專利名稱：一種人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(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)：
國際反恐形式的緊迫對人體安檢提出了多方面新的需求，首先需要能夠?qū)崿F(xiàn)對人體衣物掩蓋下的物品實現(xiàn)非脫衣式三維全息成像檢測，提高識別可疑物品的效率；第二、需要擴展檢測能力，能夠?qū)饘偌胺墙饘傥锲穼崿F(xiàn)檢測，包括槍支、刀具、炸藥、毒品、光盤、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)探測手段對人體健康的危害?？捎糜谌梭w安檢的現(xiàn)有技術(shù)手段包括金屬探測、X射線成像、主、被動毫米波探測等。傳統(tǒng)的人員安檢系統(tǒng)基本采用金屬物體探測門和手持式金屬探測器對人體進行金屬違禁品探測，這種方式無法探測出隱匿攜帶的非金屬違禁品，如毒品、炸藥等，給安防帶來隱患。近年來，國際上出現(xiàn)了低輻射劑量的X射線人體安檢儀可以實現(xiàn)對金屬及非金屬目標的探測，由于其對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，毫米波探測技術(shù)具有能夠穿透人體衣物，對人體輻射劑量小，實現(xiàn)較成像，能夠識別各類金屬及非金屬違禁品等諸多優(yōu)點，近十年來隨著毫米波技術(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。毫米波探測技術(shù)可分為被動式探測和主動式探測，被動式探測技術(shù)是利用物體自發(fā)輻射的微波亮溫度，通過焦平面陣列微波輻射機、 合成綜合孔徑微波輻射計等方式實現(xiàn)對被觀測物體的成像，目前這種方式存在成像精度不高、系統(tǒng)觀測實時性差的問題，目前無法進入實際應用。主動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)成為主動式毫米波人體安檢系統(tǒng)的發(fā)展方向。毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維成像人體安檢系統(tǒng)采取了毫米波主動式柱狀合成孔徑技術(shù)實現(xiàn)對待檢人員的非脫衣式安全檢測。這種安檢系統(tǒng)采取了開關(guān)天線陣列圓周方向機械帶動的旋轉(zhuǎn)掃描和豎直方向電切換掃描相結(jié)合的探測方式。但現(xiàn)有的安檢系統(tǒng)均為單一開關(guān)天線陣列，使用單一開關(guān)陣列天線對待檢人員進行掃描探測的方式延長了對待檢人員的掃描時間，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式三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)，實現(xiàn)對待檢人員的快速檢測。
本發(fā)明的毫米波主動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)機和第二毫米波收發(fā)機；與所述第一毫米波收發(fā)機連接的第一毫米波開關(guān)天線陣列，和與所述第二毫米波收發(fā)機連接的第二毫米波開關(guān)天線陣列；旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置，用于驅(qū)動所述第一毫米波開關(guān)天線陣列和所述第二毫米波開關(guān)天線陣列對向旋轉(zhuǎn)；控制裝置，用于控制旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置以及第一和第二毫米波收發(fā)機，使第一和第二毫米波開關(guān)天線陣列分別在第一和第二掃描區(qū)域內(nèi)對所述待掃描區(qū)域進行并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描；以及并行圖像處理裝置，用于根據(jù)來自第一和第二毫米波收發(fā)機的采集數(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。進一步地，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置包括兩個對稱設(shè)置的轉(zhuǎn)動臂，所述第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列分別設(shè)置在所述轉(zhuǎn)動臂上。進一步地，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動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關(guān)天線陣列的旋轉(zhuǎn)角度信息。進一步地，所述第一毫米波開關(guān)天線陣列和所述第二毫米波開關(guān)天線陣列對向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)范圍為120度。進一步地，所述第一和第二毫米波收發(fā)機分別包括時序控制單元，所述毫米波開關(guān)陣列天線通過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，通過所述時序控制單元實現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。進一步地，毫米波開關(guān)天線陣列包括多個接收天線單元和相應多個發(fā)射天線單元，接收天線單元和發(fā)射天線單元分列交錯排列，并且各天線單元之間等間隔排布。進一步地，所述天線為喇叭天線和/或介質(zhì)桿天線，所述開關(guān)為單刀多擲堆疊組合形式用于對天線單元的切換。進一步地，各毫米波收發(fā)機向相應的毫米波開關(guān)天線陣列提供步進頻率連續(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)動裝置在控制裝置的控制下帶動所述第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(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)并行對向旋轉(zhuǎn)對待掃描區(qū)域進行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描，并行圖像處理裝置根據(jù)來自第一和第二毫米波收發(fā)機的采集數(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。進一步，所述毫米波開關(guān)天線陣列中的接收天線單元和發(fā)射天線單元進行交錯收發(fā)。另一方面，本發(fā)明的毫米波主動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待檢人員進行掃描。所述頻分方式為在掃描期間，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率不同。
