一種毫米波被動(dòng)安檢成像儀及人體安檢成像系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及公共安檢領(lǐng)域內(nèi)的被動(dòng)微波成像儀，尤其涉及一種毫米波被動(dòng)安 檢成像儀及人體安檢成像系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前國(guó)內(nèi)外反恐形勢(shì)日益嚴(yán)峻的形式下，恐怖分子利用隱匿方式隨身攜帶刀 具、槍支及爆炸物等危險(xiǎn)品對(duì)航空器安全構(gòu)成了極大的威脅。機(jī)場(chǎng)、車站等特定場(chǎng)合人體安 檢技術(shù)越來(lái)越得到各國(guó)交通運(yùn)輸管理部門的重視。針對(duì)人體的安檢技術(shù)和針對(duì)貨物的安檢 有很大不同：人體安檢不僅要考慮系統(tǒng)的危險(xiǎn)品檢出能力，而且要顧及輻射安全、個(gè)人隱私 保護(hù)等問題。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)人體安檢成像系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案主要有以下幾個(gè)技術(shù)途徑：
[0003] 其一是基于X射線的人體安檢成像技術(shù)。X射線安檢成像儀首先向人體發(fā)出X射 線進(jìn)行探測(cè)，利用X射線與物質(zhì)的相互作用效果不同，并通過記錄和人體相互作用后的射 線強(qiáng)度的分布，即可對(duì)人體進(jìn)行成像。該方案的優(yōu)點(diǎn)是安檢檢測(cè)能力強(qiáng)，能獲得分辨率較高 的透視圖像，在9. 11事件后曾大規(guī)模使用。但X射線輻射是一種電離輻射，對(duì)人體健康存 在威脅，另外，X射線安檢的人權(quán)隱私問題也很嚴(yán)重。現(xiàn)在，在歐美等國(guó)，X射線安檢儀已逐 步退出人體安檢主流市場(chǎng)。
[0004] 其二是基于主動(dòng)式毫米波的人體安檢成像技術(shù)。該技術(shù)工作原理和雷達(dá)類似，設(shè) 備首先向人體輻射毫米波，而后通過接收器檢測(cè)和人體進(jìn)行相互作用后的毫米波電磁場(chǎng)， 從而對(duì)人體進(jìn)行成像。其典型代表有L-3公司的Provision系列產(chǎn)品（J.L.Fermandes， C.M.Rappaport,etal."Improvedreconstructionandsensingtechniquesfor personnelscreeninginthree-dimensionalcylindricalmillimeter-waveportal scanning"，ProceedingsofSPIE，Vol. 8022,doi:10. 1117/12. 887612,2011)。目前， Provision系列產(chǎn)品已在各大機(jī)場(chǎng)獲得廣泛應(yīng)用。該方案的主要優(yōu)點(diǎn)是毫米波屬非電離輻 射，輻射危害小，采用掃描等成像機(jī)制同樣可獲得分辨率較高的圖像。該方案的主要缺點(diǎn) 是：設(shè)備發(fā)出的毫米波輻射也會(huì)對(duì)生物體產(chǎn)生復(fù)雜的生物效應(yīng)，依然存在輻射安全問題。
[0005] 其三是基于被動(dòng)式毫米波的人體安檢成像技術(shù)。其典型代表產(chǎn)品有Northrop Grumman公司的NGC系統(tǒng)（L.Yujiri."Passivemillimeterwaveimaging''，IEEEMTT-S Int.Microw.Symp.Dig，pp. 98-101，2006)。該方案的優(yōu)點(diǎn)是通過檢測(cè)目標(biāo)自身的毫米波福 射實(shí)現(xiàn)成像，無(wú)主動(dòng)輻射，對(duì)人體絕對(duì)安全，利用毫米波段的穿透能力實(shí)現(xiàn)人體藏匿危險(xiǎn)物 的檢測(cè)。該方案的主要缺點(diǎn)是，受系統(tǒng)復(fù)雜度限制，難以快速獲得高分辨率的圖像。
[0006] 根據(jù)成像體制的不同，被動(dòng)毫米波成像技術(shù)又可分為三種。
[0007] 其一是傳統(tǒng)的機(jī)械掃描體制，該模式的產(chǎn)品往往天線波束比較窄，通過一個(gè)二維 的機(jī)械掃描架來(lái)完成對(duì)二維目標(biāo)區(qū)域的成像。例如德國(guó)DLR研宄所的AB0SCA安檢成像 系統(tǒng)（M.Peichl，S.Dill，etal."Passivemicrowaveremotesensingforsecurity applications"，RadarConference，EuRAD20〇7.European，pp. 32_35, 2〇〇7)。該體制原理 清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但成像時(shí)間長(zhǎng)，圖像空間分辨率輻射靈敏度指標(biāo)差，并且對(duì)機(jī)械架構(gòu)的精 確度要求高，難以滿足實(shí)際安檢應(yīng)用需求；
