用于雷達(dá)人體模型的人造皮膚的制作方法
【專利摘要】一種供在暴露于具有預(yù)定頻率的電磁輻射的雷達(dá)人體模型上使用的人造皮膚和一種具有該人造皮膚的雷達(dá)人體模型被提供。人造皮膚和具有該人造皮膚的雷達(dá)人體模型被配置為產(chǎn)生緊密近似人的雷達(dá)截面的雷達(dá)截面。人造皮膚包括導(dǎo)電材料層和屏蔽材料層。導(dǎo)電層和屏蔽層被配置為以暴露于電磁輻射的人類皮膚的電磁響應(yīng)的水平來反射電磁輻射。屏蔽層還電磁地屏蔽人造皮膚的內(nèi)側(cè)表面以使其免受電磁輻射。
【專利說明】
用于雷達(dá)人體模型的人造皮膚
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002 ]本申請(qǐng)要求在2013年12月27日提交的美國(guó)專利申請(qǐng)第14/141，821號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其 全部?jī)?nèi)容通過引用而被全部結(jié)合與此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明設(shè)及供在雷達(dá)人體模型上使用的人造皮膚。更具體的說，具有人造皮膚的 雷達(dá)人體模型產(chǎn)生緊密近似(approximate)真實(shí)人類主體的雷達(dá)截面(RCS)的RCS。
【背景技術(shù)】
[0004] 許多車輛利用防碰撞系統(tǒng)來幫助減少車輛與諸如行人、路障或其他車輛之類的危 險(xiǎn)之間的事故。運(yùn)些系統(tǒng)使用諸如雷達(dá)、光學(xué)傳感器、紅外或激光傳感器之類的互連傳感器 網(wǎng)絡(luò)來檢測(cè)并跟蹤圍繞車輛的環(huán)境中的對(duì)象。
[0005] 盡管當(dāng)前的防碰撞系統(tǒng)在識(shí)別像其他車輛和路障一樣的對(duì)象時(shí)已經(jīng)變得熟練和 可靠，但是跟蹤行人已經(jīng)證明是更加困難的。因?yàn)檐囕v與行人之間的碰撞是非常嚴(yán)重的問 題，因此存在對(duì)能夠可靠地識(shí)別和跟蹤行人的防碰撞系統(tǒng)的需要。
[0006] 諸如攝像機(jī)之類的基于光學(xué)的傳感器通常可W提供高分辨率圖像和廣觀測(cè)場(chǎng)。然 而，運(yùn)些系統(tǒng)經(jīng)常需要大量的計(jì)算和數(shù)據(jù)處理來提取目標(biāo)信息。此外，基于光學(xué)的系統(tǒng)經(jīng)常 受天氣和照明條件限制。
[0007] 盡管紅外技術(shù)可W克服基于光學(xué)的傳感器的一些缺陷，但是運(yùn)些系統(tǒng)對(duì)于短距離 檢測(cè)仍然是有限的。基于激光的傳感器網(wǎng)絡(luò)可W提供關(guān)于目標(biāo)的位置和距離的精確信息。 然而，激光網(wǎng)絡(luò)一直具有由于關(guān)于目標(biāo)的紋理信息的缺乏所致的安全問題。
[000引雷達(dá)系統(tǒng)在用于測(cè)量圍繞車輛的對(duì)象的距離和相對(duì)速度兩者的領(lǐng)域中是眾所周 知的。運(yùn)些系統(tǒng)可W用來提高駕駛員在能見度不佳時(shí)感知對(duì)象的能力或者難W看到諸如盲 點(diǎn)之類的區(qū)域的能力。近來，76-70G化雷達(dá)頻段被分配給汽車碰撞避免雷達(dá)系統(tǒng)。由于其更 遠(yuǎn)的檢測(cè)范圍、更好的位置分辨率W及對(duì)各種道路和天氣條件的降低的敏感性，關(guān)于該頻 率范圍內(nèi)的雷達(dá)系統(tǒng)有重大的研究和發(fā)展。
[0009] 與光學(xué)傳感器系統(tǒng)相比，76-78G化雷達(dá)具有更遠(yuǎn)的檢測(cè)范圍、更高的目標(biāo)位置分 辨率W及對(duì)不佳天氣和照明條件的更好寬容性的優(yōu)點(diǎn)。此外，雷達(dá)數(shù)據(jù)包含與目標(biāo)的不同 移動(dòng)部分的運(yùn)動(dòng)相關(guān)聯(lián)的多普勒和微多普勒特征。運(yùn)使得其對(duì)于車輛上的行人碰撞警告/ 避免系統(tǒng)是理想的。測(cè)試運(yùn)種系統(tǒng)的有效性需要使用特殊的行人人體模型，運(yùn)些行人人體 模型從不同的觀察角度和不同的姿勢(shì)產(chǎn)生與真人相似雷達(dá)響應(yīng)。