進一步地，在掃描期間，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率具有相等的頻率差。進一步地，第一毫米波收發(fā)機和第二毫米波收發(fā)機分別提供步進頻率連續(xù)波探測信號。進一步地，在掃描期間，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率相差50MHz。所述空分方式掃描方法為在掃描期間，任一時刻第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列中天線單元的探測高度不同。進一步地，在整個掃描期間，所述探測高度位置保持相同的差別。進一步地，空分方式掃描方法包括分別將第一毫米波開關(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；第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個天線單元?；蛘?，空分方式掃描方法包括分別將第一毫米波開關(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；第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個天線單元?；蛘撸辗址绞降膾呙璺椒òǚ謩e將第一毫米波開關(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；第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個天線單元?；蛘?，空分方式掃描方法包括分別將第一毫米波開關(guān)天線陣列平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開關(guān)天線陣列平均分為第二上半部分和第二下半部分；
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第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個天線單元。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)點在于1、采用的通過式結(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安檢區(qū)域，以提高安檢效率。2、通過采用兩部毫米波收發(fā)機和毫米波開關(guān)天線陣列并行工作的方式，與采用一部毫米波收發(fā)機和毫米波陣列天線的形式相比，可以大大縮短安檢時間，避免人體在過長掃描探測期間出現(xiàn)晃動影響成像質(zhì)量。3、通過采用陣列天線收發(fā)單元之間的交錯探測技術(shù)，可以提高對待掃描區(qū)域豎直方向波束探測的精度，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)掃描的探測精度。5、通過頻分、空分技術(shù)使毫米波開關(guān)天線陣列對向并行掃描時避免了對向輻射干擾，提高了成像清晰度水平。


下面將參照附圖并結(jié)合實施例對本發(fā)明進行具體說明。圖1為本發(fā)明毫米波主動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。
具體實施例方式下面參照附圖并借助本發(fā)明的實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做詳細描述。應當理解，附圖中所示各元部件是示意性而非限制性的，各特征未按比例畫出。在各裝置附圖中， 相同的附圖標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、操控計算機13、控制裝置4、第一毫米波收發(fā)機2和第二毫米波收發(fā)機3、與第一毫米波收發(fā)機2連接的第一毫米波開關(guān)天線陣列7和與第二毫米波收發(fā)機3連接的第二毫米波開關(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)動裝置6和并行圖像處理裝置5。該安檢系統(tǒng)為通過式結(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)動裝置6，如圖5所示，該旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置6包括電機30、變速箱31，還包括兩個對稱設(shè)置的轉(zhuǎn)動臂32用于分別固定毫米波收發(fā)機和毫米波開關(guān)天線陣列。在本實施例中，第一毫米波收發(fā)機2、第一毫米波開關(guān)天線陣列7懸掛在其中一側(cè)的轉(zhuǎn)動臂上，第二毫米波收發(fā)機3、第二毫米波開關(guān)天線陣列8懸掛在另一側(cè)的轉(zhuǎn)動臂上。第一和第二掃描區(qū)域采用封閉式透明防護結(jié)構(gòu)分別將固定有毫米波開關(guān)天線陣列的轉(zhuǎn)動臂封閉其中。待檢人員14由入口 11進入后，在待掃描區(qū)域15的中心位置靜止站立，安檢人員通過操控計算機13觸發(fā)掃描指令，旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置6在控制裝置4 的控制下驅(qū)動安裝于轉(zhuǎn)動臂的毫米波收發(fā)機2和3、毫米波開關(guān)天線陣列7和8，在分置于安檢系統(tǒng)主體框架的兩個掃描區(qū)域9和10內(nèi)進行對待掃描區(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。第一毫米波開關(guān)天線陣列7和第二毫米波開關(guān)天線陣列8由所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置6帶動，分別沿第一掃描區(qū)域9和第二掃描區(qū)域10進行對向旋轉(zhuǎn)，每一轉(zhuǎn)動臂轉(zhuǎn)動范圍例如為120度。因為毫米波開關(guān)天線陣列各個天線單元所輻射的探測信號形成的波瓣足以覆蓋待測人員的周圍360度的空間，因此兩側(cè)毫米波開關(guān)天線陣列同時并行掃描，比起單一毫米波開關(guān)天線陣列進行360度圓周掃描能夠大大縮短掃描時間。如圖5所示，旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置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波束的工作時序。毫米波收發(fā)機向毫米波開關(guān)天線陣列提供步進頻率連續(xù)波。這里的步進頻率連續(xù)波是連續(xù)的且頻率步進的波。典型的工作頻率范圍為12到50GHz，頻率點之間的間隔即步長值根據(jù)目標區(qū)范圍確定，比如50MHz、IOOMHz或200MHz等，在每個頻點毫米波收發(fā)機輸出數(shù)十納秒時間長度的連續(xù)波的探測信號。