本發(fā)明涉及一種諧波探測及磁探測系統(tǒng)，特別是涉及一種雙模安檢門系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

近幾年隨著各種智能電子設(shè)備的普及，電子設(shè)備泄密正在成為新的泄密途徑，成為最大的安全隱患。各重要部門和場所可能會受到來自外部的各種電子設(shè)備竊視、竊密、竊聽的威脅。對于涉密環(huán)境的防失泄密管理，通過管理手段，信息化手段存在高投入、不能完全有效、事后檢查、影響正常事務(wù)處理等各種弊端?，F(xiàn)有的安檢技術(shù)大致可分為以下幾種：1)金屬磁探測；2)X光機(jī)檢測；3)非線性結(jié)探測以及4)“毫米波成像”技術(shù)等。然而，針對電子設(shè)備檢測的問題，多采用金屬磁探測以及非線性結(jié)探測技術(shù)?，F(xiàn)有的金屬探測在探測電子設(shè)備方面有其局限性，如：SD卡、塑料殼U盤等，它們的磁感應(yīng)特性很微弱，很難被金屬探測門檢測出來，如采用提高靈敏度的辦法，將會導(dǎo)致安檢系統(tǒng)的虛警率急劇升高?；诜蔷€性結(jié)探測技術(shù)的英國AUDIOTEL檢測門采用單頻體制，基波頻率接近GSM通信頻率，因此，其接收信號容易受手機(jī)通訊信號的影響，使得該檢測門抗干擾能力急劇下降，并且價格昂貴。將“毫米波成像”技術(shù)通過對被測物進(jìn)行成像，從圖像上分辨可疑物。本發(fā)明是利用被測物固有的非線性散射特性和磁性特性實(shí)現(xiàn)安全檢測的目標(biāo)，能有效地實(shí)現(xiàn)SD卡、針孔攝像頭、U盤、手機(jī)、相機(jī)、竊聽器等電子產(chǎn)品的檢測。

非線性結(jié)探測器的發(fā)展得益于諧波再輻射效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)及深入研究。早在20世紀(jì)30年代末，人們就證實(shí)了諧波再輻射效應(yīng)的存在，但在當(dāng)時對于產(chǎn)生這種效應(yīng)的原理還不清楚。直到20世紀(jì)70年代隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和測試技術(shù)的提高，人們才逐漸對諧波再輻射效應(yīng)的原理有了進(jìn)一步研究——提出非線性目標(biāo)的物理模型。并從非線性網(wǎng)絡(luò)的觀點(diǎn)出發(fā)，建立非線性接點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)模型，通過網(wǎng)絡(luò)模型研究入射電磁波和散射電磁波的關(guān)系來計算非線性接點(diǎn)的轉(zhuǎn)移函數(shù)。

已有研究結(jié)果表明：在單頻模式下，主要采用接收二次諧波三次諧波的方式，半導(dǎo)體PN結(jié)的二次諧波能量最強(qiáng)，三次諧波次之；人造金屬結(jié)主要產(chǎn)生奇次諧波，其中三次諧波能量最強(qiáng)。而在雙頻模式下，主要采用接收組合波形式，其二次組合波電流幅度是二次單頻率諧波電流幅度的2倍，即二次組合波功率可增加4倍；三次組合波電流幅度是三次單頻率諧波電流幅度的3倍，即三次組合波功率可增加9倍。

諧波再輻射效應(yīng)的研究促進(jìn)了非線性結(jié)探測器的發(fā)展與應(yīng)用。在20世紀(jì)90年代以前，非線性結(jié)探測器主要是以單頻模式工作，如：國外以美國為代表的ISR公司，在70、80年代時，分別推出了大功率三次諧波探地雷達(dá)——METRRA金屬再輻射雷達(dá)和BOOMERANG1-3型微電路探測器。國內(nèi)中國電子科技集團(tuán)第50研究所推出的MCD-1金屬接點(diǎn)探測器，以上幾種金屬結(jié)點(diǎn)探測器都是簡單的一收一發(fā)模式，功能簡單，靈敏度不夠高，體積大，質(zhì)量重。