[0008] 其二是焦平面陣列成像體制，其基本原理是通過分布在焦平面上的眾多單元天線 以及適當(dāng)?shù)姆瓷涿娼Y(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的多點(diǎn)同時(shí)成像。例如美國(guó)NorthropGrumman公 司的NGC系統(tǒng)。使用焦平面陣列天線可大大縮短成像時(shí)間，但是系統(tǒng)復(fù)雜度成倍提高，例如 NGC系統(tǒng)在水平15°垂直10°的視場(chǎng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)0.5°的角分辨率，需要使用1040個(gè)接收機(jī)。
[0009] 其三是綜合孔徑成像機(jī)制，使用干涉式測(cè)量技術(shù)，可縮短天線實(shí)際物理尺寸，在保 證成像時(shí)間及圖像指標(biāo)的前提下，盡可能降低系統(tǒng)的復(fù)雜度。綜合孔徑成像體制最早提出 于射電天文領(lǐng)域，后來(lái)又在衛(wèi)星遙感對(duì)地觀測(cè)領(lǐng)域取得成功。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有安檢成像技術(shù)的缺點(diǎn)，突破被動(dòng)毫米波成像技術(shù)的困 境，利用綜合孔徑技術(shù)提供了一種毫米波被動(dòng)安檢成像儀；該成像儀具有一次采樣即可反 演一幅圖像所需的全部空間頻域信息，而且不需要天線陣列的旋轉(zhuǎn)即可成像，縮短了成像 時(shí)間；而且具有更高的分辨率；此外，根據(jù)圓環(huán)陣干涉成像的特點(diǎn)對(duì)成像環(huán)境進(jìn)行優(yōu)化設(shè) 計(jì)，本發(fā)明還提出了一種人體安檢成像系統(tǒng)。
[0011] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種毫米波被動(dòng)安檢成像儀，包括：圓環(huán)形天線陣列 1 ;所述圓環(huán)形天線陣列1由N個(gè)單元天線2組成，N彡2 ;所述N個(gè)單元天線2分布在一個(gè) 圓環(huán)天線支架3上組成滿陣，即一次采樣數(shù)據(jù)能得到反演一幅圖像所需的全部空間頻率域 信息。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述單元天線2的朝向均聚焦指向探測(cè)視場(chǎng)的中心，且所有單 元天線2的口徑中心均處于一個(gè)平面內(nèi)。
[0013] 上述技術(shù)方案中，所述圓環(huán)形天線陣列1的直徑D根據(jù)成像的分辨率要求進(jìn)行設(shè) 計(jì)，D作為最長(zhǎng)基線滿足：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種毫米波被動(dòng)安檢成像儀，包括：圓環(huán)形天線陣列（1);其特征在于，所述圓環(huán)形 天線陣列（1)由N個(gè)單元天線（2)組成，N多2 ;所述N個(gè)單元天線（2)分布在一個(gè)圓環(huán)天線 支架（3)上組成滿陣，即一次采樣數(shù)據(jù)能得到反演一幅圖像所需的全部空間頻率域信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述單元天線（2)的朝 向均聚焦指向探測(cè)視場(chǎng)的中心，且所有單元天線（2)的口徑中心均處于一個(gè)平面內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述圓環(huán)形天線陣列 (1)的直徑D根據(jù)成像的分辨率要求進(jìn)行設(shè)計(jì)，D作為最長(zhǎng)基線滿足：
兵甲，A乃禍射波長(zhǎng)，A|為角度分辨率，q為窗函數(shù)因子。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述單元天線（2)的口 徑尺寸根據(jù)無(wú)混疊視場(chǎng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)所述單元天線（2)的口徑類型為圓形時(shí)，其口 徑的直徑小于等于Ad;其中Ad為最短基線，滿足：
