人體安檢系統(tǒng)和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及基于線性調頻技術、超外差探測原理和全息成像原理的毫米波三維成 像系統(tǒng)，具體地，涉及人體安檢系統(tǒng)和方法。
【背景技術】
[0002] 毫米波的頻率為30GHz到300GHz (波長從1mm到10mm)，在實際工程應用中，常把毫 米波的低端頻率降到26GHz。在電磁波譜中，毫米波頻率的位置介于微波與紅外之間。與微 波相比，毫米波的典型特點是波長短、頻帶寬(具有很廣闊的利用空間）以及在大氣中的傳 播特性。與紅外相比，毫米波具有全天候工作的能力并且可用于煙塵，云霧等惡劣環(huán)境下。 在微波頻段越來越擁擠的情況下，毫米波兼顧微波的優(yōu)點，并且還具備低頻段微波所不具 備的一些優(yōu)點。
[0003] 具體來說，毫米波主要有以下幾個特點：1、精度高，毫米波雷達更容易獲得窄的波 束和大的絕對帶寬，使得毫米波雷達系統(tǒng)抗電子干擾能力更強;2、在多普勒雷達中，毫米波 的多普勒頻率分辨率高;3、在毫米波成像系統(tǒng)中，毫米波對目標的形狀結構敏感，區(qū)別金屬 目標和背景環(huán)境的能力強，獲得的圖像分辨率高，因此可提高對目標識別與探測能力4、毫 米波能夠穿透等離子體;5、與紅外激光相比，毫米波受惡劣自然環(huán)境的影響小;6、毫米波系 統(tǒng)體積小、重量輕，因此與微波電路相比，毫米波電路尺寸要小很多，從而毫米波系統(tǒng)更易 集成。正是這些獨特的性質賦予了毫米波技術的廣泛應用前景，尤其是在無損檢測和安檢 領域。
[0004] 在毫米波成像發(fā)展初期，毫米波成像系統(tǒng)都使用單通道的機械掃描體制，這種成 像體制結構簡單但掃描時間比較長。為了縮短掃描時間，Millivision公司研制了 Vetal25 成像儀，該成像儀除發(fā)射掃描系統(tǒng)外，還具有8X8的陣列接收機制，但這種成像儀更適合于 室外大范圍的遠程監(jiān)測，而且視場不到50厘米。Trex公司還研制了一套PMC-2成像系統(tǒng)，此 成像系統(tǒng)中的天線單元采用了3mm相控陣天線的技術。PMC-2成像系統(tǒng)采用了中心頻率為 84GHz的毫米波，這種成像系統(tǒng)的工作頻率由于接近太赫茲頻段，因而成本較高。Lockheed Martin公司也研制了一套焦平面成像陣列成像系統(tǒng)，其采用的毫米波的中心頻率為94GHz。 TRW公司研制了 一套被動的毫米波成像系統(tǒng)，此套系統(tǒng)采用的毫米波的中心頻率為89GHz。 Lockheed Martin和TRW這兩家公司的成像系統(tǒng)的視場都較小，通常也不到50厘米。
[0005] 現(xiàn)階段在毫米波成像領域，毫米波成像研究成果主要集中在西北太平洋實驗室 (Pacific Northwest National Laboratory)。此實驗室中的McMakin等人，開發(fā)了一套三 維全息成像掃描系統(tǒng)，此套成像系統(tǒng)的掃描機制是基于圓柱掃描，并且這套系統(tǒng)已經實現(xiàn) 了毫米波成像系統(tǒng)的商業(yè)化。該成像系統(tǒng)采用的是主動成像機制，通過全息算法反演得到 目標的三維毫米波圖像。此項技術已經授權L_3Communications和Save View有限公司，他 們生產出的產品分別用于車站碼頭等場所的安檢系統(tǒng)中和試選服裝之中。但是由于這種系 統(tǒng)采用了384個收發(fā)單元，因而成本始終沒法降下來。目前西北太平洋實驗室正致力于更高 頻率的_米波成像系統(tǒng)的開發(fā)研制。
[0006]除上面介紹的實驗室和公司外，在英國、美國等國家，也有很多的科研院所和企業(yè) 參與了毫米波成像技術的研究，如美國的陸軍海軍空軍研究實驗室和海軍沿?；氐裙?以及Delaware，Arizona等大學、英國的Reading大學、Durham大學和Farran公司等。