在20世紀(jì)90年代以后，各國都開始研究二次諧波、三次諧波復(fù)合雷達(dá)，這是因?yàn)椴捎媒M合波方式后，一方面可以提高諧波雷達(dá)的探測距離，另一方面由于組合波功率的增加，可以大大降低虛警率。如ISR公司的BOOMERANG4-5型微電路探測器、英國AUDIOTEL公司的Super Broom非線性結(jié)探測器、俄羅斯的NR900E無線定位器、中國電子科技集團(tuán)公司第五十研究所的TZD95B。這些探測器在接收機(jī)靈敏度、探測距離上有所提高，具有一定的目標(biāo)區(qū)分能力，缺點(diǎn)是體積較大，較重。隨著微波集成電路的發(fā)展，非線性結(jié)探測器發(fā)射機(jī)工作頻段也開始發(fā)生改變，由傳統(tǒng)的L波段逐漸向S波段發(fā)展，在L波段以880～920M波段最為常見，存在探測目標(biāo)外形較大，無法定位微型目標(biāo)且探測器體積較大，重量較重，攜帶不便等問題。而立陶宛最新產(chǎn)品均工作在S波段，如：Lorgnette-24工作頻率2400MHz～2483MHz，重量為0.65kg，體積較小，重量更輕，便于手持。Lorgnette-36工作頻率3580MHz～3620MHz，重量為1.4Kg，發(fā)射功率可調(diào)節(jié)。在S波段的非線性結(jié)探測器，有如下特點(diǎn)：1)由于頻率高，可促使探測器探測到目標(biāo)尺寸更小的非線性目標(biāo)，如：1*2cm的SIM，這是因?yàn)閺哪繕?biāo)的散射性能來看，當(dāng)目標(biāo)尺寸大于波長時，目標(biāo)對電磁波以散射為主，以繞射為輔，目標(biāo)的有效散射面積大，S波段的頻率比L波段頻率高，波長短，更容易檢測到小型化的非線性目標(biāo)。2)高頻段的使用，同時也帶來天線以及無源器件的尺寸小型化?，F(xiàn)有的違規(guī)電子產(chǎn)品檢測系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中碰到較多的問題；1)鑰匙、皮帶扣、隨身金屬飾品等使得檢測系統(tǒng)的虛警率較高；2)受周邊環(huán)境的影響較為嚴(yán)重；3)對屏蔽較好的電子產(chǎn)品的檢測效果不理想等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種新的違規(guī)電子設(shè)備檢測系統(tǒng)及檢測方法，能滿足違規(guī)電子設(shè)備檢測性能的需求，可在保證誤報概率較低的同時，以解決現(xiàn)有金屬探測器對違規(guī)電子產(chǎn)品漏報率高且對隨身金屬制品誤報率高的問題，實(shí)現(xiàn)違規(guī)電子產(chǎn)品的有效檢測。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：一種新的違規(guī)電子設(shè)備檢測系統(tǒng)，包括分別與FPGA信號處理及控制板連接的計算機(jī)、第一發(fā)射模塊、第二發(fā)射模塊、射頻接收模塊和磁傳感器，所述第一發(fā)射模塊依次與第一單刀十?dāng)S開關(guān)、第一帶通濾波器和第一發(fā)射天線連接；所述第二發(fā)射模塊依次與第二單刀十?dāng)S開關(guān)、第二帶通濾波器和第二發(fā)射天線連接；所述射頻接收模塊依次與寬帶單刀十?dāng)S開關(guān)、寬帶濾波器和接收天線連接。

本發(fā)明還提供了一種新的違規(guī)電子設(shè)備檢測方法，包括如下步驟：

步驟一、對磁異常信號和諧波信號進(jìn)行AD量化；

步驟二、對磁異常信號和諧波信號進(jìn)行預(yù)處理及特征提??；

步驟三、利用雙模數(shù)據(jù)特征融合進(jìn)行目標(biāo)檢測。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的積極效果是：

1)該發(fā)明對手機(jī)、竊聽竊視設(shè)備、照相機(jī)、U盤、硬盤等設(shè)備的檢測概率大于85％，能有效排除皮帶、鑰匙等隨身磁性介質(zhì)對檢測性能的影響，誤報率小于10％；

2)抗干擾能力強(qiáng)，不易受外界電磁波及磁擾動信號的影響；

3)系統(tǒng)靈敏度高，諧波探測靈敏度優(yōu)于-130dBm；

4)模塊式設(shè)計，檢測系統(tǒng)重量輕，易于運(yùn)輸及拆裝；

5)該發(fā)明可為重要部門的安全保密工作提供技防手段。

附圖說明

本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發(fā)明的電性器件的連接框圖；

圖2為本發(fā)明的傳感器布局示意圖；

圖3為本發(fā)明的傳感器縱向分布圖；

圖4為本發(fā)明的信號處理流程圖。

具體實(shí)施方式

一種新的違規(guī)電子設(shè)備檢測系統(tǒng)，包括底座、傳感門板和門體頂板，底座和傳感門板之間、傳感門板和門體頂板之間分別用螺釘連接。在底座中設(shè)置電性器件模塊，采用金屬材料對底座進(jìn)行電磁屏蔽；在傳感門板上設(shè)置天線單元和磁傳感器，光告警區(qū)域和聲音告警區(qū)域分別設(shè)置在傳感門板和底座上。

