專利名稱：暗藏武器檢測(cè)系統(tǒng)的制作方法
本申請(qǐng)要求獲得美國(guó)臨時(shí)專利No.60/026,444所述的權(quán)利，該文件標(biāo)題為《暗藏武器檢測(cè)系統(tǒng)》，于1996年9月18日申請(qǐng)，在這里將其說明書歸入本文，以供參考。
本發(fā)明涉及涉及對(duì)暗藏的武器進(jìn)行遙測(cè)的設(shè)備及方法。
據(jù)知，在當(dāng)今的市場(chǎng)上還沒有能在3英尺以外的距離對(duì)暗藏的武器進(jìn)行檢測(cè)的系統(tǒng)。實(shí)際上每一臺(tái)處于運(yùn)行狀態(tài)的設(shè)備都是一臺(tái)電磁設(shè)備，只是該設(shè)備要求有一個(gè)門架共同使用。當(dāng)金屬物體導(dǎo)致磁通量發(fā)生變化時(shí)，有一渦流流經(jīng)門架，就激活報(bào)警信號(hào)。這種類型的系統(tǒng)并不能在暗藏的武器與其他金屬物體如皮帶扣、首飾、硬幣、手表或計(jì)算器等之間作出辨別。
美國(guó)麻省南德爾費(fèi)(South Deerfield)毫米技術(shù)(Millitech)公司可能正在開發(fā)一種無(wú)源毫米系統(tǒng)。該系統(tǒng)顯然要使用到門架、鋼質(zhì)網(wǎng)紋地板、攝象機(jī)和觀察搜索區(qū)用的陰極射線管。毫米技術(shù)公司曾宣稱，正在開發(fā)一種300mm孔徑的像機(jī)用以對(duì)固定的入口進(jìn)行監(jiān)視，以顯示其技術(shù)。該公司宣稱，他的無(wú)源毫米波影像器將不要求被監(jiān)視對(duì)象暴露于任何人為的電磁場(chǎng)中或來(lái)自影像系統(tǒng)的其他輻射之中。
同樣，Demma等家公司也應(yīng)用了微米波的成果，但都不能對(duì)非金屬物體進(jìn)行成功的檢測(cè)。而且他們的產(chǎn)品作用是有限的，有效范圍僅在兩米之內(nèi)。Demma等家公司的紅外延伸復(fù)蓋技術(shù)在穿透多層服裝方面還有較大困難。另外，在較溫暖的氣候條件下，帶在身上的槍只溫度將與體溫相同，實(shí)際上紅外技術(shù)也就失去了作用。
美國(guó)羅得艾蘭州樸次茅斯市的雷通公司將其武器檢測(cè)系統(tǒng)定基于低頻電磁輻射之上。他們的設(shè)計(jì)思想基于對(duì)檢測(cè)對(duì)象照射稱之為海氏脈沖的低強(qiáng)度電磁脈沖，并對(duì)人員攜帶的金屬物體的再輻射能量的時(shí)間衰減進(jìn)行測(cè)量。二次輻射的強(qiáng)度和時(shí)間衰減就得以表現(xiàn)，而區(qū)分出槍支或非威脅性的金屬物體的圖像。
美國(guó)愛達(dá)荷州國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室使用了基于地磁場(chǎng)無(wú)源采樣的技術(shù)。磁場(chǎng)的局部失常是由鐵磁性物體如槍支和刀具引起的。在愛達(dá)荷國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的槍支檢測(cè)系統(tǒng)中，地磁的失?；蚧儗⒂么帕?chǎng)梯度儀來(lái)檢測(cè)與測(cè)量。他們計(jì)劃建造一部用多重磁強(qiáng)儀設(shè)計(jì)而成的掃描設(shè)備，該設(shè)備可能是一都獨(dú)立設(shè)備，很象機(jī)場(chǎng)的掃描系統(tǒng)。該掃描設(shè)備由閾值檢測(cè)器觸發(fā)。數(shù)據(jù)便從該系統(tǒng)中的所有傳感器同時(shí)搜集起來(lái)，進(jìn)而提供了目標(biāo)人員的一個(gè)從頭到腳的完整的電磁圖形。對(duì)暗藏槍支的合理懷疑就由磁場(chǎng)異常的位置和量值而確定。
提供有效的武器檢測(cè)系統(tǒng)(或在某種程度上解決與檢測(cè)相關(guān)的問題)的其他努力包括授予凱勒的美國(guó)No.5552705專利，標(biāo)題為“在暗藏武器和其它金屬物體之間作出鑒別的非強(qiáng)迫性武器檢測(cè)系統(tǒng)及方法”；授予McEwan的美國(guó)No.5519400專利，標(biāo)題為“相位編碼的微功率脈動(dòng)雷達(dá)移動(dòng)式探測(cè)器”；授予McEwan的美國(guó)No.5512834專利，標(biāo)題為“零差脈動(dòng)雷達(dá)暗藏物體定位儀”；授予McEwan的美國(guó)No.5457394專利，標(biāo)題為“脈動(dòng)雷達(dá)圖釘探測(cè)儀”；授予Saito等人的美國(guó)No.5381153專利，標(biāo)題為“可進(jìn)行第一、第二頻率轉(zhuǎn)換的便攜式調(diào)頻等幅波雷達(dá)設(shè)備”；授予約翰遜等人的美國(guó)No.5365237專利，標(biāo)題為“微波相機(jī)”；授予Frazier的美國(guó)No.5345240，標(biāo)題為“手持式障礙穿透型移動(dòng)探測(cè)雷達(dá)”；授予Dwyer的美國(guó)No.5337053專利，標(biāo)題為“對(duì)檢測(cè)目標(biāo)進(jìn)行分類的方法及設(shè)備”；授予史密斯等人的美國(guó)No.5334981專利，標(biāo)題為“(飛)機(jī)載金屬探測(cè)雷達(dá)”；授予Kawano等人的美國(guó)No.4905008專利，標(biāo)題為“雷達(dá)型地鐵搜索設(shè)備”；授予米勒等人的美國(guó)No.3707672專利，標(biāo)題為“采用根據(jù)武器的厚度對(duì)武器進(jìn)行探測(cè)的脈沖場(chǎng)技術(shù)的武器檢測(cè)器”；和授予Demma等公司的標(biāo)題為“利用電磁成像技術(shù)對(duì)暗藏武器進(jìn)行遙測(cè)”的專利。
米勒和凱勒采用了磁場(chǎng)傳感器，因而不能對(duì)非磁性材料如鋁、黃銅和紫銅制成的槍支進(jìn)行檢測(cè)。McEwan400采用了零差脈動(dòng)雷達(dá)，不能在物體類型上作出鑒別。McEwan834和394采用的脈沖雷達(dá)能對(duì)絕緣媒體后面的大型物體進(jìn)行定位，但不能對(duì)被檢測(cè)的物體作出鑒別。Saito等人采用多普勒雷達(dá)可以確定一個(gè)物體的存在及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，但不能確定該物體的性質(zhì)。約翰遜等人的產(chǎn)品從根本上講是一部微波超聲成像儀，不能對(duì)反向散射進(jìn)行測(cè)量和檢驗(yàn)。Frazier的產(chǎn)品是一部常規(guī)的移動(dòng)目標(biāo)指示(MTI)雷達(dá)。Dwyer的產(chǎn)品倒是對(duì)雷達(dá)的反向散射進(jìn)行分析，然而卻是對(duì)無(wú)障礙物體而不是暗藏物體進(jìn)行的。史密斯等人的產(chǎn)品在隱蔽金屬物體的檢測(cè)上使用了交叉偏振散射雷達(dá)，但對(duì)頻率容量信心不大。Kawano等人的產(chǎn)品是一部簡(jiǎn)單的雷達(dá)系統(tǒng)，用于尋找地下的物體或小礦藏。
本項(xiàng)發(fā)明可以解決現(xiàn)行技術(shù)的不足之處，本發(fā)明用低強(qiáng)度短脈沖雷達(dá)對(duì)物體進(jìn)行照射。由金屬或高介電常數(shù)的非導(dǎo)電材料制成的物體幾乎都可以出現(xiàn)反向散射。如果有手槍存在，就會(huì)接收到一個(gè)異常頻譜的圖像。這種圖像可以預(yù)先存儲(chǔ)在一臺(tái)采用了人工智能技術(shù)的電腦之中或由該電腦記憶下來(lái)。
本發(fā)明的有效范圍至少在4至20碼之間。其便攜式、手持式產(chǎn)品已在美國(guó)及遍布世界的法律強(qiáng)制機(jī)構(gòu)、懲治機(jī)構(gòu)、軍隊(duì)和私人保安公司等部門得到應(yīng)用。其門楣懸掛式產(chǎn)品已在聯(lián)邦、州及地方政府以及金融機(jī)構(gòu)、日用設(shè)備商店及其它零售店、機(jī)構(gòu)、學(xué)校，以及私營(yíng)事務(wù)所和公寓大樓得到應(yīng)用。這些機(jī)構(gòu)對(duì)低成本、高可靠的武器檢測(cè)系統(tǒng)均有迫切的需求。(美國(guó))煙酒及武器管制局的估計(jì)，目前在美國(guó)有6000萬(wàn)至2億支槍械。在1988至1992年間，在美國(guó)有65000多人死于槍擊事件。1993年，在美國(guó)殺人事件已成為與犯罪有關(guān)的死亡事故的第二位的主要原因，僅次于公路交通事故。1993年聯(lián)邦調(diào)查局報(bào)告，在美國(guó)發(fā)生了11876起銀行搶劫案，造成3930萬(wàn)美元的損失。在美國(guó)，近35000件對(duì)日用設(shè)備店的武裝搶劫案，損失達(dá)1570萬(wàn)美元。此外，國(guó)家教育協(xié)會(huì)報(bào)告，估計(jì)有10萬(wàn)名學(xué)生攜槍上學(xué)。目前在美國(guó)青少年中，每4個(gè)死亡中有一個(gè)系由槍擊造成。其他國(guó)家也面臨著同樣的問題。本發(fā)明的目的就是力求降低這一令人震驚的統(tǒng)計(jì)數(shù)字。