[0010] 對(duì)象的尺寸和形狀是影響對(duì)象在暴露于雷達(dá)信號(hào)時(shí)將生成的響應(yīng)的因素中的兩 個(gè)。此外，不同的表面材料產(chǎn)生對(duì)76-78G化雷達(dá)的不同響應(yīng)。因此，為了精確地測(cè)試行人碰 撞系統(tǒng)，雷達(dá)人體模型不僅需要具有類似真實(shí)行人的身體形狀，而且需要具有復(fù)制真實(shí)人 類皮膚的雷達(dá)反射率的人造皮膚。此外，真人所生成的雷達(dá)響應(yīng)貫穿其整個(gè)身體不是一致 的。軀干所生成的響應(yīng)不同于小腿所生成的響應(yīng)。因此，雷達(dá)人體模型應(yīng)當(dāng)可配置為產(chǎn)生不 均勻的雷達(dá)響應(yīng)。
[0011] 生產(chǎn)專口為在76-78G化車輛碰撞避免雷達(dá)評(píng)估和測(cè)試中使用的雷達(dá)人體模型設(shè) 計(jì)的人造皮膚因而將是有益的。該人造皮膚應(yīng)當(dāng)使得雷達(dá)人體模型能夠產(chǎn)生緊密類似真人 的雷達(dá)截面(RCS)圖案數(shù)據(jù)的RCS圖案數(shù)據(jù)。雷達(dá)截面是對(duì)象對(duì)于雷達(dá)是多么可檢測(cè)的量 度。人造皮膚被配置為使得雷達(dá)人體模型從雷達(dá)系統(tǒng)的角度看上去像人。此外，因?yàn)槿说睦?達(dá)響應(yīng)可W因身體部位而異，因此人造皮膚應(yīng)當(dāng)是可W容易配置的W使得雷達(dá)人體模型的 特定身體部位的響應(yīng)可W匹配其真人對(duì)應(yīng)物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 雷達(dá)人體模型的人造皮膚和具有該人造皮膚的雷達(dá)人體模型被提供。人造皮膚和 具有該人造皮膚的雷達(dá)人體模型被配置為產(chǎn)生緊密近似真實(shí)人類主體的RCS的RCS。人造皮 膚包括導(dǎo)電材料層和屏蔽材料層。屏蔽層被涂覆在導(dǎo)電層的內(nèi)表面上。導(dǎo)電層和屏蔽層被 配置為W暴露于具有預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)的水平來反射該電磁福 射。屏蔽層還電磁地屏蔽人造皮膚的內(nèi)側(cè)表面W使其免受電磁福射。
[0013] 在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電和屏蔽層可W由單個(gè)材料層或多個(gè)材料層制成。導(dǎo)電層應(yīng) 當(dāng)具有被配置為使電磁福射衰減W產(chǎn)生預(yù)定頻率處的期望反射率的網(wǎng)格尺寸。優(yōu)選地，網(wǎng) 格尺寸小于電磁福射的波長(zhǎng)的0.05倍。屏蔽層應(yīng)當(dāng)具有極低的電阻率并且被配置為在電磁 地屏蔽人造皮膚的內(nèi)側(cè)表面W使其免受電磁福射的同時(shí)反射電磁福射。
[0014] 可W通過調(diào)節(jié)在人造皮膚中使用的導(dǎo)電和屏蔽層的數(shù)目來調(diào)整人造皮膚的電磁 反射率?？蒞通過調(diào)節(jié)構(gòu)成給定導(dǎo)電和/或屏蔽材料層的層的數(shù)目來調(diào)整人造皮膚的電磁 反射率。
[0015] 人造皮膚的導(dǎo)電和屏蔽層還可W被配置為復(fù)制人類皮膚的電磁響應(yīng)。在一些情況 下，人造皮膚被配置為復(fù)制暴露于具有8-80G化的范圍內(nèi)的預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮 膚。在其他情況下，人造皮膚被配置為復(fù)制暴露于具有76-78G化的范圍內(nèi)的預(yù)定頻率的電 磁福射的人類皮膚。因此，人造皮膚被調(diào)整為產(chǎn)生暴露于80G化的范圍內(nèi)的雷達(dá)信號(hào)的人類 皮膚的特定響應(yīng)。然而，在一些情況下人造皮膚被調(diào)整為產(chǎn)生暴露于76-78G化的范圍內(nèi)的 雷達(dá)信號(hào)的人類皮膚的特定響應(yīng)。
[0016] 人造皮膚被配置為W與暴露于具有預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng) 大體相等的水平來反射該電磁福射。導(dǎo)電和屏蔽層可W被配置為使得該水平是當(dāng)暴露于電 磁福射時(shí)的人類皮膚的雷達(dá)截面。具體而言，電磁福射具有8-80GHZ或者更具體的說76- 78G化的范圍內(nèi)的預(yù)定頻率。人造皮膚反射系數(shù)(ASRC)還可W相對(duì)于發(fā)射到人造皮膚的電 磁福射大約是-4.7地+/-1地。
