人體安檢系統(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，涉及人體安檢系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 毫米波的頻率為30GHz到300GHz (波長從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(diǎn)，并且還具備低頻段微波所不具 備的一些優(yōu)點(diǎn)。
[0003] 具體來說，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)簡單但掃描時(shí)間比較長。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，因而成本始終沒法降下來。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、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(shù)的研究，如美國的陸軍海軍空軍研究實(shí)驗(yàn)室和海軍沿?；氐裙?以及Delaware，Arizona等大學(xué)、英國的Reading大學(xué)、Durham大學(xué)和Farran公司等。
[0007] 除英美國之外，德國的微波與雷達(dá)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(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] 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)來實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的安全 檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡單、分辨率高、成像時(shí)間短的人體安檢系統(tǒng)。
[0010] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)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(cè) 人體發(fā)送毫米波發(fā)射信號(hào);接收天線，用于接收從被測(cè)人體返回的回波信號(hào);毫米波收發(fā)模 塊，用于生成發(fā)送給被測(cè)人體的毫米波發(fā)射信號(hào)并接收和處理來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)人體的三維圖像；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。
[0011] 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)人體置于兩塊平面檢測(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)。
[0012] 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)。
[0013] 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。
[0014]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)人體的毫米波發(fā) 射信號(hào)；以及接收鏈路，用于接收被測(cè)人體返回的回波信號(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。
[0015] 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，將第一功率放大器輸出的信號(hào)二倍 頻至第二頻率范圍，并將二倍頻后的信號(hào)輸出至發(fā)射天線。
[0016] 進(jìn)一步地，接收鏈路包括:第二信號(hào)源，第二信號(hào)源是工作在第一頻率的點(diǎn)頻信號(hào) 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(hào)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(chǎn)生第一信號(hào)源和第二信號(hào)源的差頻信號(hào)；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(hào)，并對(duì)差頻信號(hào)的功率進(jìn)行放大以達(dá)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(duì)第二功率放大器的輸出信號(hào)進(jìn)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(hào)以生成首次 下變頻信號(hào);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(duì)來自第二定向耦合器的信