本發(fā)明的目的是武器檢測(cè)系統(tǒng)。優(yōu)選的武器檢測(cè)器包括一個(gè)發(fā)射器，用于輸出一組與武器自諧振頻率相同的頻率；一個(gè)天線，用于使發(fā)射器的輸出射向可能存在武器的地方，并收集反向散射信號(hào)；一個(gè)接收器，用于接收反向散射信號(hào)并在自諧振頻率的范圍內(nèi)運(yùn)行；和一個(gè)信號(hào)處理器，用于對(duì)反向散射信號(hào)中存在的諸多自諧振頻率進(jìn)行檢測(cè)。
一部測(cè)距器最佳地用于對(duì)反向散射信號(hào)進(jìn)行校正。發(fā)射器最佳地輸出介于1GHz與10GHz之間的頻率。接收器的時(shí)間分辨能力最佳地小于10納秒。接收器的最小信號(hào)檢測(cè)能力最佳地小于1毫伏。
武器檢測(cè)器能對(duì)隨身武器的存在作出預(yù)報(bào)。準(zhǔn)確率要高于或等于75％，優(yōu)選產(chǎn)品要高于或等于95％，最佳選擇的產(chǎn)品要高于或等于98％。99.75％的準(zhǔn)確率已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。
該武器檢測(cè)器可以是便攜式的，手持式的，也可以是墻壁或門楣懸掛式的。在3至20碼的距離內(nèi)對(duì)武器進(jìn)行檢測(cè)比較好，最好是在4至15碼的距離之內(nèi)。一經(jīng)測(cè)出情況，門口就會(huì)作出應(yīng)激反應(yīng)，如，上鎖，或者將嫌疑分子的照片拍攝下來(lái)。
更好的是，在信號(hào)處理器中使用了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)檢測(cè)進(jìn)行輔助。在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用之前，該神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)訓(xùn)練以使其能對(duì)來(lái)自武器的反向散射信號(hào)進(jìn)行識(shí)別。
更好的是，該武器檢測(cè)器能在發(fā)射器輸出信號(hào)之后的一秒鐘之內(nèi)提供結(jié)果。該武器檢測(cè)器能顯示出武器存在與否?？赡艿娘@示信號(hào)是音頻信號(hào)、靜音信號(hào)、觸覺信號(hào)、視頻信號(hào)、機(jī)械信號(hào)、和顯示信息。該武器檢測(cè)器可對(duì)諸如手槍、步槍、獵槍、和管形炸彈等武器進(jìn)行檢測(cè)，還可用于把武器從其他物體如皮帶扣、手鐲、手表、錄音機(jī)、飲料聽、硬幣、計(jì)算器、唇膏盒、軍衣鈕扣、移動(dòng)電話、鑰匙環(huán)、鑰匙等中區(qū)分出來(lái)。對(duì)放在服裝或附件如錢包、子彈帶、手槍皮套、褲子、公文包、外衣和襯衣等內(nèi)的武器均可進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的首要目的是以高準(zhǔn)確度(如98％)、一秒鐘或更短的響應(yīng)時(shí)間、便攜性、較大的有效作用范圍(如4至15碼，相當(dāng)于一個(gè)典型的交通站的間隔，或者更大(達(dá)50碼))，有限的操作復(fù)雜性，和高壽命的檢測(cè)器對(duì)暗藏的武器進(jìn)行檢測(cè)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種供門口使用的機(jī)器，其在入口周圍的覆蓋面積可達(dá)3碼×5碼以上。
本發(fā)明的其他目的、優(yōu)點(diǎn)、新的特色及更大的適用范圍在下面結(jié)合附圖所進(jìn)行的描述中可以部分地得到了解，而對(duì)于在該技術(shù)領(lǐng)域有所專長(zhǎng)的人士而方通過下面的驗(yàn)證也可以變得一目了然，或者說可以通過對(duì)本發(fā)明的實(shí)際應(yīng)用而掌握。本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)可以借助于附加的權(quán)利要求書中特別指出的裝置及其結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。
歸入詳細(xì)說明并成為其一個(gè)部分的附圖，展示了本發(fā)明的幾個(gè)具體實(shí)例，與詳細(xì)說明一起用于解釋本項(xiàng)發(fā)明的原理。這些附圖只用于展示本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)例，而不能解釋為對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中

圖1展示的是執(zhí)法人員對(duì)站在已停下的汽車外面的嫌疑人進(jìn)行檢測(cè)的操作情形，該執(zhí)法人員使用的是本發(fā)明的手持式實(shí)施例一個(gè)實(shí)例；圖2A和2B展示的是圖1中使用的本發(fā)明的手持式暗藏武器檢測(cè)器；圖3為本發(fā)明的武器檢測(cè)器的系統(tǒng)部件方塊圖；圖4A和4B為帶槍及未帶槍的人體的時(shí)域圖像的曲線圖比較；圖5為提供了圖4A和4B中的時(shí)域圖像的曲線差別；圖6A和6B中帶槍及未帶槍人體時(shí)域的圖像的傅里葉變換的曲線圖比較；圖7為本發(fā)明一個(gè)總方塊圖；圖8為本發(fā)明的雷達(dá)部分的方塊圖；圖9為本發(fā)明的雷達(dá)部分的第二方塊圖；圖10為優(yōu)選的測(cè)距方法的流程圖；圖11為本發(fā)明優(yōu)選的雷達(dá)微波部分的外形輪廓圖；圖12為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)例的左下后部投影的部件分解圖；圖13為圖12所示實(shí)例的右上前部投影的部件分解圖；圖14為圖12所示實(shí)例的左下后部投影的局部圖；圖15為圖12所示實(shí)例的右上前部投影的局部圖；圖16為本發(fā)明的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的測(cè)試圖表；圖17為圖16的測(cè)試的原始數(shù)據(jù)表格；圖18為展示一個(gè)臂下挎槍的人與未帶槍的人之間頻譜差異和校正差異(在前部)的曲線圖；圖19為一個(gè)曲線圖，表示的是一個(gè)壁下挎槍的人和一個(gè)未帶槍的人之間的頻譜差異和經(jīng)過校正的差異(曲線后部)；圖20為采用3GHz喇叭型天線的測(cè)試結(jié)果的曲線圖21為采用3GHz垂直極化轉(zhuǎn)接天線的實(shí)驗(yàn)平均值的曲線圖。
本發(fā)明的武器檢測(cè)系統(tǒng)將一個(gè)跨越一組頻率的短脈沖雷達(dá)裝置。該系統(tǒng)最好包括一個(gè)觸發(fā)裝置、一個(gè)脈沖生成器、一個(gè)寬頻帶天線、一個(gè)放大器和一個(gè)信號(hào)處理器。雷達(dá)首先進(jìn)行測(cè)距檢式的確定與被查目標(biāo)的距離。距離信息用于設(shè)定放大器的放大系統(tǒng)以便將輸出校正到該距離。這種校正允許波形不受距離的限制而從目標(biāo)返回以接受分析。測(cè)距選通脈沖的應(yīng)用抑制了大于來(lái)自目標(biāo)的反射信號(hào)上的背景干擾或散射。該系統(tǒng)用于低壓脈沖生成器來(lái)產(chǎn)生一組微波脈沖，用小型的寬頻帶天線發(fā)射出擊。反射波形也經(jīng)由該天線從目標(biāo)返回。接收到的信號(hào)經(jīng)過測(cè)距選通被轉(zhuǎn)換成中頻信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)中頻放大器放大后被檢測(cè)封裝。然后，經(jīng)過檢測(cè)信號(hào)由一個(gè)頻率放大器放大，并由一個(gè)采樣與自持電路及時(shí)展寬。展開的信號(hào)由一個(gè)模一數(shù)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣。采樣器的數(shù)字化輸出由信號(hào)處理器，最好是由一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)進(jìn)行處理。信號(hào)處理器根據(jù)接收到的波形與其在接受訓(xùn)練時(shí)掌握的有槍械存在或無(wú)槍械存在時(shí)的波形是否相同來(lái)作出檢測(cè)判斷。如果邏輯處理器的輸出導(dǎo)致一個(gè)肯定的檢測(cè)判斷，表示武器存在的可能性高，則給出一個(gè)信號(hào)，如在系統(tǒng)的顯示屏上一個(gè)紅色的發(fā)光二極管(LED)被點(diǎn)亮，并且還給出一組音頻聲調(diào)(或其他恰當(dāng)?shù)木瘓?bào)信號(hào))。如果信號(hào)處理器的輸出導(dǎo)致一個(gè)否定的判斷，表示武器不存在的可能性高，則給出一個(gè)信號(hào)，如在系統(tǒng)的顯示屏上一個(gè)綠色的發(fā)光二極管被點(diǎn)度(或者給出其他信號(hào))。如果這兩種判斷均無(wú)法作出，則給出一個(gè)信號(hào)，如在系統(tǒng)的顯示屏上一個(gè)黃色的發(fā)光二極管被點(diǎn)亮(或給出其他信號(hào))，表示操作人員要小心，并要求被檢對(duì)象轉(zhuǎn)身(如轉(zhuǎn)幾次90°角)，直到檢測(cè)作出明確判斷為止。
