包裹安全檢測(cè)系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及基于線性調(diào)頻技術(shù)、超外差探測(cè)原理和全息成像原理的毫米波三維成 像系統(tǒng)，具體地，涉及包裹安全檢測(cè)系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毫米波的頻率為30GHz到300GHz (波長(zhǎng)從1mm到10mm)，在實(shí)際工程應(yīng)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(diǎn)是波長(zhǎng)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(lái)越擁擠的情況下，毫米波兼顧微波的優(yōu)點(diǎn)，并且還具備低頻段微波所不具 備的一些優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 具體來(lái)說(shuō)，毫米波主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1、精度高，毫米波雷達(dá)更容易獲得窄的波 束和大的絕對(duì)帶寬，使得毫米波雷達(dá)系統(tǒng)抗電子干擾能力更強(qiáng);2、在多普勒雷達(dá)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(duì)目標(biāo)的形狀結(jié)構(gòu)敏感，區(qū)別金屬 目標(biāo)和背景環(huán)境的能力強(qiáng)，獲得的圖像分辨率高，因此可提高對(duì)目標(biāo)識(shí)別與探測(cè)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(dú)特的性質(zhì)賦予了毫米波技術(shù)的廣泛應(yīng)用前景，尤其是在無(wú)損檢測(cè)和安檢 領(lǐng)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(jī)械掃描體制，這種成 像體制結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但掃描時(shí)間比較長(zhǎng)。為了縮短掃描時(shí)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(jī)制，但這種成像儀更適合于 室外大范圍的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，而且視場(chǎng)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(shù)。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(dòng)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(chǎng)都較小，通常也不到50厘米。
[0005] 現(xiàn)階段在毫米波成像領(lǐng)域，毫米波成像研究成果主要集中在西北太平洋實(shí)驗(yàn)室 (Pacific Northwest National Laboratory)。此實(shí)驗(yàn)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(jī)制是基于圓柱掃描，并且這套系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)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(dòng)成像機(jī)制，通過(guò)全息算法反演得到 目標(biāo)的三維毫米波圖像。此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)授權(quán)L_3Communications和Save View有限公司，他 們生產(chǎn)出的產(chǎn)品分別用于車站碼頭等場(chǎng)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(gè)收發(fā)單元，因而成本始終沒(méi)法降下來(lái)。目前西北太平洋實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室和公司外，在英國(guó)、美國(guó)等國(guó)家，也有很多的科研院所和企業(yè) 參與了毫米波成像技術(shù)的研究，如美國(guó)的陸軍海軍空軍研究實(shí)驗(yàn)室和海軍沿海基地等公司 以及Delaware，Arizona等大學(xué)、英國(guó)的Reading大學(xué)、Durham大學(xué)和Farran公司等。
[0007] 除英美國(guó)之外，德國(guó)的微波與雷達(dá)研究所(Microwave and Radar Institute)和 德國(guó)的航空中心(German Aerospace Center)也有參與毫米波成像技術(shù)的研究。澳大利亞 的ICT中心，日本的NEC公司等都有相關(guān)毫米波成像研究成果的報(bào)道。但是，這些單位的毫米 波研究要么處于實(shí)驗(yàn)室階段，要么研制出的產(chǎn)品價(jià)格非常高昂，或者檢測(cè)的視場(chǎng)較小。