[0017] 在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層被均勻地滲雜有導(dǎo)電添加劑W具有預(yù)定體電導(dǎo)率 (bulk conductivity)和預(yù)定厚度。預(yù)定體電導(dǎo)率和預(yù)定厚度被配置為W與暴露于預(yù)定頻 率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等的水平來反射預(yù)定頻率的電磁福射。
[0018] 在另一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層是具有預(yù)定電阻率的涂層，預(yù)定電阻率被配置為W與 暴露于預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等的水平來反射預(yù)定頻率的電 磁福射。
[0019] 在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，用于測(cè)試和校準(zhǔn)8-80G化或者更具體的說76-78G化 雷達(dá)系統(tǒng)的雷達(dá)人體模型被提供。該雷達(dá)人體模型具有覆蓋有上面描述的人造人體模型皮 膚的表面。該人體模型還具有有著多個(gè)電子部件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。電子部件可W包括馬達(dá)、傳感 器或者其他測(cè)試電子電路。人體模型皮膚電磁地屏蔽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和電子部件W使其免受電磁 福射。
[0020] 雷達(dá)人體模型身體具有多個(gè)身體部位，運(yùn)多個(gè)身體部位被配置為復(fù)制人體的各個(gè) 部分，例如手臂、腿等。人體的不同部分W不同水平反射電磁福射。雷達(dá)人體模型的身體部 位可W被配置為使得多個(gè)身體部位中的每一個(gè)W預(yù)定的依身體部位而定的水平來反射電 磁福射。雷達(dá)人體模型身體部位中的每一個(gè)雷達(dá)人體模型身體部位的預(yù)定的依身體部位而 定的水平可被配置為復(fù)制對(duì)應(yīng)人類身體部位的電磁響應(yīng)。例如，覆蓋雷達(dá)人體模型的手臂 部分的人體模型皮膚可被配置為復(fù)制人手臂的電磁響應(yīng)。雷達(dá)人體模型的其他部分可被相 似地配置為匹配人體的各個(gè)部分。
[0021] 雷達(dá)人體模型皮膚的導(dǎo)電和屏蔽層還可被配置為使得預(yù)定的依身體部位而定的 水平是當(dāng)暴露于電磁福射時(shí)的人類皮膚的雷達(dá)截面。具體而言，電磁福射具有8-80G化或者 更具體的說76-78G化的范圍內(nèi)的預(yù)定頻率。預(yù)定水平還可W被設(shè)置為使得人造皮膚的反射 系數(shù)大約是-4.7地+/-1地。W運(yùn)種方式，雷達(dá)人體模型能夠精確地產(chǎn)生緊密近似真實(shí)人類 主體的RCS的RCSW便測(cè)試和校準(zhǔn)76-78G化的范圍內(nèi)的頻率的雷達(dá)。
【附圖說明】
[0022] 圖1是人造皮膚的各層的分解圖；
[0023] 圖2是覆蓋有人造皮膚的雷達(dá)人體模型的描繪；
[0024] 圖3是測(cè)量具有人造皮膚的雷達(dá)人體模型的響應(yīng)的雷達(dá)系統(tǒng)的例示；
[0025] 圖4是沿著圖3中示出的線4-4的人造皮膚的示例圖；
[0026] 圖5是沿著圖3中示出的線5-5的人造皮膚的示例圖；
[0027] 圖6是覆蓋有人造皮膚的雷達(dá)人體模型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的示例圖；
[0028] 圖7描繪了覆蓋有被77G化雷達(dá)作為目標(biāo)的人造皮膚的雷達(dá)人體模型W及該雷達(dá) 人體模型的示例性平滑化雷達(dá)截面圖案；
[0029] 圖8描繪了被雷達(dá)作為目標(biāo)的人W及一般成年人的77G化平均雷達(dá)截面圖案;并且
[0030] 圖9是覆蓋77G化處的覆蓋有人造皮膚的雷達(dá)人體模型的示例性平滑化雷達(dá)截面 圖案W及一般成年人的平均雷達(dá)截面圖案的雷達(dá)截面。
【具體實(shí)施方式】