本發(fā)明能夠?qū)﹄S身攜帶的，藏在放服里面或外衣中的，以及手袋中的武器進(jìn)行檢測(cè)。本發(fā)明還能夠?qū)屩钠渌饘偕⑸潴w如皮帶扣、首飾、手表、金屬鈕扣、及硬幣等物體中識(shí)別出來(lái)。在一個(gè)實(shí)例中，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)是應(yīng)要求供執(zhí)法及保安人員在3碼至50碼范圍內(nèi)以手持方式對(duì)暗藏槍支進(jìn)行檢測(cè)而作出選擇的。特別是，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括一部小功率電路，用于產(chǎn)生由寬頻帶小天線發(fā)出的微波脈沖。該天線還用來(lái)接收來(lái)自被查目標(biāo)及干擾環(huán)境的反向散射信號(hào)。信號(hào)處理單元還執(zhí)行一個(gè)檢測(cè)算法，該算法對(duì)反向散射信號(hào)進(jìn)行處理，以便將槍支和大刀具的圖像與人體及任意種類的小金屬散射體如首飾、皮帶扣及硬幣等的散射背景區(qū)別并標(biāo)識(shí)出來(lái)。
本發(fā)明的便攜式、手持式實(shí)例(見圖1和圖2)是為輕便而設(shè)計(jì)的。它最好選擇電池(如4節(jié)鎘電池)供電。便攜式實(shí)例的信息輸出既可用LED(發(fā)光二極管)顯示又可用LCD(液晶顯示器)顯示。一個(gè)背景發(fā)光的LCD屏可顯示各種信息，包括電池狀況，到目標(biāo)的距離以及作出判斷的時(shí)間等。
另一個(gè)可供選擇的實(shí)例是門口應(yīng)用型，最好是用相控陣列天線對(duì)從3至5碼之外靠近入口的人員進(jìn)行檢測(cè)。如果測(cè)出有手槍，則激活一道關(guān)卡，如啟動(dòng)電子鎖，以阻止該持槍人員進(jìn)行入。保安人員可從一個(gè)獨(dú)立的尋呼系統(tǒng)，或通過音頻，視頻及振動(dòng)式報(bào)警信號(hào)得到報(bào)警。還可以安裝一部影像設(shè)備(任選的)對(duì)被測(cè)出攜有暗藏武器的人員進(jìn)行攝影或錄像。
為對(duì)本發(fā)明的便攜式機(jī)型的實(shí)例有更清晰的了解，一開始先注意圖1。先分別敘述，執(zhí)法人員11將暗藏武器檢測(cè)器(CWD)12指向嫌疑者13。CWD對(duì)嫌疑者發(fā)射波能量14。含有嫌疑人員信息的反向散射信號(hào)15被CWD接收。然后，CWD通知執(zhí)法人員在嫌疑人員身上是否攜有暗藏的武器16。
圖2A和2B包括一個(gè)手柄17，一個(gè)觸發(fā)裝置18，一個(gè)發(fā)射接收天線19，和一個(gè)表明武器存在21，不存在22或不確定狀態(tài)23的發(fā)光二極管顯示器20。該機(jī)是便攜式的。機(jī)內(nèi)電池可通過一個(gè)可選購(gòu)的電流適配器24或汽車電流系統(tǒng)適配器25來(lái)充電。
該系統(tǒng)包括一個(gè)發(fā)射器，用于對(duì)接受調(diào)查的嫌疑人發(fā)送微波能量。發(fā)射器輸出的頻率包含武器的金屬零件固有的諧振頻率。由人體及其周圍的物體反向散射的微波能量由接收器接收。接收到的信號(hào)的特征可以確定嫌疑人身上是否帶有武器。接收到的信號(hào)的特征可以包括作為頻率功能的振幅上的增減及相位上的漂移。該系統(tǒng)包括的處理器可以確定接收到的信號(hào)的特征與武器的存在是否相符。
不同的發(fā)射器及接收器配置均可采用。發(fā)射器輸出可以呈步掃描方式。
發(fā)射器的輸出可以是寬頻帶的，或者說可以包括可能引起諧振的頻率范圍。同樣，接收器也可以是寬頻率的，即可橫跨可能引起諧振的一組頻率。但同一系統(tǒng)中的發(fā)射器及接收器不能都是寬頻帶的，因?yàn)檫@樣就必須在各種諧振頻率之間的作出鑒別。如果發(fā)射器和接收器都被掃描，它們就必須同步運(yùn)行。
圖3是優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)部件的方塊圖。CWD包括一個(gè)電源26，為其他系統(tǒng)部件供電。發(fā)射器包括一個(gè)與寬頻帶天線28相耦合的脈沖發(fā)生器27。特別是，輸出脈沖寬度為10納秒，其上升時(shí)間與下降時(shí)間均為1納秒。接收器29最好是常規(guī)的超外差式接收器，帶寬為非常寬的中頻帶寬，數(shù)值為400MHz。這是為了維持脈沖的上升時(shí)間。接收器的輸出端最好與信號(hào)處理器30連接。
在優(yōu)選的實(shí)例中，測(cè)距器31的輸出用于校正接收到的信號(hào)的幅值。測(cè)距器可以是聲、光或微波的子系統(tǒng)。測(cè)距器的輸出可用于設(shè)定接收器中的線性放大器32的放大系統(tǒng)。換言之，自動(dòng)增益控制可以通過調(diào)整發(fā)射信號(hào)的功率來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過使用信號(hào)處理器來(lái)改變接收器的輸出的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。
在檢測(cè)暗藏武器的兩種可行的方法中，信號(hào)處理器可以采用一種也可以兩種都采用。第一種方法使用了來(lái)自隨身攜帶的武器的鏡面反向散射。在這種方法中，當(dāng)存在武器時(shí)，反向散射信號(hào)的幅值較高。第二種方法使用了來(lái)自槍支的金屬零件的自諧振散射。
圖4A和圖4B描述的是采樣器輸出的一個(gè)具體例子。圖4A和4B是帶有及未帶武器的人體的時(shí)域的圖像的曲線比較。圖4B中時(shí)域的波形描述了由于存在武器而產(chǎn)生的高幅值的回波。圖5是圖4A與圖4B中時(shí)域圖像的曲線之間的差別。
圖6A與圖6B是圖4A及圖4B的時(shí)域的波形的傅里葉變換的曲線比較。槍支的金屬零件的物理尺寸接近半波長(zhǎng)時(shí)，金屬零件便產(chǎn)生的自諧振，而與入射的微波能量的方位無(wú)關(guān)。存在武器時(shí)，反向散射波形的頻率含量較高。圖6A及6B的比較表明，可以根據(jù)反向散射信號(hào)中存在較高的頻率含量來(lái)成功地判斷武器的存在。
如上所述的兩種方法中，信號(hào)處理器可以使用其中任一種，也可以兩種均用，來(lái)作出判斷。在優(yōu)選的實(shí)例中，由一個(gè)多層的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)完成信號(hào)處理任務(wù)。來(lái)自接收器的頻域數(shù)據(jù)(可由快速傅里葉轉(zhuǎn)換電路來(lái)處理)被送往人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入層。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出層驅(qū)動(dòng)連往發(fā)光二極管顯示器的處理器輸入/輸出電路。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)須經(jīng)訓(xùn)練，以便能在輸入層應(yīng)用的模式中作出鑒別，然后為輸出層生成所要求的應(yīng)答。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用常規(guī)的微處理器子系統(tǒng)來(lái)模擬，或者用專用集成電路或硬件加速器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
