhǔn)，則返回步驟二，校準(zhǔn)過(guò)程完成后，則系統(tǒng)重新進(jìn)入對(duì)待檢人員的安檢狀態(tài)。如果不需要，則返回步驟三，繼續(xù)進(jìn)行安檢。另外，本系統(tǒng)在以上任意步驟中出現(xiàn)故障，則步驟34、由操控計(jì)算機(jī)13觸發(fā)重置(reset)命令并進(jìn)入步驟一的系統(tǒng)自檢。通過(guò)將安檢系統(tǒng)設(shè)計(jì)成通道式結(jié)構(gòu)，采取兩列開(kāi)關(guān)天線陣列對(duì)向旋轉(zhuǎn)掃描并行工作的方式，減少了開(kāi)關(guān)天線陣列角度旋轉(zhuǎn)范圍，縮短旋轉(zhuǎn)掃描探測(cè)時(shí)間一倍以上，避免人體在過(guò)長(zhǎng)掃描探測(cè)期間出現(xiàn)晃動(dòng)影響成像質(zhì)量。然而由于兩列對(duì)向天線距離較近(基本Im以內(nèi))，采用柱狀合成孔徑技術(shù)進(jìn)行近場(chǎng)探測(cè)的天線波束較寬(30 60度)，并且采用步進(jìn)頻率連續(xù)波的工作方式工作，將造成兩列天線陣列之間對(duì)向干擾較大。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列采用頻分并行工作方式，在掃描期間，任一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)2提供的探測(cè)信號(hào)和第二毫米波收發(fā)機(jī)3提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率在整個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描期間保持差別，兩個(gè)毫米波收發(fā)機(jī)的工作頻率之間保持相等的頻率差。由于本發(fā)明系統(tǒng)的毫米波收發(fā)機(jī)采用步進(jìn)頻率連續(xù)波進(jìn)行探測(cè)掃描，且第一毫米波收發(fā)機(jī)2和第二毫米波收發(fā)機(jī)3均采用相同的頻率步長(zhǎng)值，如0. IGHz,因此將第一毫米波收發(fā)機(jī)2的步進(jìn)頻率連續(xù)波的工作頻率與第二毫米波收發(fā)機(jī)3的步進(jìn)頻率連續(xù)波的工作頻率等間隔錯(cuò)開(kāi)，如第一毫米波收發(fā)機(jī)2的工作頻
點(diǎn)典型值為30GHz,30. 1 GHz,30. 2GHz、30. 3GHz、......、39· 9GHz、40GHz，第二毫米波收發(fā)機(jī)
3 的工作頻點(diǎn)典型值為30. 05GHz,30. 15GHz、30. 25GHz、......、38. 5GHz、39. 5GHz，每個(gè)頻點(diǎn)
之間的頻率相差始終保持50MHz，則使第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8分別輻射的探測(cè)信號(hào)的頻率在整個(gè)旋轉(zhuǎn)掃描期間均保持相等的差別，以使兩側(cè)陣列天線能夠彼此盡可能互不干擾地并行工作。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列可采用空分方式并行。在掃描期間，任一時(shí)刻第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8中天線單元的探測(cè)高度保持差別，對(duì)向并行掃描位置之間始終保持相同的高度差。具體方法為如圖8所示，對(duì)于每一個(gè)毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列，可將其分為上下兩個(gè)部分，即，將第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7平均分為第一上半部分81和第一下半部分82，將第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8平均分為第二上半部分83和第二下半部分84，如第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7和第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的各自具有天線單元的個(gè)數(shù)為256個(gè)，則第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一上半部分81、第一下半部分82、第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二上半部分83和第二下半部分84的天線單元個(gè)數(shù)均為1 個(gè)，即從最上側(cè)的第1個(gè)天線單元至最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元。則工作時(shí)序例如可以這樣安排第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一上半部分81為從最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分的第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)。然后第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一下半部分82從最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分的第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)?；蛘撸谝缓撩撞ㄩ_(kāi)關(guān)天線陣列7的第一下半部分82為從最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分的第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)。然后第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一上半部分81從最上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分的第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最
10上側(cè)的第1個(gè)天線單元逐步向該部分第1 個(gè)天線單元掃描探測(cè)?；蛘?，第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一上半部分81為從最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分的第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)。然后第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一下半部分82從最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分的第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)?；蛘撸谝缓撩撞ㄩ_(kāi)關(guān)天線陣列7的第一下半部分82為從最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分的第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)。然后第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列7的第一上半部分81從最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分的第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)，同時(shí)第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最下側(cè)的第1 個(gè)天線單元逐步向該部分第1個(gè)天線單元掃描探測(cè)。