[0031] 首先參考圖1和圖2,根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的雷達(dá)人體模型100的人造皮膚10 被提供。人造皮膚10由導(dǎo)電材料層20和屏蔽材料層30制成。人造皮膚10W如下水平反射諸 如來自雷達(dá)發(fā)射器11〇(圖3)的電磁福射110a，該水平更具體的說是暴露于該電磁福射的人 類皮膚的電磁響應(yīng)。導(dǎo)電層20具有內(nèi)表面22和外表面24。同樣，屏蔽層30具有內(nèi)表面32和外 表面34。
[0032] 在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電層20材料一般可W是聚醋、棉和不誘鋼的混合。在一示例 中，導(dǎo)電層20由按重量計(jì)算的大約36 %的聚醋、36 %的棉和28 %的不誘鋼的混合構(gòu)成。由此 得到的導(dǎo)電層20可W具有大約1mm的厚度、260g/m2的重量W及2000歐姆/平方(Ohm/sq)的 電阻率。示例性的導(dǎo)電層20可W由2片由Less EMF公司制造的STATICOT? SHIELDING FABRIC(屏蔽織物）（#1232)構(gòu)建。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到具有與上述特性相似的特性的 其他材料將適合用作人造皮膚10的導(dǎo)電層20。
[0033] 屏蔽材料層30被涂覆在導(dǎo)電層20的內(nèi)表面22上。導(dǎo)電層20和屏蔽層30可W利用縫 合、膠水或者本領(lǐng)域已知的其他粘合方法而被保持在一起。屏蔽層30電磁地屏蔽人造皮膚 10的內(nèi)表面32W使其免受電磁福射110a。屏蔽材料層30-般可W是聚醋和銅的混合。在一 個(gè)示例中，屏蔽層30由大約65%的聚醋和35%的銅的混合構(gòu)成。由此得到的屏蔽層30可W 具有大約0.08mm的厚度、80g/m2的重量W及0.05歐姆/平方的電阻率。屏蔽層30的示例可W 是由Less EMF公司制造的PURE COPPER POLYESTER TAFFETA FABRIC(純銅聚醋涂塔夫織 物）（#1212)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到具有與上述特性相似的特性的其他材料將適合用作 人造皮膚10的屏蔽層30。
[0034] 導(dǎo)電和屏蔽層20、30可W由單個(gè)材料層或多個(gè)材料層制成。導(dǎo)電層20應(yīng)當(dāng)具有被 配置為使電磁福射110a衰減W產(chǎn)生預(yù)定頻率處的期望反射率的網(wǎng)格尺寸。優(yōu)選地，導(dǎo)電和 屏蔽層20、30的網(wǎng)格尺寸小于電磁福射110a的波長(zhǎng)的0.05倍。屏蔽層30應(yīng)當(dāng)具有極低的電 阻率并且被配置為在電磁地屏蔽人造皮膚10的內(nèi)側(cè)表面32W使其免受電磁福射110a的同 時(shí)反射電磁福射11〇曰。
[0035] 可W通過調(diào)節(jié)在人造皮膚10中使用的導(dǎo)電和屏蔽層20、30的數(shù)目來調(diào)整人造皮膚 10的電磁反射率?？蒞通過調(diào)節(jié)構(gòu)成給定導(dǎo)電和/或屏蔽層20、30的材料層的數(shù)目來調(diào)整人 造皮膚10的電磁反射率。
[0036] 在典型的碰撞避免系統(tǒng)中，雷達(dá)發(fā)射器110向目標(biāo)發(fā)射雷達(dá)波110a。反射的雷達(dá)波 11化被雷達(dá)接收器112檢測(cè)到。在圖3中示出的簡(jiǎn)化示例中，雷達(dá)發(fā)射器110向雷達(dá)人體模型 100發(fā)射雷達(dá)波110a。雷達(dá)人體模型100所反射的反射雷達(dá)波11化被雷達(dá)接收器112檢測(cè)到。
[0037] 人造皮膚10被配置為具有近似人類皮膚的雷達(dá)反射率的雷達(dá)反射率。認(rèn)識(shí)到的 是，取決于用來檢測(cè)人的雷達(dá)110a的頻率，人類皮膚將產(chǎn)生不同的雷達(dá)反射率響應(yīng)。在一些 情況下，本發(fā)明的人造皮膚10被配置為具有如下雷達(dá)反射率，該雷達(dá)反射率大約類似暴露 于具有76-78GHZ的頻率范圍的雷達(dá)的人類皮膚的雷達(dá)反射率。如果人造皮膚10被設(shè)計(jì)為與 該特定頻率范圍內(nèi)的雷達(dá)一起工作，則本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到改變雷達(dá)110的頻率將必 然影響人造皮膚10的性能。同樣地，像人造皮膚10被配置為具有大約類似人類皮膚的雷達(dá) 反射率的雷達(dá)反射率那樣，人造皮膚10被更改為精確地復(fù)制諸如汽車或其他常見目標(biāo)之類 的另一類型的目標(biāo)的響應(yīng)。