參見圖7中的頂級(jí)方塊圖。系統(tǒng)的中央控制功能由主處理器/控制器來(lái)實(shí)施。處理器決定完成檢測(cè)器功能所要求的操作。一旦用戶按下起動(dòng)裝置起動(dòng)武器檢測(cè)器之后，處理器就開始了測(cè)量過程。初始化時(shí)，處理器首先啟動(dòng)顯示器上所有的發(fā)光二極管指示燈。這起到一個(gè)檢查的作用，看看顯示器能否正常運(yùn)行。內(nèi)檢結(jié)束之后，緊接著系統(tǒng)進(jìn)入測(cè)距模式。在該模式，對(duì)到目標(biāo)的距離進(jìn)行測(cè)量，并打開“距離選通”以便只對(duì)該距離的反射信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。而其他距離的反射信號(hào)被抹去，以削弱來(lái)自其他物體的稱為干擾回波的回波信號(hào)。確定到目標(biāo)的距離之后，測(cè)試程序開始，對(duì)來(lái)自目標(biāo)的雷達(dá)回波進(jìn)行測(cè)量。這些回波是頻率的函數(shù)，稱為波頻特性曲線。然后將該曲線與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器記住的曲線進(jìn)行比較，并作出在檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)是否存在武器的判斷。整個(gè)過程在不到一秒時(shí)間內(nèi)即可完成。
本發(fā)明還可用下述非限制性實(shí)例來(lái)描述。
測(cè)距器下面是本項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)選操作的一個(gè)實(shí)例。測(cè)距由本項(xiàng)發(fā)明的方法完成(見圖8與圖9兩個(gè)任選實(shí)例)。發(fā)射器與本機(jī)振蕩器的頻率被調(diào)到測(cè)試頻帶的中心。而且通常情況下在操作期間被固定于這一頻率。然后發(fā)射一個(gè)脈沖(如10納秒寬度的脈沖)，發(fā)射/接收(T/R)及距離選通開關(guān)受命接收第一個(gè)距離接收器中的一個(gè)脈沖。每個(gè)距離接收器對(duì)應(yīng)一碼的距離。第一個(gè)距離接收器相當(dāng)于CWD工作的最小距離(如定為4碼)。為實(shí)現(xiàn)測(cè)距器的功能，每個(gè)距離接收器被調(diào)整到一個(gè)寬度(如2碼)，該寬度與接收脈沖的寬度(如12納秒)相對(duì)應(yīng)。第一個(gè)距離接收器被調(diào)到一個(gè)距離(如4碼)，這要求在發(fā)射脈沖與距離選通脈沖之間有一個(gè)延遲時(shí)間(如24納秒)。雷達(dá)測(cè)距為6納秒每碼。這樣，對(duì)于本例而言，發(fā)射脈沖寬度為10納秒，發(fā)射/接收/距離選通控脈沖的寬度為12納秒而且比發(fā)射脈沖延遲24個(gè)納秒。
回波經(jīng)數(shù)字化并被存于存儲(chǔ)單元內(nèi)。第二個(gè)脈沖(如，1納秒之后)被發(fā)射，但此時(shí)距離選通脈沖的延遲增加了(如增加6個(gè)納秒)，借此將距離選通脈沖調(diào)回一個(gè)距離接收器?；夭ń?jīng)測(cè)量后存于下一個(gè)存儲(chǔ)單元。這一過程被反復(fù)進(jìn)行直到全部12個(gè)距離接收器均被測(cè)量為止。這要占用近12納秒時(shí)間。對(duì)存儲(chǔ)單元進(jìn)行檢查，看看是否至少能有一個(gè)單元中的信號(hào)大于預(yù)定的臨界值。如果是的話，整過程再重復(fù)四次，這樣總的測(cè)量次數(shù)最好為60次。
如果第一次對(duì)所有的距離接收器的測(cè)量均已通過，未發(fā)現(xiàn)其中有超過預(yù)定閾值的信號(hào)，則將發(fā)射器的頻率減少50MHz，再重復(fù)第一次的測(cè)量過程。如果仍沒有超過閾值的信號(hào)，則將頻率增加100MHz再重復(fù)第一次過程。頻移的目的在于消除多路抵銷的影響，而這很可能是雷達(dá)回波信號(hào)不足的原因。
在一系列過程(例如，五次)已經(jīng)進(jìn)行(代表60次測(cè)量及數(shù)據(jù)記錄)，所有的距離接收器也都訪問遍了，這些過程(如5個(gè)過程)所需要的時(shí)間最好在100毫秒或者說0.1秒之內(nèi)。這種訪問過程可以確定在每個(gè)距離接收器中有多少次達(dá)到了臨界值以上。然后最少有三次達(dá)到臨界值以上的距離接收器所代表的距離被選定為到目標(biāo)的距離，并且一個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光以顯示目標(biāo)鎖定已經(jīng)完成。然后，顯示器示出到達(dá)所選目標(biāo)的距離。這也可以供操作人員核對(duì)正在被檢查的目標(biāo)。
在該例中，處理器接著執(zhí)行以下功能1.距離選通脈沖的寬度被減小(如8個(gè)納秒)。這將把測(cè)量距離限制在1碼。1碼對(duì)于容納一個(gè)人來(lái)說已經(jīng)足夠了，而對(duì)于抑制其他距離接收器的干擾也足夠窄了。
2.通過“查閱”實(shí)現(xiàn)所需增益而要求的頻率偏移，為該距離而對(duì)中頻放大系數(shù)進(jìn)行調(diào)整。查閱表中的數(shù)據(jù)是通過計(jì)算以及在生產(chǎn)過程中的實(shí)驗(yàn)測(cè)試而確定的。
3.為選定的距離接收器設(shè)置距離選通脈沖的延遲時(shí)間。
4.為發(fā)射器及本機(jī)振蕩器設(shè)置各自的起始頻率。
5.起動(dòng)武器檢測(cè)程序。
然后，處理器命令脈沖與定時(shí)裝置啟動(dòng)一個(gè)測(cè)量程序。該程序包括1.啟動(dòng)發(fā)射調(diào)制器，發(fā)出一個(gè)脈沖(如脈寬10納秒的脈沖)。
2.對(duì)與選中的距離選通脈沖的延遲時(shí)間相對(duì)應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)數(shù)。
3.將T/R開關(guān)轉(zhuǎn)向接收模式。
4.同時(shí)開啟距離選通脈沖開關(guān)。
5.對(duì)模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)定時(shí)的延遲時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)數(shù)。
6.啟動(dòng)數(shù)模轉(zhuǎn)換對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化并將結(jié)果存于存儲(chǔ)器中。
7.命令振蕩器開始測(cè)試程序中的下一個(gè)程序。
8.檢查并增加計(jì)數(shù)器的數(shù)值。
9.如果計(jì)數(shù)器的值小于預(yù)定值(如50)，等候一段時(shí)間(如1毫秒)再重復(fù)以上步驟1至8。
10.如果計(jì)數(shù)器的值就是預(yù)定值(如50)，將振蕩器復(fù)位到起始頻率，并重復(fù)整個(gè)程序。
11.程序被重復(fù)(如5次)之后，取每個(gè)頻率(如50個(gè)頻率)的結(jié)果的平均值。
12.將平均數(shù)據(jù)送往神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器進(jìn)行圖像匹配。
13.根據(jù)是否有圖像被識(shí)別出來(lái)，以及其可靠程度，點(diǎn)亮相應(yīng)的發(fā)光二極管。
14.只要啟動(dòng)開關(guān)被按下或以其它方式被激活，就持續(xù)重復(fù)該測(cè)量過程。
15.每次頻率搜索結(jié)束之后，新的數(shù)據(jù)被置入移位寄存器，以便最新的數(shù)據(jù)取代最老的數(shù)據(jù)。這將導(dǎo)致對(duì)以每5個(gè)搜索頻率為一組進(jìn)行的持續(xù)的求平均值計(jì)算。
16.每次為圖像比對(duì)而進(jìn)行的頻率掃描結(jié)束之后，新的平均值圖像又被送往神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
17.無(wú)論在何處，只要圖像比對(duì)的判定結(jié)果發(fā)生變化，就點(diǎn)亮新的發(fā)光二極管。
每次有新的對(duì)象接受掃描時(shí)，觸發(fā)裝置或其他起激活作用的部件均應(yīng)被釋放并重新按下或者減活化并重新激活，以使測(cè)矩器的測(cè)量得以重復(fù)，保證新的對(duì)象接受掃描。
本發(fā)明最好以短脈沖雷達(dá)為檢測(cè)器以便安全地對(duì)被查對(duì)象進(jìn)行檢查。它生成一個(gè)雷達(dá)回波，該回波的特性曲線中詢問信號(hào)的頻率是獨(dú)立變量。有各種各樣的技術(shù)可以用于獲得這種信息。如上所述，最佳技術(shù)是使用步進(jìn)式的頻率測(cè)量。也就是說，將作為考慮的頻率分解(如分成50個(gè)點(diǎn))，而測(cè)量在每個(gè)點(diǎn)上進(jìn)行。然后把數(shù)據(jù)收集起來(lái)以作出振幅與頻率的特性曲線。