根據(jù)圖3所示，毫米波收發(fā)機包括高穩(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輸出基準時間信號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，通過第一頻率綜合器17輸出發(fā)射探測基帶信號，通過第二頻率綜合器20輸出參考基帶信號。發(fā)射探測基帶信號經(jīng)過第一變頻單元18變頻后變?yōu)楹撩撞úǘ蔚陌l(fā)射探測信號；參考基帶信號經(jīng)過第二變頻單元21變頻后變?yōu)楹撩撞úǘ蔚膮⒖夹盘枴０l(fā)射探測信號經(jīng)過第一定向耦合器19又分為兩路，參考信號經(jīng)過第二定向耦合器22 也分為兩路。發(fā)射探測信號的第一路信號傳送給毫米波開關(guān)天線陣列的發(fā)射通道用于探測目標，發(fā)射探測信號的第二路信號與參考信號的第二路信號經(jīng)過第二混頻器對混頻用作接收參考基帶信號。參考信號的第一路與來自毫米波開關(guān)天線陣列的接收通道的接收信號經(jīng)過第一混頻器23相混頻用作接收基帶信號。接收參考基帶信號與接收基帶信號通過正交解調(diào)器25解調(diào)，并通過數(shù)據(jù)采集單元沈采集，獲得對待檢人員的步進頻率探測波在各頻率點下的幅度和相位信息。以上所有部件受毫米波收發(fā)機內(nèi)部的時序控制單元27控制，從而實現(xiàn)豎直方向上的掃描切換。本文中所提到的毫米波開關(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，詳細說明請參見下文。如圖4所示，毫米波開關(guān)天線陣列由多個天線單元組成，包括用于發(fā)射信號的發(fā)射天線單元觀和用于接收信號的接收天線單元29。毫米波開關(guān)天線陣列為收發(fā)分置，發(fā)射天線單元觀(簡稱發(fā)單元)和接收天線單元29 (簡稱收單元)按照收發(fā)交錯次序排列，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。通過發(fā)、收天線單元的交錯式收發(fā)控制，可實現(xiàn)對待掃描區(qū)域15豎直方向的高密度探測波束掃描。毫米波開關(guān)天線陣列中的開關(guān)為單刀多擲堆疊組合形式，如典型的256單元陣列由32個一級單刀八擲開關(guān)，4個二級單刀八擲開關(guān)和1個三級單刀四擲開關(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，安檢過程的工作時序如圖6所示，過程如下步驟一，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、通過操控計算機13顯示系統(tǒng)故障信息并檢修，如無故障則進入步驟二。步驟二，進行系統(tǒng)校準。S37、由操控計算機觸發(fā)校準命令。S38、毫米波收發(fā)機進行工作頻率校準、毫米波開關(guān)天線陣列進行各收發(fā)通道幅度和相位校準。S39、確定上述校準數(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)進入安檢掃描工作狀態(tài)，待檢人員14由系統(tǒng)入口 11進入后，豎直靜止站立于待掃描區(qū)域15中央。S40、由安檢人員通過操控計算機13觸發(fā)掃描指令。S41、旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置6在控制裝置4的控制下帶動安裝在轉(zhuǎn)動臂32上的第一、二毫米波收發(fā)機、第一、二毫米波開關(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)進行對待掃描區(qū)域15的圓柱旋轉(zhuǎn)掃描，毫米波開關(guān)天線陣列通過旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置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，通過毫米波收發(fā)機的時序控制單元27實現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。毫米波收發(fā)機中的數(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的探測波幅度和相位信息，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)校準數(shù)據(jù)，對S41中采集到的待檢人員14的掃描數(shù)據(jù)進行處理、圖像顯示以及危險可疑物品識別和標示。S42的典型實現(xiàn)過程如圖7所示，包括S44、柱面二維快速傅里葉變換(“快速傅里葉變換”簡稱FFT)，S45、柱面解卷積(一維FFT)，S46、極坐標-直角坐標插值，S47、三維快速傅里葉反變換(IFFT)。進而通過成像輸出典型的主動式毫米波三維全息灰度圖像如圖 8所示，并完成對其上的危險可疑物品識別和標示。步驟四，提示校準。系統(tǒng)對待檢人員持續(xù)工作一段時間后，步驟S43、根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定提示系統(tǒng)需要校準，如確定需要校準，則返回步驟二，校準過程完成后，則系統(tǒng)重新進入對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、由操控計算機13觸發(fā)重置(reset)命令并進入步驟一的系統(tǒng)自檢。通過將安檢系統(tǒng)設(shè)計成通道式結(jié)構(gòu)，采取兩列開關(guān)天線陣列對向旋轉(zhuǎn)掃描并行工作的方式，減少了開關(guān)天線陣列角度旋轉(zhuǎn)范圍，縮短旋轉(zhuǎn)掃描探測時間一倍以上，避免人體在過長掃描探測期間出現(xiàn)晃動影響成像質(zhì)量。然而由于兩列對向天線距離較近(基本Im 以內(nèi))，采用柱狀合成孔徑技術(shù)進行近場探測的天線波束較寬(30 60度)，并且采用步進頻率連續(xù)波的工作方式工作，將造成兩列天線陣列之間對向干擾較大。根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列采用頻分并行工作方式，在掃描期間，任一時刻第一毫米波收發(fā)機2提供的探測信號和第二毫米波收發(fā)機3提供的探測信號的工作頻率在整個旋轉(zhuǎn)掃描期間保持差別，兩個毫米波收發(fā)機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)機采用步進頻率連續(xù)波進行探測掃描，且第一毫米波收發(fā)機2和第二毫米波收發(fā)機3均采用相同的頻率步長值，如0. IGHz,因此將第一毫米波收發(fā)機2的步進頻率連續(xù)波的工作頻率與第二毫米波收發(fā)機3的步進頻率連續(xù)波的工作頻率等間隔錯開，如第一毫米波收發(fā)機2的工作頻
點典型值為30GHz,30. 1 GHz,30. 2GHz、30. 3GHz、......、39· 9GHz、40GHz，第二毫米波收發(fā)機