[0038] 人造皮膚10的層20、30的厚度可W被操縱W調(diào)節(jié)人造皮膚10的雷達(dá)反射率。例如， 如在圖4和圖5中示出，雷達(dá)人體模型100的軀干140和腿150的截面圖被示出。在優(yōu)選實(shí)施例 中，圖5中示出的腿150上的雷達(dá)人體模型皮膚10具有與圖4中示出的軀干140上的雷達(dá)人體 模型皮膚10相同的厚度。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可W通過改變導(dǎo)電層20的厚度來 調(diào)節(jié)人造皮膚10的反射率。例如，假定相同材料被使用，更厚的導(dǎo)電層20與具有相對(duì)更薄的 導(dǎo)電層20的人體模型皮膚10相比將使雷達(dá)波110a衰減更多。W運(yùn)種方式，人體模型皮膚10 可W被調(diào)整為更加精確地復(fù)制具有不同雷達(dá)反射率的目標(biāo)。
[0039] 導(dǎo)電層20由電阻織物制成并且負(fù)責(zé)產(chǎn)生與暴露于雷達(dá)波110的人類皮膚的電磁響 應(yīng)相似的水平的反射率。例如，導(dǎo)電層20產(chǎn)生與暴露于76-78GHZ雷達(dá)的人類皮膚的電磁響 應(yīng)相似的水平的反射率。屏蔽層30具有高導(dǎo)電性并且用作人造皮膚10的內(nèi)側(cè)表面32后面的 結(jié)構(gòu)、部件等的電磁屏蔽。具有內(nèi)側(cè)表面42和外側(cè)表面44的附加泡沫層40由于填充和輪廓 成形目的而可W或者可W不位于屏蔽層30后面。
[0040] 盡管在一個(gè)實(shí)施例中人造皮膚10具有由織物網(wǎng)狀層制成的導(dǎo)電層20和屏蔽層30， 但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到人造皮膚10的替代配置可被用來產(chǎn)生與暴露于76-78G化雷 達(dá)的人類皮膚的電磁響應(yīng)相似的水平的反射率。
[0041] 在人造皮膚10的一個(gè)替代實(shí)施例中，導(dǎo)電層20被均勻地滲雜有導(dǎo)電添加劑W具有 預(yù)定體電導(dǎo)率和預(yù)定厚度。示例性的導(dǎo)電層20是具有大約3.5的介電常數(shù)的銅連續(xù)尼龍層。 導(dǎo)電層20被諸如碳之類的導(dǎo)電添加劑滲雜W具有不同的有效體電導(dǎo)率。預(yù)定體電導(dǎo)率曰和 預(yù)定厚度d被配置為W與暴露于預(yù)定頻率的電磁福射110a的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等 的水平來反射預(yù)定頻率的電磁福射11 Oa。
[0042] 下面的表格1提供了使示例性碳滲雜銅連續(xù)尼龍導(dǎo)電層20的體電導(dǎo)率0與該層的 厚度d相關(guān)W獲得-4.7地的期望反射系數(shù)的四個(gè)示例。
[0043] 表格 1
[0044]
[0045] 在另一個(gè)實(shí)施例中，人造皮膚10使薄導(dǎo)電層涂層被涂覆到基板。屏蔽層30可W是 被用薄導(dǎo)電層20涂層涂覆的諸如銅之類的導(dǎo)體。導(dǎo)電層20涂層具有預(yù)定電阻率，該預(yù)定電 阻率被配置為W與暴露于相同電磁福射110a的人類皮膚的水平大體相等的水平來反射電 磁福射110a。在一優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電層20涂層具有大約"100歐姆每平方，+/-2歐姆每平 方"的預(yù)定電阻率，W產(chǎn)生反射系數(shù)-4.7地。
[0046] 本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到在人造皮膚10的上述實(shí)施例中，人造皮膚10的反射率至 少部分地由導(dǎo)電層20的密度、厚度和/或滲雜決定。W運(yùn)種方式，不同的材料可被在人造皮 膚10中使用W產(chǎn)生與暴露于例如76-78G化的預(yù)定頻率的雷達(dá)的人類皮膚的電磁響應(yīng)相似 的水平的反射率。另外，在人造皮膚10中使用的材料可W被配置為相對(duì)于發(fā)射到人造皮膚 10的電磁福射110a具有大約"-4.7地，+/-1地"的ASRC。
[0047] 具有厚度d、電容率Em、磁導(dǎo)率μ。和良好導(dǎo)電背襯(backing)的均質(zhì)材料層的反射系 數(shù)?？蓋被表示為：
[0054] 可能的材料的電容率Em和磁導(dǎo)率μ"可W從諸如材料的制造商或已知材料特性的查 找表之類的已知來源得到。