在本發(fā)明中可以采用的能夠獲得同樣信息的其他方法有1.線性調(diào)頻信號(hào)線性調(diào)頻信號(hào)是指這樣的信號(hào)在每個(gè)脈沖期間，通過不斷改變載波頻率的方式，每個(gè)脈沖能復(fù)蓋整個(gè)或部分頻帶。由于這種應(yīng)用方式所要求的脈沖非常窄，在脈沖期間只有少量的中頻或載波周期出現(xiàn)，因此，精確的測(cè)量至為關(guān)鍵。
2.FM-CM雷達(dá)FM-CM雷達(dá)技術(shù)通常用于雷達(dá)測(cè)高儀，這里需對(duì)距離作出精確的測(cè)量。在這種類型的探測(cè)器中，信號(hào)頻率以線性方式不斷變化，而在對(duì)回波進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，其頻率也在改變。這種變化可以用于本發(fā)明，以與到目標(biāo)的距離相對(duì)應(yīng)的頻率間隔對(duì)這兩個(gè)信號(hào)進(jìn)行跟蹤，但對(duì)回波幅值的變化進(jìn)行采樣和測(cè)量。
3.脈沖雷達(dá)脈沖雷達(dá)生成的脈沖非常狹窄，大約為幾十個(gè)或者有時(shí)為幾百個(gè)微微秒(10-12秒)。如此之窄的脈沖含有頻譜的大部分能量。該方形脈沖的頻譜含量是一個(gè)Sin(X)/X特性曲線，而第一個(gè)零點(diǎn)在與1/T相對(duì)應(yīng)的頻率之處。因此，如果期望在3GHz的頻率上存在有效的能量，就要求脈沖寬度要小于300微微秒。這就意味著所有數(shù)據(jù)的搜集必須在不足300微微秒的時(shí)間內(nèi)完成，因?yàn)樵撔盘?hào)只持續(xù)這么長(zhǎng)時(shí)間。這就使得所要求的系統(tǒng)十分昂貴而且難以實(shí)現(xiàn)。
4.副載波雷達(dá)副載波雷達(dá)可以使用較高頻率的主載波，該主載波是由3GHz范圍內(nèi)的微波副載波調(diào)制的。主載波可在從紅外波(波長(zhǎng)為10微米)直到X光波的可穿透衣物范圍之內(nèi)的任何個(gè)頻率。
作出判定的依據(jù)本發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器通過將頻帶在2GHz以上的信號(hào)回波的特性曲線同所存儲(chǔ)的特性曲線進(jìn)行比較的方式來(lái)作出是否存在武器的判定。武器在2至4GHz的頻帶內(nèi)易于引起諧振，并生成比其他較小的物體更強(qiáng)的回波。作出判斷的依據(jù)是存在一種信號(hào)，其幅值大于背景信號(hào)而小于經(jīng)過校正的雷達(dá)反射大信號(hào)。
輸出與顯示一旦作出判斷，CWD即以各種方式發(fā)出信號(hào)。最簡(jiǎn)單的方式之一是點(diǎn)亮一個(gè)視頻指示器，如發(fā)光二極管。同樣簡(jiǎn)單的是音頻及觸覺指示器。然而，在許多情況，這些信號(hào)均是不合適的。在這種情況下，可以將信號(hào)通過空中，光纖導(dǎo)體等媒體發(fā)射。這些信號(hào)可用來(lái)音頻、視頻或機(jī)械運(yùn)動(dòng)的方式激活一個(gè)遠(yuǎn)程的尋呼機(jī)或接收器。這就可以向經(jīng)過挑選的人員報(bào)警或自動(dòng)地啟動(dòng)所設(shè)的關(guān)卡(如鎖具或其他保護(hù)性裝置)，或者起動(dòng)照相機(jī)對(duì)被查對(duì)象拍攝特寫鏡頭。
可以生產(chǎn)各種機(jī)型的CWD以滿足不同的需求。例如，手持機(jī)可以使警官在交通站從一個(gè)安全的距離對(duì)對(duì)象進(jìn)行檢查。另一種機(jī)型可以固定在墻壁上或懸掛在門楣上。這種機(jī)型一般用于在固定的范圍內(nèi)進(jìn)行持續(xù)掃描的方式以對(duì)所有接近入口的人員進(jìn)行審查。在安裝交通信號(hào)的地區(qū)，當(dāng)有人接近它的時(shí)候，可用無(wú)源探測(cè)器(如，紅外探測(cè)器)來(lái)觸發(fā)CWD。
在這種情況下，一個(gè)尋呼機(jī)被激活，而被審查的人員還不知道他或她已被懷疑帶有暗藏武器。接到尋呼機(jī)報(bào)警的警衛(wèi)人員就可以占據(jù)關(guān)鍵的位置來(lái)防范被測(cè)人員作出任何犯罪行為。如果出現(xiàn)判斷錯(cuò)誤，或者如果該人未干出犯罪行為，這也沒有什么害處，也不會(huì)有任何人因任何行動(dòng)而受到譴責(zé)。這種形式的應(yīng)用最適合于公共機(jī)構(gòu)，如銀行、競(jìng)技場(chǎng)、首飾店或者集中了大量現(xiàn)金或貴重物品的場(chǎng)所。
在其他情況下，有的場(chǎng)合需要有意給出警示，這時(shí)被靠近的門可以鎖上，音頻報(bào)警信號(hào)(可以是錄音、合成語(yǔ)音或蜂鳴音)可以作響，或者閃光燈閃光等。這種類型的響應(yīng)最適合于24小時(shí)營(yíng)業(yè)的商店、機(jī)場(chǎng)、法院、酒吧、及旅游勝地等。
微波/雷達(dá)參見圖10的方塊圖，即可加深對(duì)微波/雷達(dá)部分的理解。
發(fā)射器發(fā)射信號(hào)由Tx電壓控制振蕩器(VCD)01產(chǎn)生。該信號(hào)輸入到調(diào)制器以便將CW(等幅波雷達(dá))波形變成一個(gè)脈沖(如，脈寬為10納秒)。所得的Tx信號(hào)是一個(gè)脈沖系列，其頻率被調(diào)整到一個(gè)特定的范圍(如2.90至3.15GHz)。該脈沖系列在1KHz的增量。每次測(cè)量包括51次讀取，每次均以一個(gè)新的頻率進(jìn)行(比前一個(gè)頻率增加5MHz)。這樣，測(cè)量完成的頻率范圍達(dá)250GHz。處理器對(duì)50次測(cè)量組成的一組取平均值，以便作出判斷。01的諧振電壓在定時(shí)電路中產(chǎn)生，而且波形為階梯形。其幅值、偏移及線性度均是可調(diào)的。每一步在每次判讀之后立刻出現(xiàn)，以便為01提供最大的時(shí)間來(lái)調(diào)諧和穩(wěn)定下一個(gè)頻率。
發(fā)射信號(hào)在開關(guān)S1中進(jìn)行調(diào)制。來(lái)自01的信號(hào)是CW，而調(diào)制信號(hào)是在定時(shí)電路中生成的。調(diào)制器的后面是高通濾波器F1，用于阻止視頻調(diào)制信號(hào)的能量在到達(dá)輸出功率放大器的地方從調(diào)制器的輸出連結(jié)器漏出。然后該脈沖(脈寬為10納秒)調(diào)制信號(hào)被放大到+23dBm并傳送到發(fā)射/接收器(T/R)開關(guān)S2。此開關(guān)通常被置于發(fā)射狀態(tài)，而在調(diào)制脈沖送達(dá)S1之后一個(gè)精確延遲的時(shí)刻被置于接收狀態(tài)。該延遲在24至90納秒的范圍內(nèi)。在6或12納秒期間該開關(guān)置于接收狀態(tài)，以發(fā)揮距離選通脈沖的某些作用。S2的后面是第二個(gè)距離選通開關(guān)S3，與S2同步運(yùn)行。如果S2具有足夠的隔絕能力，將起點(diǎn)時(shí)間的泄露降低到允許值，則S3可以舍去。S3與S2將在需要接收雷達(dá)回波的期間內(nèi)把一個(gè)信號(hào)傳往低噪音RF放大器A2。
T/R開關(guān)S2的共用接口連往天線的接口。一個(gè)預(yù)選濾波器被接入該路徑之中。該濾波器衰減由發(fā)射器振蕩器/調(diào)制器/放大器組合所產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)入接收器。該濾波器的通過頻帶為1dB、2.85至3.25GHz。天線接口為一個(gè)SMA凹型連接器。
接收器高通濾波器包括一個(gè)約為1.7GHz的截止頻率，用于防止視頻脈沖在到達(dá)低噪聲放大器A2時(shí)從T/R和距離選通開關(guān)泄露?；夭ㄐ盘?hào)在RF放大器A2中放大，增益為20dB。經(jīng)過放大的信號(hào)被送往一個(gè)雙路平衡混頻器M1。
供與混頻器的本機(jī)振蕩信號(hào)產(chǎn)生于第二個(gè)壓控振蕩器，02。該振蕩信號(hào)比01偏移了700MHz。也就是說，它的頻率從2.20調(diào)整到2.45GHz。它的調(diào)諧與01同步進(jìn)行，以便將中頻輸出保持在700MHz。02以0.5MHz的增量與01一道步進(jìn)。它的諧振電壓也是在定時(shí)電路中產(chǎn)生的。中頻信號(hào)經(jīng)一個(gè)帶通濾波器F4濾波，頻率穩(wěn)定在700MHz，而頻帶為400MHz。它的通頻帶為500至900MHz。選擇該帶寬是為了維持脈沖的質(zhì)量，因?yàn)楸３謱?duì)距離的分辨能力要求脈沖的上升迅速，脈沖寬要窄。然后，經(jīng)過濾波的中頻信號(hào)經(jīng)過一個(gè)可變?cè)鲆嬷蓄l放大器A3放大。增益控制是一個(gè)0至5伏的模擬信號(hào)，0伏時(shí)其增益最大。增益控制由處理器生成，而來(lái)源于到目標(biāo)的距離。也就是說，隨著距離選通脈沖延遲的增加，中頻增益也在增加。這就保證了雷達(dá)的靈敏度時(shí)間控制(STC)并對(duì)目標(biāo)越遠(yuǎn)回波越弱的狀況進(jìn)行了補(bǔ)償。中頻放器的增益可在15至65dB之間變化。對(duì)于一個(gè)固定的目標(biāo)有效反射截面而言，目標(biāo)的距離在3至15米的范圍內(nèi)變化，回波的變化為23dB。目標(biāo)變化超出3至15米時(shí)，回波的變化為28dB。這樣，50dB的范圍已有足夠的余量適應(yīng)大距離的檢查，而不會(huì)給所要求的距離帶來(lái)限制。如需降低成本，可以減少該余量。