[0008] 國(guó)際上由于政治和民族的原因引起的爭(zhēng)端不斷，爆炸等恐怖襲擊不斷，毒品走私 的不法犯罪活動(dòng)也日益猖獗。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，不法犯罪份子的犯罪手段越來(lái)越隱蔽 和多樣化，安全問(wèn)題變得日益突出。如何減少恐怖襲擊和走私等違法犯罪活動(dòng)成為各方關(guān) 注的問(wèn)題，而毫米波三維全息成像檢測(cè)系統(tǒng)能夠識(shí)別裝在容器或包裹內(nèi)的違禁品。
[0009] 傳統(tǒng)的安檢設(shè)備往往采用的是被動(dòng)式的毫米波安檢系統(tǒng)，利用物體自身的物理性 能和溫度高低輻射的電磁波來(lái)進(jìn)行成像。例如毫米波攝像機(jī)，毫米波可以穿透任何絕緣材 料、所有衣物布料及大多數(shù)建筑材料，所以在毫米波攝像機(jī)面前，包裹中藏匿的手槍、炸彈、 毒品等違禁物就能夠分辨出來(lái)。但是被動(dòng)式的毫米波安檢系統(tǒng)只能進(jìn)行二維成像，且被動(dòng) 式的并不能將吸收能力強(qiáng)的較薄的物體(例如金屬)和吸收能力弱的較厚的物體(例如爆炸 品）區(qū)分開來(lái)。
[0010] 目前，安檢系統(tǒng)也有采用主動(dòng)式的微波成像裝置，主動(dòng)式的微波成像裝置與毫米 波攝像機(jī)不同之處是微波成像裝置不是利用物體本身的輻射，而是采用微型雷達(dá)發(fā)射微波 脈沖和接受回波的安檢系統(tǒng)。由于微波物體，所以微波成像裝置可以輕而易舉地發(fā)現(xiàn)物體 內(nèi)部隱秘部位藏匿的違禁品等物體。但是此種方法也是只能進(jìn)行二維成像，并且其分辨率 不尚。
[0011]因此，需要一種價(jià)格低、視場(chǎng)大的毫米波三維成像檢測(cè)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)包裹的安全 檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、分辨率高、成像時(shí)間短的包裹安全檢測(cè)系 統(tǒng)，其結(jié)合毫米波的優(yōu)點(diǎn)及線性調(diào)頻技術(shù)可對(duì)包裹進(jìn)行高分辨率的三維成像。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種包裹安全檢測(cè)系統(tǒng)，包括:發(fā)射天線，用于向 被測(cè)包裹發(fā)送毫米波發(fā)射信號(hào);接收天線，用于接收從被測(cè)包裹返回的回波信號(hào);毫米波收 發(fā)模塊，用于生成發(fā)送給被測(cè)包裹的毫米波發(fā)射信號(hào)并接收和處理來(lái)自接收天線的回波信 號(hào)；掃描裝置，用于固定并移動(dòng)毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線;數(shù)據(jù)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(hào)以生成被測(cè)包裹的三維圖像；以及 圖像顯示單元，用于顯示由數(shù)據(jù)采集和處理模塊生成的三維圖像。
[0014]進(jìn)一步地，掃描裝置包括:兩塊平面檢測(cè)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(cè)包裹置于兩塊平面檢測(cè)面板之間;兩對(duì)導(dǎo)軌，分別設(shè)置在每塊平面檢測(cè) 面板的兩側(cè)，毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線沿導(dǎo)軌上下移動(dòng)；以及電機(jī)，用于控制 毫米波收發(fā)模塊、發(fā)射天線和接收天線沿導(dǎo)軌的上下移動(dòng)。
[0015]進(jìn)一步地，在每塊平面檢測(cè)面板上設(shè)置N個(gè)毫米波收發(fā)模塊、N個(gè)發(fā)射天線和N個(gè)接 收天線，每一個(gè)毫米波收發(fā)模塊對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)射天線和一個(gè)接收天線，N個(gè)毫米波收發(fā)模塊并 排設(shè)置以形成一排毫米波收發(fā)系統(tǒng)，N個(gè)發(fā)射天線并排設(shè)置以形成發(fā)射天線陣列，以及N個(gè) 接收天線并排設(shè)置以形成接收天線陣列其中N是大于等于2的整數(shù)。
[0016]進(jìn)一步地，N個(gè)毫米波收發(fā)模塊根據(jù)時(shí)序控制逐個(gè)進(jìn)行毫米波的發(fā)射和接收。
[0017]進(jìn)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(cè)包裹的毫米波發(fā) 射信號(hào)；以及接收鏈路，用于接收被測(cè)包裹返回的回波信號(hào)并對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行處理以發(fā)送 給數(shù)據(jù)采集和處理模塊。
[0018] 進(jìn)一步地，發(fā)射鏈路包括:第一信號(hào)源，第一信號(hào)源是工作在第一頻率范圍內(nèi)的調(diào) 頻信號(hào)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(hào)源，直通端連接至第 一功率放大器;第一功率放大器，對(duì)第一定向耦合器的輸出信號(hào)的功率進(jìn)行放大以達(dá)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