這樣只要兩側(cè)的在進(jìn)行掃描探測(cè)時(shí)其探測(cè)高度相差始終保持1 個(gè)天線單元的高度就能避免對(duì)向干擾，使兩側(cè)的毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列在任一時(shí)刻各自工作的天線單元在空間上不出現(xiàn)天線波瓣重疊，使兩側(cè)陣列天線能夠彼此盡可能互不干擾地并行工作。本發(fā)明可以單獨(dú)采用頻分方式、空分方式，也可以將二者結(jié)合使用，使系統(tǒng)的成像清晰度水平提高。以上所述之實(shí)施方式及所述實(shí)施案例，為本發(fā)明的實(shí)施案例之一，并非以此限制本發(fā)明的實(shí)施范圍，故凡依本發(fā)明專利之形狀、構(gòu)造及原理方法所做的等效變化，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明專利的保護(hù)范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解，以上借助優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行的詳細(xì)說(shuō)明是示意性的而非限制性的。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在閱讀本發(fā)明說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上可以對(duì)各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍僅由隨附權(quán)利要求書(shū)限定。
權(quán)利要求
1.一種人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，該系統(tǒng)包括具有出入口的圓柱狀主體框架，形成第一掃描區(qū)域(9)，第二掃描區(qū)域(10)和待掃描區(qū)域(15)；第一毫米波收發(fā)機(jī)( 和第二毫米波收發(fā)機(jī)(3)；與所述第一毫米波收發(fā)機(jī)( 連接的第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7)，和與所述第二毫米波收發(fā)機(jī)(3)連接的第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(8)；旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置(6)，用于驅(qū)動(dòng)所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7)和所述第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(8)對(duì)向旋轉(zhuǎn)；控制裝置G)，用于控制旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置以及第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)(2，；3)使第一和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7，8)分別在第一和第二掃描區(qū)域(9，10)內(nèi)對(duì)所述待掃描區(qū)域(15)進(jìn)行并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描；以及并行圖像處理裝置，用于根據(jù)來(lái)自第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)的采集數(shù)據(jù)及該采集數(shù)據(jù)的空間位置信息合成待檢人員的三維全息圖像，其特征在于，該方法包括在掃描期間，同一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，在掃描期間，同一時(shí)刻所述第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和所述第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率具有相等的頻率差。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述第一毫米波收發(fā)機(jī)和所述第二毫米波收發(fā)機(jī)分別提供步進(jìn)頻率連續(xù)波探測(cè)信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，在掃描期間，同一時(shí)刻所述第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和所述第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率相差50MHz。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置(6)包括兩個(gè)對(duì)稱設(shè)置的轉(zhuǎn)動(dòng)臂(32)，所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7)和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(8)分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動(dòng)臂上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動(dòng)裝置(6)包括光柵角度信息輸出單元(33)，用于輸出所述第一和第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7，8)的旋轉(zhuǎn)角度信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述第一毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(7)和所述第二毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列(8)對(duì)向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)范圍為120度。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述第一和第二毫米波收發(fā)機(jī)分別包括時(shí)序控制單元(27)，所述毫米波開(kāi)關(guān)陣列天線通過(guò)所述光柵角度信息輸出單元(3 確定水平圓周掃描方向上的列掃描位置，通過(guò)所述時(shí)序控制單元(XT)實(shí)現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，所述毫米波開(kāi)關(guān)天線陣列包括多個(gè)接收天線單元和相應(yīng)多個(gè)發(fā)射天線單元，接收天線單元和發(fā)射天線單元分列交錯(cuò)排列，并且各天線單元之間等間隔排布，其特征在于， 所述接收天線單元和發(fā)射天線單元進(jìn)行交錯(cuò)收發(fā)。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 所述天線為喇叭天線和/或介質(zhì)桿天線,所述開(kāi)關(guān)為單刀多擲堆疊組合形式用于對(duì)天線單元的切換。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種人體安檢系統(tǒng)利用頻分技術(shù)避免對(duì)向輻射干擾的掃描方法。該方法包括在掃描期間，同一時(shí)刻第一毫米波收發(fā)機(jī)提供的和第二毫米波收發(fā)機(jī)提供的探測(cè)信號(hào)的工作頻率不同。本發(fā)明避免了毫米波主動(dòng)式三維全息成像人體安檢系統(tǒng)兩側(cè)開(kāi)關(guān)天線陣列的對(duì)向輻射干擾，提高了成像清晰度水平。
文檔編號(hào)G01S13/89GK102393537SQ20111033602
公開(kāi)日2012年3月28日 申請(qǐng)日期2011年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月30日
發(fā)明者馮克明, 年豐, 張冰, 方維海, 楊于杰, 溫鑫, 王暖讓 申請(qǐng)人:北京無(wú)線電計(jì)量測(cè)試研究所