中頻脈沖信號(hào)在高速檢測(cè)器D1中進(jìn)行檢測(cè)。電流測(cè)試儀是檢測(cè)器、低通濾波器和匹配器的組合，并使用了一個(gè)回掃二極管。檢測(cè)器在300至500MHz的頻段內(nèi)處于斷路狀態(tài)的便將中頻載波衰減到遠(yuǎn)在脈沖包絡(luò)線以下。然后，脈沖包絡(luò)在視頻放大器A4中放大。該視頻放大器的增益為40dB，把在一般情況下峰值為幾十毫伏(如40至50毫伏)的經(jīng)過檢測(cè)的視頻信號(hào)放大到4或5伏的水平。然后，這些脈沖被異步采樣與自保電路展寬，將其脈沖寬度從10納秒展到50納秒。在進(jìn)入該脈沖15納秒的時(shí)刻。數(shù)字轉(zhuǎn)換器(模-數(shù)轉(zhuǎn)換器)讀出其幅值并生成該信號(hào)幅值的數(shù)字化形式。其輸出端是一個(gè)同軸連接器，便于使用屏蔽電纜，以防止外來(lái)干擾及噪聲對(duì)測(cè)量造成影響。
測(cè)試點(diǎn)在被測(cè)電路被集成到一個(gè)單片器件之中后，測(cè)試點(diǎn)即顯露在外又被包括在器件之中，用于對(duì)相應(yīng)電路進(jìn)行監(jiān)查和故障分析。一旦去掉連接器，而且元件已通過印刷傳輸線連好之后，排除故障幾乎是不可能的。測(cè)試點(diǎn)分支于在電路中處于關(guān)鍵部位的定向連接器。第一個(gè)測(cè)試點(diǎn)TP1位于01的輸出端，這樣就可以在申請(qǐng)的調(diào)制到來(lái)之前對(duì)基本振蕩器CW的信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。這種觀測(cè)方式便于對(duì)每一次步進(jìn)的頻率、功率電平及Tx信號(hào)的穩(wěn)定性進(jìn)行測(cè)量。第二個(gè)測(cè)試點(diǎn)TP2位于Tx輸出放大器的后面。該位置能對(duì)調(diào)制定時(shí)、發(fā)射信號(hào)的波形、輸出功率的峰值以及脈寬進(jìn)行觀測(cè)。第三個(gè)測(cè)試點(diǎn)TP3位于T/R開關(guān)的輸出端。在目標(biāo)與雷達(dá)相距很近時(shí)，信號(hào)只能在該試測(cè)點(diǎn)進(jìn)行觀測(cè)。然而，該點(diǎn)的信號(hào)只能作為一個(gè)精確的一時(shí)基準(zhǔn)，供計(jì)時(shí)基線距離選通使用，而其他距離由該門來(lái)校驗(yàn)。通過該點(diǎn)還可以對(duì)不符合要求的并且混雜于干擾信號(hào)的所有反射信號(hào)進(jìn)行觀測(cè)。第四個(gè)測(cè)試點(diǎn)TP4在本機(jī)振蕩器的輸出端，可以對(duì)02的輸出以及混頻器的驅(qū)動(dòng)電位進(jìn)行觀測(cè)，以便對(duì)線性度進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)01進(jìn)行跟蹤。第五個(gè)測(cè)試點(diǎn)TP5位于中頻放大器的輸出端。該位置可提供有關(guān)混頻器的變頻的變頻損耗以及中頻放大器的增益的信息，以便查明接收器的線性功能。為這些測(cè)試點(diǎn)的連接器選擇的電平為15dB，以便將每個(gè)設(shè)備的插入損耗降至最低程度。
機(jī)械方面優(yōu)選的微波整機(jī)系統(tǒng)的外形示于圖11。其整體外殼尺寸為長(zhǎng)、寬各為8英寸，而厚度不足1英寸。天線接口為SMA凹型連接器，用于電纜與天線的入口連接。然而，市場(chǎng)對(duì)天線與主機(jī)隱蔽連接的射頻機(jī)型需求旺盛。輸入調(diào)制及T/R信號(hào)的高速連接器是同軸的，如SMC型。五個(gè)測(cè)試點(diǎn)為SMA凹型插口。包括Tx及LO調(diào)頻控制以及中頻增益控制在內(nèi)的低頻輸入被集成到一個(gè)多針連接器。而第二個(gè)多針連接器用于直流電源的輸入。
概要這里所進(jìn)行的詳細(xì)說明的概要示于下面幾個(gè)表格之中。
表1a優(yōu)選操作說明概要
<p>表1b輸入
表1c輸出
<p>表1d環(huán)境要求
體現(xiàn)本發(fā)明的便攜式機(jī)型的優(yōu)選機(jī)身示于圖12至15中。構(gòu)成部件包括發(fā)射器/接收器、射頻調(diào)制器108、天線107、顯示控制板111、CPU和邏輯控制板109、顯示屏112、螺釘130，131，132，133，I/O連接器110、啟動(dòng)開關(guān)裝配件125、啟動(dòng)開關(guān)、開關(guān)架、接口連接器120、顯示窗113、手持振蕩器116、“C”電池119、接口連接器蓋105、電源蓋104、顯示框103、外殼1 02、后手柄118、前框101，發(fā)光二極管指示燈115、和陶瓷蜂鳴器114。
本發(fā)明對(duì)于檢測(cè)手槍及其他武器特別適用，其中包括但又不限于以下這些武器.22口徑左輪手槍、.38口徑左輪手槍、.357口徑左輪手槍、.22口徑鋸斷的步槍、.380自動(dòng)手槍、.9mm自動(dòng)手槍、.22口徑自動(dòng)手槍，以及管形炸彈或其它筒形武器。本發(fā)明還能將武器從其他干擾的中區(qū)別出來(lái)，包括但不限于皮帶環(huán)扣、手鐲、手表、錄音機(jī)、軟飲料罐、硬幣、計(jì)算器、唇膏套、軍衣扣子、移動(dòng)手機(jī)、鑰匙環(huán)、和鑰匙。本項(xiàng)發(fā)明還能檢測(cè)帶有各種外套或放入以下物品中的武器，這些物品(包括但不限于)為錢包、挎帶(前胸或側(cè)背)、挎肩槍套、工裝褲、公文包、外衣(包括皮衣、大衣、風(fēng)衣、和馬球衫)。
下面舉例說明對(duì)本發(fā)明的測(cè)試。
圖16是人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)試表，圖17展示了測(cè)試的原始數(shù)據(jù)。從與本發(fā)明相對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)中獲取的數(shù)據(jù)可以表明有五個(gè)武器接受了測(cè)試(.9mm自動(dòng)手槍、.380自動(dòng)手槍、.38口徑左輪手槍、.357口徑左輪手槍、.22口徑鋸斷的步槍)。19行表中的每一行都是在帶寬為250MHz的頻率為2.2GHz的50個(gè)點(diǎn)上所取的平均值。表的左邊是從0到1的數(shù)據(jù)距離。有槍存在時(shí)，1是目標(biāo)數(shù)。槍不存在時(shí)，0是目標(biāo)數(shù)。對(duì)于實(shí)際操作，大于0.8的結(jié)果將使武器檢測(cè)器啟動(dòng)紅燈以顯示武器存在。小于0.2的結(jié)果將使武器檢測(cè)器啟動(dòng)綠燈的顯示武器不存在。0.2至0.8之間的任何結(jié)要都會(huì)導(dǎo)致黃燈發(fā)光，表明應(yīng)使被嫌疑者轉(zhuǎn)身進(jìn)行第二次檢測(cè)(可獲得對(duì)潛在武器的更好的鑒別)。白柱表示目標(biāo)輸出。黑柱表示實(shí)際輸出。前三次檢測(cè)涉及一支.9mm手槍。第一次測(cè)試是對(duì)放在一個(gè)人臂下的.9mm手槍進(jìn)行的。第二次測(cè)試是對(duì)放入掛在人體側(cè)面的槍套中的0.9mm槍管進(jìn)行的。第三次測(cè)試是對(duì)后背皮帶中別有一支.9mm手槍的人進(jìn)行的。第四次測(cè)試是對(duì)別在人的前腰帶中的.380自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第五次測(cè)試是在嫌疑人舉臂的情況下對(duì)藏于其側(cè)面的.380自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第六次測(cè)試是對(duì)別在人的后背腰帶中的.380自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第七次測(cè)試是在嫌疑人雙臂下垂時(shí)對(duì)放于其體側(cè)的.38口徑左輪手槍進(jìn)行的。