[0055] 電容率Em和磁導(dǎo)率μ。可W是頻率f、自由空間的電容率ε〇和自由空間的磁導(dǎo)率μ〇的 函數(shù)。材料電容率Em也可W被表示為如下的介電常數(shù)Er和體電導(dǎo)率σ的函數(shù)：
[0化6] (6)
[0057]本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，通過使用等式（1)-(6)，人造皮膚10的附加導(dǎo)電層20可 W被確定。體電導(dǎo)率σ和厚度d可W被相應(yīng)的調(diào)節(jié)W將導(dǎo)電層20配置為具有期望的反射系 數(shù)-4.7dB。相似地，導(dǎo)電層20可W被配置為具有替代的反射系數(shù)W適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)參數(shù)。W 運(yùn)種方式，等式(1)-(6)提供了一種基于可能的材料的頻率f、電容率Em和磁導(dǎo)率μ"來實(shí)現(xiàn)期 望的反射系數(shù)Γ的方式。
[005引根據(jù)前述，認(rèn)識(shí)到隨著頻率f改變，期望的反射系數(shù)Γ應(yīng)當(dāng)被同樣地調(diào)節(jié)。具體而 言，隨著頻率f減小，期望的反射系數(shù)Γ應(yīng)當(dāng)按照每細(xì)Z大約0.027地增大。例如，如果頻率f 被減少20GHz至56-53G化的范圍，則期望的反射系數(shù)Γ應(yīng)當(dāng)增大大約0.54dB至大約- 4.16dB0
[0059] 隨著發(fā)射的雷達(dá)波110a被朝著人造皮膚10發(fā)射，波110a通過導(dǎo)電層20傳播并且由 于其電阻率而經(jīng)歷衰減。運(yùn)使來自雷達(dá)波110a的電磁能量變換為熱。在穿過導(dǎo)電層20的厚 度之后，雷達(dá)波110a遇到屏蔽層30。屏蔽層30反射雷達(dá)llOaW使得反射波11化再一次通過 導(dǎo)電層20傳播回來并且因而在離開人造皮膚20之前回來穿過導(dǎo)電層20的厚度。因此，雷達(dá) 波的進(jìn)和出導(dǎo)電層20的每一遍使雷達(dá)波110a、110b衰減總往返衰減的大約1/2。因此，導(dǎo)電 層20的總衰減在77G化處應(yīng)當(dāng)被配置在4.7地左右W復(fù)制干燥人類皮膚的行為。
[0060] 現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6-圖8,在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，人造皮膚10為了雷達(dá)測(cè)試而被涂覆于 雷達(dá)人體模型100的表面區(qū)域。雷達(dá)人體模型100被成形為類似人體310。雷達(dá)人體模型100 被用來測(cè)試和校準(zhǔn)雷達(dá)系統(tǒng)，諸如在車輛防碰撞系統(tǒng)中使用的雷達(dá)系統(tǒng)。雷達(dá)人體模型100 具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)120和多個(gè)電子部件130。人造皮膚10屏蔽雷達(dá)人體模型100的內(nèi)部結(jié)構(gòu)120、 130W使其免受電磁福射110a。人造皮膚10還可被配置為使得雷達(dá)人體模型100的身體部位 140、150、160所反射的電磁響應(yīng)匹配人體340、350、360(見圖8)上的對(duì)應(yīng)身體部位的電磁響 應(yīng)。
[0061] 多個(gè)身體部位140、150、160包括軀干140、腿150、手臂160和頭部170。人體模型身 體部位140、150、160中的每一個(gè)都被成形為類似人310上的對(duì)應(yīng)身體部位340、350、360。例 如，雷達(dá)人體模型的手臂160具有與真實(shí)人手臂360的尺寸和形狀相似的尺寸和形狀。由于 尺寸和形狀的變化，人體340、350、360的各部分不同程度地反射電磁福射。例如，人軀干340 與人手臂360相比不同地反射電磁福射110a。因此，雷達(dá)人體模型100的特定身體部位上的 人體模型皮膚10被配置為W與對(duì)應(yīng)人類身體部位的水平匹配的特定水平來反射電磁福射 110日。