電性器件模塊的連接框圖如圖1所示，包括FPGA信號處理及控制板1、第一發(fā)射模塊2、第二發(fā)射模塊3、第一單刀十?dāng)S開關(guān)4、第二單刀十?dāng)S開關(guān)5、第一帶通濾波器6、第二帶通濾波器7、射頻接收模塊8、寬帶單刀十?dāng)S開關(guān)9、寬帶濾波器10、電源模塊11、第一發(fā)射天線12、第二發(fā)射天線13、接收天線14和聲光告警驅(qū)動模塊15等，其中：

第一發(fā)射模塊2將FPGA信號處理及控制板1的DA1信號上變頻至頻率f1并進(jìn)行放大；第二發(fā)射模塊3將FPGA信號處理及控制板1的DA2信號上變頻至頻率f2并進(jìn)行放大；第一單刀十?dāng)S開關(guān)4的頻率為f1、第二單刀十?dāng)S開關(guān)5的頻率為f2，第一帶通濾波器6的中心頻率為f1、第二帶通濾波器7的中心頻率為f2，射頻接收模塊8實(shí)現(xiàn)諧波信號的下變頻及放大，并產(chǎn)生兩路時鐘參考信號供第一發(fā)射模塊2和第二發(fā)射模塊3使用；寬帶濾波器10通帶包含f1+f2和f1+2f2頻段。

如圖2所示，在安裝基板19上設(shè)置有磁傳感器18和第一吸波材料16，在第一吸波材料16上設(shè)置第一發(fā)射天線12和接收天線14，在第一發(fā)射天線12上方設(shè)置第二發(fā)射天線13，在磁傳感器18上方設(shè)置第二吸波材料17。第一吸波材料16用于減弱外部電磁波對系統(tǒng)的影響以及減弱發(fā)射的基波信號透射到系統(tǒng)外部能量；第二吸波材料17用于削弱電磁波對磁傳感器18的影響；磁傳感器18用于接收被測目標(biāo)磁異常信號。

如圖3所示，磁傳感器18和由第一發(fā)射天線12、第二發(fā)射天線13和接收天線14組成的單組天線陣列20等間隔分布在安裝基板19上。

本發(fā)明還提供了一種新的違規(guī)電子設(shè)備檢測方法，按圖4所示的信號處理流程對目標(biāo)散射信號進(jìn)行處理，可有效實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測，具體包括如下步驟：

步驟一、FPGA信號處理及控制板1對磁異常信號和諧波信號進(jìn)行AD量化：

本系統(tǒng)將整個檢測區(qū)域劃分為10個子區(qū)域，按一定的掃描順序輪流工作。系統(tǒng)工作時，金屬結(jié)或半導(dǎo)體結(jié)受到特定頻率(f1、f2)的電磁波照射，從而散射出二次諧波信號(f1+f2)和三次諧波信號(f1+2f2)，諧波信號經(jīng)接收天線14進(jìn)入射頻端接收通道，在接收通道里完成分頻、濾波和下變頻處理后從射頻變換到中頻10.7MHz，由圖1中的FPGA信號處理及控制板1進(jìn)行AD量化變?yōu)閿?shù)字信號，其中AD1對應(yīng)于二次諧波，AD2對應(yīng)于三次諧波，采樣率均為125MHz。由金屬物品引起的磁異常信號通過圖3中的18磁傳感將模擬信號傳至FPGA信號處理及控制板1中的AD3，采樣率10KHz。在該步驟中得到諧波信號和磁異常信號的數(shù)字信號。

步驟二、FPGA信號處理及控制板1分別對磁異常信號和諧波信號進(jìn)行預(yù)處理及特征提取，具體的方法如下：

第一，諧波數(shù)字信號進(jìn)入數(shù)控板。在數(shù)控板內(nèi)實(shí)現(xiàn)濾波、下變頻以及抽取處理，從而降低數(shù)據(jù)量和吞吐率，然后做FFT變換，得到一定帶寬內(nèi)的頻譜信息。提取二次諧波和三次諧波檢測頻段的能量，留存?zhèn)溆?。并對磁異常信號進(jìn)行帶通濾波。由于磁異常信號頻段較低，在該發(fā)明中選擇帶通濾波器，通帶范圍為4Hz～10Hz，以濾波電源干擾和直流分量。

第二，在不存在被檢測物時，采用恒虛警能量檢測器確定各通道檢測門限T_2,i、T_3,i(i＝1,2,...,10為通道編號)，T_2,i、T_3,i分別為第i通道二次和三次諧波檢測門限，將該值固化至FPGA程序內(nèi)，以供后續(xù)使用。

多次測量人體正常攜帶的含金屬物品的磁異常信號，如無任何金屬物品、攜帶皮帶、攜帶鑰匙、攜帶手機(jī)等物品，將接收數(shù)據(jù)存儲起來形成各通道磁異常信號樣本空間Φ_c,i(i＝1,2,...,10為通道編號)，計算各通道樣本空間中的最大和最小值，以確定人身攜帶金屬物品的磁異常范圍。采用恒虛警的方式，得出各通道的檢測門限γ_c,i(i＝1,2,...,10為通道編號),固化至FPGA程序內(nèi)。