第八次測(cè)試是對(duì)別在人后背腰帶中的.38口徑左輪手槍進(jìn)行的。第九次測(cè)試是在干擾環(huán)境下(嫌疑人的腰帶上有一個(gè)大個(gè)的西方式皮帶扣環(huán)、衣裝里有一個(gè)在鑰匙環(huán)、腰帶上有一個(gè)計(jì)算器，襯衫前袋里有一個(gè)計(jì)算器，衣袋里有多個(gè)硬幣)時(shí)別在嫌疑人腰帶前部的.9mm自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第十次測(cè)試是在同樣的干擾環(huán)境下當(dāng)被側(cè)人雙臂下垂時(shí)對(duì)別在其側(cè)部腰帶中的.9mm自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第十一次測(cè)試是對(duì)別在受到干擾的人的背部腰帶里的.9mm自動(dòng)手槍進(jìn)行的。第十二次測(cè)試是在同類干擾環(huán)境下當(dāng)被測(cè)者雙臂上舉時(shí)對(duì)放在其體側(cè)槍套中的.357口徑手槍進(jìn)行的。第十三次測(cè)試是在同樣的干擾環(huán)境下對(duì)放于被測(cè)者背部腰帶中的.357口徑的手槍進(jìn)行的。第十四次測(cè)試是在同樣的干擾環(huán)境下對(duì)放于被測(cè)試者側(cè)部的槍套中的.38口徑手槍進(jìn)行的。第十五次檢測(cè)是在同樣的干擾環(huán)境下對(duì)放于被測(cè)者臂下的.38口徑左輪手槍進(jìn)行的。第十六次檢測(cè)是在干擾環(huán)境下對(duì)插在被測(cè)體側(cè)腰帶中的.38口徑左輪手槍進(jìn)行的。第十七次檢測(cè)是在干擾環(huán)境下對(duì)放在嫌疑人背部腰帶中的.38口徑左輪手槍進(jìn)行的。第十八次檢測(cè)是在干擾環(huán)境下對(duì)放在嫌疑人前部腰帶中的.22口徑的發(fā)令手槍進(jìn)行的。第十九次檢測(cè)是在干擾環(huán)境下對(duì)插在背部腰帶中的發(fā)令手槍進(jìn)行的。在所有這些情況中，經(jīng)過訓(xùn)練過的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)均能成功地檢測(cè)出手槍的存在。
圖18所示的是一個(gè)人在臂下帶有武器時(shí)與同一個(gè)人不帶武器時(shí)的頻譜的差異與經(jīng)過校正的差異。實(shí)線波形表示武器存在時(shí)的差異，而虛線波形表示武器存在時(shí)經(jīng)過校正的差異。重要的是在2至3GHz的范圍內(nèi)鑒別力較高。這表示我們從在約為3GHz時(shí)來(lái)自武器的回波發(fā)生瞬變中發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)象。無(wú)論測(cè)試什么武器這一點(diǎn)都始終如一地重復(fù)出現(xiàn)。我們還注意到在2GHz時(shí)波形差異為0.002伏特。這是武器的正面，在本例中是一支.9mm的自動(dòng)手槍。
圖19展示的是一個(gè)在后背腰帶上帶有武器的人和一個(gè)不帶武器的人和一個(gè)不帶武器的人頻率的差異和校正后的差異。實(shí)線表示有武器時(shí)的差異，而虛線表示有武器時(shí)校正后的差異。在1.5GHz時(shí)差異約為0.0025伏，而在3GHz時(shí)約為0.0015伏。圖中的波形表明了在1.5GHz及3GHz時(shí)鑒別能力均有增加的現(xiàn)象。對(duì)于一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)曲線識(shí)別程序而言，這些差異可以識(shí)別出來(lái)的。
圖21的測(cè)試用的是一支.38口徑左輪手槍，放在一個(gè)人的體側(cè)。虛線表示一個(gè)未帶武器的人的回波。粗虛線表示的是對(duì)一個(gè)未帶武器的人進(jìn)行的50次計(jì)算的平均值。實(shí)線表示來(lái)自一個(gè)帶武器的人的回波波形。最粗的實(shí)線(為整條實(shí)線中點(diǎn)的右面部分)是對(duì)一個(gè)帶槍人進(jìn)行的全部計(jì)算的平均值。波形中的差異是一個(gè)平均值。達(dá)1.475伏以上。
圖21表示的是對(duì)一個(gè)人(虛線)和一個(gè)帶槍的人(實(shí)線)進(jìn)行50次計(jì)算的平均值。槍為.9mm自動(dòng)手槍。差異還是很明顯的(對(duì)于大多數(shù)計(jì)算而言約為0.5至1伏)。
雖然在對(duì)本發(fā)明進(jìn)行的詳細(xì)敘述中特別參考了一些優(yōu)選的具體實(shí)例，但是體現(xiàn)本發(fā)明的其他實(shí)例也可以取得同樣效果。對(duì)于在該技術(shù)領(lǐng)域有所專長(zhǎng)的人士而言，對(duì)本發(fā)明作出變動(dòng)和更改是顯然的事情。但是所有諸如此類的更改及生成的等效系統(tǒng)都要由下面所附的專利要求所覆蓋。上面所提及的說明、應(yīng)用、專利、和出版方面的全部?jī)?nèi)容在這里被綜合起來(lái)以供參考。
權(quán)利要求
1.一個(gè)武器檢測(cè)器，其特征在于，包括一個(gè)發(fā)射器，用于產(chǎn)生引起武器自諧振的一組頻率的輸出；一個(gè)天線，用于將所述發(fā)射器輸出導(dǎo)向潛在武器的地方，并收集反向散射信號(hào)；一個(gè)接收器，用于接收所述反向散射信號(hào)，并且在自諧振頻率范圍內(nèi)工作；和一個(gè)信號(hào)處理器，用于檢測(cè)在所述反向散射信號(hào)中存在的多個(gè)自諧振頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，另外還包括一個(gè)距離探測(cè)器，用于校正反向散射信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述發(fā)射器生成1GHz至10GHz之間的頻率輸出。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，所述接收器的時(shí)間分辨能力約小于10納秒。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述接收器的最小信號(hào)檢測(cè)能力小于1毫伏。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述信號(hào)處理器對(duì)人身上的武器的存在作出預(yù)測(cè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度約大于或等于75％。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度約大于或等于95％。
9.根據(jù)權(quán)利要求8中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度約大于或等于98％。
10.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述檢測(cè)器是便攜式的及手持型的。
11.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中的武器被在約為20碼的距離范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。
12.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中的武器被在約為15碼的距離范圍內(nèi)進(jìn)行檢測(cè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中的武器被在距離至少為4碼的范圍內(nèi)檢測(cè)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述信號(hào)處理器包括一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在投入現(xiàn)場(chǎng)使用之前要接受訓(xùn)練以便能識(shí)別來(lái)自武器的反向散射信號(hào)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述檢測(cè)器能在發(fā)射器輸出信號(hào)之后的1秒鐘內(nèi)給出一個(gè)結(jié)果。
17.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，另外還包括關(guān)于武器存在與不存在的指示器。
18.根據(jù)權(quán)利要求17中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述指示器的可供選擇的指示方式有音頻信號(hào)、靜音信號(hào)、觸覺信號(hào)、視頻信號(hào)，機(jī)械信號(hào)，及顯示信息。