兵〒，A萬(wàn)描坍波長(zhǎng)，0為無(wú)混疊視場(chǎng)張角。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述單元天線（2)的口 徑尺寸根據(jù)無(wú)混疊視場(chǎng)的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)；當(dāng)所述單元天線（2)的口徑類型為矩形時(shí)，口徑 尺寸的橫向邊長(zhǎng)a和縱向邊長(zhǎng)b滿足： a<A屯且b<Ad2; 其中，AcU分別為所述單元天線（2)的矩形口徑的橫向最短基線和縱向最短基 線；滿足：
其中，A為輻射波長(zhǎng)，9i為橫向的無(wú)混疊視場(chǎng)張角，9 2為縱向的無(wú)混疊視場(chǎng)張角。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述單元天線（2)到 圓環(huán)形天線陣列（1)中心的距離r滿足：ri<r彡r2;其中r:和r2分別為圓環(huán)形天線陣列 (1)所形成的環(huán)形面的外半徑和內(nèi)半徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀，其特征在于，所述毫米波被動(dòng)安檢 成像儀還包括： N套接收機(jī)組件，用于對(duì)完成各相應(yīng)單元天線所接收電磁波信號(hào)的放大和正交檢波； 一套本地振蕩器；用于為所述N套接收機(jī)組件提供同步的參考信號(hào)，并用于對(duì)接收信 號(hào)進(jìn)行處理，使信號(hào)具有相關(guān)性； 一套數(shù)字相關(guān)器，用于對(duì)各路接收信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化復(fù)相關(guān)運(yùn)算處理得到可視度函數(shù) 值； 一套校準(zhǔn)/定標(biāo)單元，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行校準(zhǔn)/定標(biāo)； 一套數(shù)據(jù)處理單元，用于對(duì)可視度函數(shù)值進(jìn)行校正和成像處理；通過針對(duì)圓環(huán)陣列優(yōu) 化過的徑向、角向插值算法及偽極網(wǎng)格反演算法得到空間域圖像；和 一套顯示單元，用于顯示空間域圖像。
8. -種人體安檢成像系統(tǒng)，基于權(quán)利要求1-7之一所述的毫米波被動(dòng)安檢成像儀實(shí) 現(xiàn)，所述系統(tǒng)包括：毫米波被動(dòng)安檢成像儀（5)、兩個(gè)隔板（6)、地板及天花板（7);所述兩個(gè) 隔板（6)之間形成一個(gè)人員入口（8)和人員出口（9);所述兩個(gè)隔板（6)和地板及天花板 (7)圍成一個(gè)半封閉的檢查環(huán)境；所述被動(dòng)毫米波輻射計(jì)位于一個(gè)隔板的中間位置；在另 一個(gè)隔板的中間處設(shè)置一個(gè)站臺(tái)（10)，待檢人員在此處接收檢查。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的人體安檢成像系統(tǒng)，其特征在于，所述兩個(gè)隔板（6)、地板及 天花板（7)的材料為吸波材料或金屬材料，用于提供一個(gè)區(qū)別于人體亮溫的穩(wěn)定環(huán)境。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種毫米波被動(dòng)安檢成像儀，包括：圓環(huán)形天線陣列(1)；所述圓環(huán)形天線陣列(1)由N個(gè)單元天線(2)組成，N≥2；所述N個(gè)單元天線(2)均勻分布在一個(gè)圓環(huán)天線支架(3)組成滿陣，即一次采樣數(shù)據(jù)能得到反演一幅圖像所需的全部空間頻率域信息?；谏鲜龊撩撞ū粍?dòng)安檢成像儀，本發(fā)明還提供了一種人體安檢成像系統(tǒng)。本發(fā)明提供的圓環(huán)形天線陣列不需要進(jìn)行機(jī)械掃描，在保證輻射靈敏度的要求的前提下可縮短成像時(shí)間，實(shí)現(xiàn)凝視成像，提高成像效率，滿足安檢成像的要求。本發(fā)明提供的人體安檢成像系統(tǒng)具有無(wú)輻射、安全、檢查速度快的特點(diǎn)。
【IPC分類】G01V3-12, G01S13-90
【公開號(hào)】CN104698461
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510118886
【發(fā)明人】吳季, 劉浩, 張 成, 韓東浩
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心
【公開日】2015年6月10日
【申請(qǐng)日】2015年3月18日