3 的工作頻點典型值為30. 05GHz,30. 15GHz、30. 25GHz、......、38. 5GHz、39. 5GHz，每個頻點
之間的頻率相差始終保持50MHz，則使第一毫米波開關(guān)天線陣列7和第一毫米波開關(guān)天線陣列8分別輻射的探測信號的頻率在整個旋轉(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)明的另一個優(yōu)選實施例，第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列可采用空分方式并行。在掃描期間，任一時刻第一毫米波開關(guān)天線陣列7和第二毫米波開關(guān)天線陣列8中天線單元的探測高度保持差別，對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，對于每一個毫米波開關(guān)天線陣列，可將其分為上下兩個部分，即，將第一毫米波開關(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，如第一毫米波開關(guān)天線陣列7和第一毫米波開關(guān)天線陣列8的各自具有天線單元的個數(shù)為256個，則第一毫米波開關(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的天線單元個數(shù)均為1 個，即從最上側(cè)的第 1個天線單元至最下側(cè)的第1 個天線單元。則工作時序例如可以這樣安排第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一上半部分81為從最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分的第1 個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分第1 個天線單元掃描探測。然后第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一下半部分82從最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分的第1 個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分第1 個天線單元掃描探測。或者，第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一下半部分82為從最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分的第1 個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分第1 個天線單元掃描探測。然后第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一上半部分81從最上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分的第1 個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最
11上側(cè)的第1個天線單元逐步向該部分第1 個天線單元掃描探測?；蛘?，第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一上半部分81為從最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分的第1個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分第1個天線單元掃描探測。然后第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一下半部分82從最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分的第1個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分第1個天線單元掃描探測?；蛘?，第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一下半部分82為從最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分的第1個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二上半部分83從其最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分第1個天線單元掃描探測。然后第一毫米波開關(guān)天線陣列7的第一上半部分81從最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分的第1個天線單元掃描探測，同時第二毫米波開關(guān)天線陣列8的第二下半部分84從其最下側(cè)的第1 個天線單元逐步向該部分第1個天線單元掃描探測。這樣只要兩側(cè)的在進行掃描探測時其探測高度相差始終保持1 個天線單元的高度就能避免對向干擾，使兩側(cè)的毫米波開關(guān)天線陣列在任一時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。以上所述之實施方式及所述實施案例，為本發(fā)明的實施案例之一，并非以此限制本發(fā)明的實施范圍，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，均應涵蓋在本發(fā)明專利的保護范圍內(nèi)。應當理解，以上借助優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行的詳細說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)明說明書的基礎(chǔ)上可以對各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。本發(fā)明的保護范圍僅由隨附權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.