19.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中所述檢測(cè)器懸掛在門口內(nèi)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中還包括根據(jù)武器的檢測(cè)結(jié)果向所述門口提供一個(gè)屏障的裝置。
21.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，其中還包括一照相機(jī)，它在檢測(cè)到武器時(shí)啟動(dòng)并攝取照片。
22.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，適用于檢測(cè)手槍、步槍、獵槍、和管形炸彈。
23.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，適用于將武器從下列物口中鑒別出來(lái)皮帶環(huán)扣、鐲子、手表、錄音機(jī)、軟飲料罐、硬幣、計(jì)算器、唇膏盒、計(jì)算器、軍衣扣子、移動(dòng)電話、鑰匙環(huán)和鑰匙。
24.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的武器檢測(cè)器，其特征在于，適用于對(duì)放在以下物品中及里面的武器進(jìn)行檢查，這些物品有錢包、腰帶、槍套、褲子、公文包、外衣及襯衣。
25.一個(gè)檢測(cè)武器的方法，其特征在于，包括以下步驟發(fā)射一組頻率與武器的自諧頻率相等的輸出信號(hào)；把發(fā)射器的輸出信號(hào)導(dǎo)向可能潛在武器的位置，并收集反向散射信號(hào)；接收反向散射信號(hào)，并在武器自諧振頻率的范圍運(yùn)行；在反向散射信號(hào)中測(cè)出有多個(gè)自諧振信號(hào)存在。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)反向散射信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化的步驟。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中生成頻率輸出的步驟包括生成一個(gè)約為1GHz至10GHz之間的頻率的輸出。
28.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中接收反向散射信號(hào)的步驟包括一個(gè)約小于10納秒的時(shí)間分辨能力。
29.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中在反向散射信號(hào)中測(cè)出有多個(gè)自諧振信號(hào)存在的步驟包括作出有關(guān)人身上帶有武器的預(yù)測(cè)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的方法，其特征在于，其中作出預(yù)測(cè)的步驟包括預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度大于或等于75％。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其特征在于，其中作出預(yù)測(cè)的步驟包括預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度大于或等于95％。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其特征在于，其中作出預(yù)測(cè)的步驟包括預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度大于或等于98％。
33.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括在便攜式和手持的情況下執(zhí)行所有的步驟。
34.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括在約為20碼的范圍內(nèi)對(duì)武器進(jìn)行檢測(cè)。
35.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括在約為15碼的范圍內(nèi)對(duì)武器進(jìn)行檢測(cè)。
36.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，包括在至少3碼的范圍對(duì)武器進(jìn)行檢測(cè)。
37.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中檢測(cè)步驟包括應(yīng)用一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其特征在于，還包括對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使其在投入現(xiàn)場(chǎng)使用之前能夠識(shí)別來(lái)自武器的反向散射信號(hào)。
39.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中的檢測(cè)步驟包括在發(fā)射器發(fā)出信號(hào)之后的約一秒鐘內(nèi)給出結(jié)果。
40.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括指出武器存在與不存在的步驟。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的方法，其特征在于，其中的指出步驟包括給出一個(gè)從如下信號(hào)組選擇出來(lái)的信號(hào)，該信號(hào)組包括音頻信號(hào)、靜音信號(hào)、觸覺信號(hào)、視頻信號(hào)、機(jī)械信號(hào)、及顯示信息。
42.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中所述檢測(cè)步驟包括在一個(gè)門口內(nèi)檢測(cè)。
43.根據(jù)權(quán)利要求42中所述的方法，其特征在于，還包括根據(jù)武器的檢測(cè)情況去激活一個(gè)為門口而設(shè)的屏障的步驟。
44.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，還包括提供一部照相機(jī)，它在檢測(cè)到武器時(shí)啟動(dòng)并進(jìn)行拍照。
45.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中的檢測(cè)步驟包括對(duì)從以下武器中選出的武器進(jìn)行檢測(cè)手槍、步槍、獵槍、和管形炸彈。
46.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中的檢測(cè)步驟還包括將武器從下列物品中鑒別出來(lái)皮帶環(huán)扣、鐲子、手表、錄音機(jī)、軟飲料罐、硬幣、計(jì)算器、唇膏盒、軍衣扣子、移動(dòng)電話、鑰匙環(huán)和鑰匙。
47.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征在于，其中檢測(cè)步驟包括對(duì)藏于衣服/隨身物品之中或里面的武器進(jìn)行檢測(cè)，待選的衣服/隨身物品有錢包、腰帶、槍套、褲子、公文包、外衣及襯衫。
全文摘要
一種利用雷達(dá)的武器檢測(cè)器(12)和方法。該系統(tǒng)包括:一個(gè)發(fā)射器,用于產(chǎn)生引起武器自諧振的一組頻率的輸出(14);一個(gè)天線,用于將所述發(fā)射器輸出導(dǎo)向潛在武器的地方,并收集反向散射信號(hào)(15);一個(gè)接收器,用于接收所述反向散射信號(hào)(15),并且在自諧振頻率范圍內(nèi)工作;以及一個(gè)信號(hào)處理器;用于檢測(cè)在所述反向散射信號(hào)(15)中存在的多個(gè)自諧振頻率。在4－15碼的最佳距離內(nèi)可以獲得大于98%的精度。該武器檢測(cè)器(12)能夠?qū)θ梭w檢測(cè)在錢包、公文包和衣物下的金屬武器和非金屬武器(16);并且能夠把武器從皮帶環(huán)扣、硬幣、鑰匙、計(jì)算器、和移動(dòng)電話中區(qū)分出來(lái)。
文檔編號(hào)G01S13/88GK1255200SQ97199431
公開日2000年5月31日 申請(qǐng)日期1997年9月18日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月18日
發(fā)明者格雷戈里·B·麥卡利斯, 杰里·豪斯納, 保羅·J·梅尼庫(kù)奇, 羅伯特·H·戈?duì)柭?申請(qǐng)人:麥卡利斯有限公司