步驟三、利用雙模數(shù)據(jù)特征融合進(jìn)行目標(biāo)檢測，具體方法如下：

設(shè)各通道判決結(jié)果為result_i。計算諧波信號峰態(tài)系數(shù)，峰態(tài)系數(shù)Pk_i計算公式為其中Y_j為第j個頻點(diǎn)的幅值，為均值，S為標(biāo)準(zhǔn)方差，M為統(tǒng)計頻點(diǎn)個數(shù)。分別計算二次諧波峰態(tài)系數(shù)Pk2_i和三次諧波峰態(tài)系數(shù)Pk3_i。統(tǒng)計各通道二次諧波和三次諧波檢測頻段過門限的點(diǎn)數(shù)N2_i和N3_i。當(dāng)N2_i或N3_i大于0時，將result_i置1，表明該通道有疑似目標(biāo)(金屬結(jié)、半導(dǎo)體結(jié))，再比較二次諧波峰態(tài)系數(shù)Pk2_i和三次諧波峰態(tài)系數(shù)Pk3_i。如果Pk2_i>Pk3_i,這時直接給出檢測結(jié)果為：該通道存在大量半導(dǎo)體結(jié)，轉(zhuǎn)至圖4中的聲光告警；如果Pk2_i<Pk3_i,將result_i置0,表明金屬結(jié)多于半導(dǎo)體結(jié)，這時需利用磁特性進(jìn)行輔助判決。當(dāng)?shù)趇通道的磁異常信號s_i(t)>γ_c,i時，求s_i(t)的自相關(guān)系數(shù)R_i，當(dāng)R_i<0.5時，result_i值不變，這時直接給出檢測結(jié)果為：該通道存在疑似鑰匙串物品，不報警；當(dāng)R_i≥0.5,該通道可能受磁性腰帶影響，需對該通道的對稱通道的磁異常信號進(jìn)行判決，如果對稱通道的磁異常信號的自相關(guān)系數(shù)R_10-i≥0.5，則表示第i通道為磁性腰帶，這時給出第i通道的檢測結(jié)果result_i＝0，不報警；R_10-i<0.5時，則表示第i通道為金屬含量較多的手機(jī)或移動硬盤等，第i通道的檢測結(jié)果result_i＝1，轉(zhuǎn)至圖4中的聲光告警。

本發(fā)明的工作原理為：

1)采用近場復(fù)雜環(huán)境雙模(非線性探測及磁探測)探測總體設(shè)計技術(shù)。

本發(fā)明設(shè)計了一種雙模體制的違規(guī)電子設(shè)備檢測門系統(tǒng)。采用雙頻點(diǎn)非線性探測及無源磁探測技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)體制。非線性探測技術(shù)可實(shí)現(xiàn)屏蔽性較差的電子產(chǎn)品的有效檢測，然而對屏蔽性較好的電子產(chǎn)品會出現(xiàn)較高的漏報概率，且會因鑰匙、皮帶等常規(guī)金屬結(jié)制品而引了誤報，為彌補(bǔ)這一缺陷，結(jié)合了無源磁探測技術(shù)，將兩種探測技術(shù)得到的回波信號進(jìn)行有機(jī)結(jié)合以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)檢測。

2)采用貼覆吸波材料以及優(yōu)化諧波探測天線和磁傳感器的結(jié)構(gòu)布局，以增加系統(tǒng)隔離度。

由于射頻有源及無源器件受電磁波照射都會產(chǎn)生諧波效應(yīng)，其中系統(tǒng)寄生諧波信號對回波檢測影響較為明顯，且天線輻射出的電磁場會在檢測系統(tǒng)周邊產(chǎn)生一個較強(qiáng)的磁場信號，進(jìn)而對無源磁傳感器接收信號造成嚴(yán)重的影響。因此，在該發(fā)明中，采用天線與磁傳感器分離布放、在兩種傳感器之間貼覆吸波材料的方式，以削弱發(fā)射天線電磁波信號對接收通道的影響。

3)為有效增加電磁波覆蓋區(qū)域，削弱通道諧波干擾對系統(tǒng)的影響，采用一種高隔離度波束共軸天線。

為實(shí)現(xiàn)雙頻電磁波信號對被測目標(biāo)的有效照射，采用一種波束共軸天線，使得兩個發(fā)射頻點(diǎn)的發(fā)射天線主波束重合，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的有效照射。

4)有效結(jié)合被測目標(biāo)的磁感應(yīng)和非線性回波信號，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)分選，進(jìn)而降低系統(tǒng)誤報概率。