一種人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(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( 和第二毫米波收發(fā)機(3)；與所述第一毫米波收發(fā)機( 連接的第一毫米波開關(guān)天線陣列(7)，和與所述第二毫米波收發(fā)機(3)連接的第二毫米波開關(guān)天線陣列(8)；旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置(6)，用于驅(qū)動所述第一毫米波開關(guān)天線陣列(7)和所述第二毫米波開關(guān)天線陣列(8)對向旋轉(zhuǎn)；控制裝置G)，用于控制旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置以及第一和第二毫米波收發(fā)機(2，；3)使第一和第二毫米波開關(guān)天線陣列(7，8)分別在第一和第二掃描區(qū)域(9，10)內(nèi)對所述待掃描區(qū)域(15)進行并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描；以及并行圖像處理裝置，用于根據(jù)來自第一和第二毫米波收發(fā)機的采集數(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，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率不同；并且，在掃描期間，任一時刻第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列中天線單元的探測高度不同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 在掃描期間，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率具有相等的頻率差；并且，在整個掃描期間，所述探測高度位置保持相同的差別。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 第一毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第二上半部分和第二下半部分，第一毫米波收發(fā)機和第二毫米波收發(fā)機分別提供步進頻率連續(xù)波探測信號；并且， 該方法進一步包括第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個天線單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 第一毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第二上半部分和第二下半部分，第一毫米波收發(fā)機和第二毫米波收發(fā)機分別提供步進頻率連續(xù)波探測信號；并且， 該方法進一步包括第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一下半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二上半部分的最后一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第一上半部分的最后一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的第一個天線單元向下掃描至所述第二下半部分的最后一個天線單元。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 第一毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第二上半部分和第二下半部分，第一毫米波收發(fā)機和第二毫米波收發(fā)機分別提供步進頻率連續(xù)波探測信號；并且，該方法進一步包括第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個天線單元。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于， 第一毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第一上半部分和第一下半部分，第二毫米波開關(guān)天線陣列被平均分為第二上半部分和第二下半部分，第一毫米波收發(fā)機和第二毫米波收發(fā)機分別提供步進頻率連續(xù)波探測信號；并且，該方法進一步包括第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一下半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二上半部分的第一個天線單元；以及第一毫米波開關(guān)天線陣列從所述第一上半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第一上半部分的第一個天線單元，同時，第二毫米波開關(guān)天線陣列從所述第二下半部分的最后一個天線單元向上掃描至所述第二下半部分的第一個天線單元。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6的任意一項所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置(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關(guān)天線陣列(7，8)的旋轉(zhuǎn)角度信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求3至6的任意一項所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述第一毫米波開關(guān)天線陣列(7)和所述第二毫米波開關(guān)天線陣列(8)對向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)范圍為120度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，其特征在于，所述第一和第二毫米波收發(fā)機分別包括時序控制單元(27)，所述毫米波開關(guān)陣列天線通過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，通過所述時序控制單元07)實現(xiàn)在豎直掃描方向上的掃描切換。
10.根據(jù)權(quán)利要求3至6的任意一項所述的人體安檢系統(tǒng)利用頻分空分技術(shù)的掃描方法，所述毫米波開關(guān)天線陣列包括多個接收天線單元和相應多個發(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)射天線單元進行交錯收發(fā)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人體安檢系統(tǒng)結(jié)合頻分和空分技術(shù)避免對向輻射干擾的掃描方法。該方法包括在掃描期間，同一時刻第一毫米波收發(fā)機提供的和第二毫米波收發(fā)機提供的探測信號的工作頻率不同；并且，在掃描期間，任一時刻第一毫米波開關(guān)天線陣列和第二毫米波開關(guān)天線陣列中天線單元的探測高度不同。本發(fā)明避免了毫米波主動式三維全息成像人體安檢系統(tǒng)兩側(cè)開關(guān)天線陣列的對向輻射干擾，提高了成像清晰度水平。
文檔編號G01S7/02GK102393536SQ20111033513
公開日2012年3月28日 申請日期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 申請人:北京無線電計量測試研究所