[0007] 除英美國之外，德國的微波與雷達研究所(Microwave and Radar Institute)和 德國的航空中心(German Aerospace Center)也有參與毫米波成像技術的研究。澳大利亞 的ICT中心，日本的NEC公司等都有相關毫米波成像研究成果的報道。但是，這些單位的毫米 波研究要么處于實驗室階段，要么研制出的產品價格非常高昂，或者檢測的視場較小。
[0008] 因此，需要一種價格低、視場大的毫米波三維成像檢測系統(tǒng)來實現(xiàn)對人體的安全 檢測。

【發(fā)明內容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種結構簡單、分辨率高、成像時間短的人體安檢系統(tǒng)。
[0010] 根據本發(fā)明的一個方面，提供了一種人體安檢系統(tǒng)，包括:發(fā)射天線，用于向被測 人體發(fā)送毫米波發(fā)射信號;接收天線，用于接收從被測人體返回的回波信號;毫米波收發(fā)模 塊，用于生成發(fā)送給被測人體的毫米波發(fā)射信號并接收和處理來自接收天線的回波信號； 掃描裝置，用于固定并移動毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線;數(shù)據采集和處理模塊， 用于采集和處理從毫米波收發(fā)模塊輸出的回波信號以生成被測人體的三維圖像；以及圖像 顯示單元，用于顯示由數(shù)據采集和處理模塊生成的三維圖像。
[0011] 進一步地，掃描裝置包括:兩塊平面檢測面板，用于支撐毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天 線和接收天線，被測人體置于兩塊平面檢測面板之間;兩對導軌，分別設置在每塊平面檢測 面板的兩側，毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線沿導軌上下移動；以及電機，用于控制 毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線沿導軌的上下移動。
[0012] 進一步地，在每塊平面檢測面板上設置N個毫米波收發(fā)模塊、N個發(fā)射天線和N個接 收天線，每一個毫米波收發(fā)模塊對應一個發(fā)射天線和一個接收天線，N個毫米波收發(fā)模塊并 排設置以形成一排毫米波收發(fā)系統(tǒng)，N個發(fā)射天線并排設置以形成發(fā)射天線陣列，以及N個 接收天線并排設置以形成接收天線陣列其中N是大于等于2的整數(shù)。
[0013] 進一步地，N個毫米波收發(fā)模塊根據時序控制逐個進行毫米波的發(fā)射和接收。
[0014]進一步地，毫米波收發(fā)模塊包括:發(fā)射鏈路，用于生成發(fā)送給被測人體的毫米波發(fā) 射信號；以及接收鏈路，用于接收被測人體返回的回波信號并對回波信號進行處理以發(fā)送 給數(shù)據采集和處理模塊。
[0015] 進一步地，發(fā)射鏈路包括:第一信號源，第一信號源是工作在第一頻率范圍內的調 頻信號源;第一定向耦合器，第一定向耦合器的輸入端連接至第一信號源，直通端連接至第 一功率放大器;第一功率放大器，對第一定向耦合器的輸出信號的功率進行放大以達到第 一二倍頻器的安全輸入功率范圍；以及第一二倍頻器，將第一功率放大器輸出的信號二倍 頻至第二頻率范圍，并將二倍頻后的信號輸出至發(fā)射天線。
[0016] 進一步地，接收鏈路包括:第二信號源，第二信號源是工作在第一頻率的點頻信號 源;第二定向耦合器，第一定向耦合器的輸入端連接至第二信號源;第一混頻器，第一混頻 器的中頻端連接至第二定向耦合器的直通端，射頻端連接至第一定向耦合器的耦合端，以 產生第一信號源和第二信號源的差頻信號；第二功率放大器，第二功率放大器的輸入端連 接至第一混頻器的本振端以接收差頻信號，并對差頻信號的功率進行放大以達到第二二倍 頻器的安全輸入功率范圍；第二二倍頻器，第二二倍頻器的輸入端連接至第二功率放大器 的輸出，對第二功率放大器的輸出信號進行二倍頻至第二頻率;第二混頻器，第二混頻器的 本振端連接至第二二倍頻器的輸出端，射頻端接收接收天線所接收的回波信號以生成首次 下變頻信號;第三功率放大器，第三功率放大器的輸入端連接至第二定向耦合器的耦合端， 對來自第二定向耦合器的信