[0062] 如在圖7-圖9中示出，為了驗(yàn)證人造皮膚10的性能，來自被人造皮膚10覆蓋的雷達(dá) 人體模型100的平滑化雷達(dá)截面圖案200被與若干(例如九個(gè))人310測(cè)試主體的平均平滑化 雷達(dá)截面圖案300相比較。為了獲得平滑化雷達(dá)截面圖案200,雷達(dá)人體模型100被放置在消 聲室中的旋轉(zhuǎn)柱上，如在本領(lǐng)域中眾所周知的。在77G化的電磁福射110a被從雷達(dá)發(fā)射器 110發(fā)射的同時(shí)，雷達(dá)人體模型100被旋轉(zhuǎn)。反射的雷達(dá)11化被雷達(dá)接收器112檢測(cè)到并且數(shù) 據(jù)被繪制。圖7中示出的平滑化雷達(dá)截面圖案200是使用5°移動(dòng)窗口的平滑化雷達(dá)截面圖 案。認(rèn)識(shí)到平滑化圖案有助于使主圖案變化可視化，而沒有由來自在不同時(shí)間返回的不同 身體部位140、150、160、170的散射的同相和異相干擾造成的快速振蕩。
[0063] 入射在空氣-材料界面上的平面電磁場(chǎng)的反射系數(shù)由來自上面的等式(2)給出：
[0064]
(2)
[0065] 其中Zm是根據(jù)等式(3)的材料的阻抗并且Zo是根據(jù)等式(4)的自由空間的阻抗。均 質(zhì)導(dǎo)電材料的阻抗Zm是頻率ω ( W弧度計(jì)）、磁導(dǎo)率U、電容率ε和電導(dǎo)率σ的函數(shù)，并且由下 式給出。
[0066]
(7)
[0067] 干燥人類皮膚在77GHz處的近似介電常數(shù)大約是6.62。干燥人類皮膚在相同頻率 處的電導(dǎo)率是38. IS/m。因而根據(jù)等式(2)和(7)認(rèn)識(shí)到干燥人類皮膚的反射系數(shù)在77GHz處 大約是-4.68地。運(yùn)些值是可公開獲得的并且在本領(lǐng)域中是已知的。
[0068] 還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到干燥人類皮膚的雷達(dá)截面比由理想電導(dǎo)體制成的相同人模型的雷 達(dá)截面低4.68地。因此，人造皮膚10被配置為具有相對(duì)于理想電導(dǎo)體的反射系數(shù)大約是- 4.7地+/-1地的45亂^復(fù)制干燥人類皮膚的行為。
[0069] 如上所述，人雷達(dá)反射特性是使用與雷達(dá)人體模型100相同的設(shè)備和過程來測(cè)量 的。人310測(cè)試主體的尺寸和體型的范圍是人的典型代表。所有九個(gè)主體的77G化處的平滑 化雷達(dá)截面圖案300在圖8中被示出。
[0070] 為了驗(yàn)證來自具有人造皮膚10的雷達(dá)人體模型100的平滑化雷達(dá)截面圖案200,九 個(gè)人310測(cè)試主體的平滑化雷達(dá)截面圖案300(虛線)被與雷達(dá)人體模型100的平滑化雷達(dá)截 面圖案(實(shí)線)相比較，如在圖9中示出。
[0071] 圖9展示了具有人造皮膚10的雷達(dá)人體模型100產(chǎn)生與一般人310主體相似的雷達(dá) 截面電平和圖案。雷達(dá)人體模型100的平滑化雷達(dá)截面圖案200電平在側(cè)視角度比人平滑化 雷達(dá)截面圖案300電平高大約2地。運(yùn)是由于在測(cè)試中使用的雷達(dá)人體模型的軀干140的前 后厚度比一般成年男性厚的事實(shí)。
[0072] 認(rèn)識(shí)到人造皮膚10在76.5G化處產(chǎn)生大約-4.7地的反射系數(shù)。認(rèn)識(shí)到該反射系數(shù) 與干燥人類皮膚的反射系數(shù)相似。測(cè)量到的被人造皮膚10覆蓋的雷達(dá)人體模型100的平滑 化雷達(dá)截面圖案200數(shù)據(jù)當(dāng)被與人310測(cè)試主體的平滑化雷達(dá)截面圖案300相比較時(shí)表現(xiàn)出 相似的雷達(dá)反射特性。因此，該測(cè)試數(shù)據(jù)展示了人造皮膚10W暴露于電磁福射的人類皮膚 的電磁響應(yīng)的水平反射77G化雷達(dá)。
[0073] 清楚的是，本發(fā)明的許多修改和變體鑒于W上教導(dǎo)是可能的并且在所附權(quán)利要求 的范圍內(nèi)可W用除具體描述的方式之外的方式實(shí)踐。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種供在暴露于具有預(yù)定頻率的電磁福射的人體模型上使用的人造皮膚，該人造皮 膚包括： 具有內(nèi)表面的導(dǎo)電材料層；W及 涂覆在導(dǎo)電材料層的內(nèi)表面上的屏蔽材料層； 導(dǎo)電層和屏蔽層被配置為W與暴露于預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)大 體相等的水平來反射預(yù)定頻率的電磁福射;并且 人造皮膚具有內(nèi)側(cè)表面，導(dǎo)電層和屏蔽層電磁地屏蔽人造皮膚的內(nèi)側(cè)表面W使其免受 電磁福射。2. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，預(yù)定頻率在8-80G化之間的范圍內(nèi)并且人造皮 膚具有與暴露于8-80G化之間的范圍內(nèi)的電磁福射的人類皮膚反射系數(shù)化SRC)大體相等的 人造皮膚反射系數(shù)(ASRC)。3. 如權(quán)利要求2所述的人造皮膚，其中，預(yù)定頻率在76-78GHZ之間的范圍內(nèi)。4. 如權(quán)利要求3所述的人造皮膚，其中，ASRC相對(duì)于發(fā)射到人造皮膚的電磁福射大約 是-4.7地，+/-1地，并且服RC大約是-4.7地，+/-1地。5. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，導(dǎo)電層被均勻地滲雜有導(dǎo)電添加劑W具有預(yù)定 體電導(dǎo)率和預(yù)定厚度，預(yù)定體電導(dǎo)率和預(yù)定厚度被配置為W與暴露于預(yù)定頻率的電磁福射 的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等的水平來反射預(yù)定頻率的電磁福射。6. 如權(quán)利要求5所述的人造皮膚，其中，導(dǎo)電層的預(yù)定體電導(dǎo)率(σ)和預(yù)定厚度(d)被配 置為具有根據(jù)下式的人造皮膚反射系數(shù)（Γ ):并且 f =頻率 ε〇=自由空間的電容率 μ〇=自由空間的磁導(dǎo)率 Em=導(dǎo)電層的電容率 μη=導(dǎo)電層的磁導(dǎo)率 Er =導(dǎo)電層的介電常數(shù) 曰=導(dǎo)電層的體電導(dǎo)率 j=虛數(shù)。7. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，導(dǎo)電層是具有預(yù)定電阻率的涂層，預(yù)定電阻率 被配置為W與暴露于預(yù)定頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等的水平來反射 預(yù)定頻率的電磁福射。8. 如權(quán)利要求7所述的人造皮膚，其中，預(yù)定電阻率大約是100歐姆/平方，+/-2歐姆每 平方。9. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，導(dǎo)電材料層是具有比電磁福射的波長(zhǎng)的0.05倍 小的網(wǎng)格尺寸的網(wǎng)狀層。10. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，屏蔽材料層是具有比電磁福射的波長(zhǎng)的0.05 倍小的網(wǎng)格尺寸的網(wǎng)狀層。11. 如權(quán)利要求9所述的人造皮膚，其中，導(dǎo)電層是具有2000歐姆每平方的組合電阻率 的多個(gè)層。12. 如權(quán)利要求10所述的人造皮膚，其中，屏蔽層是具有.05歐姆每平方的組合電阻率 的多個(gè)層。13. 如權(quán)利要求1所述的人造皮膚，其中，人造皮膚被涂覆于身體。14. 一種用于雷達(dá)測(cè)試的人體模型，包括： 人體模型身體，具有表面； 人體模型皮膚，具有屏蔽材料層和導(dǎo)電材料層； 人體模型皮膚被涂覆于人體模型身體的表面，人體模型皮膚被配置為W與暴露于預(yù)定 頻率的電磁福射的人類皮膚的電磁響應(yīng)大體相等的水平來反射預(yù)定頻率的電磁福射;并且 人體模型皮膚具有內(nèi)側(cè)表面，導(dǎo)電層和屏蔽層電磁地屏蔽人體模型皮膚的內(nèi)側(cè)表面W 使其免受電磁福射。15. 如權(quán)利要求14所述的人體模型，其中，人體模型身體具有內(nèi)部結(jié)構(gòu)和多個(gè)電子部 件，人體模型皮膚電磁地屏蔽內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)多個(gè)電子部件W使其免受電磁福射。16. 如權(quán)利要求14所述的人體模型，其中，預(yù)定頻率在8-80G化之間的范圍內(nèi)并且人體 模型皮膚具有與暴露于8-80G化之間的范圍內(nèi)的電磁福射的人類皮膚反射系數(shù)化SRC)大體 相等的人造皮膚反射系數(shù)(ASRC)。17. 如權(quán)利要求16所述的人體模型，其中，預(yù)定頻率在76-78GHZ之間的范圍內(nèi)。18. 如權(quán)利要求17所述的人體模型，其中，ASRC相對(duì)于發(fā)射到人體模型皮膚的電磁福射 大約是-4.7地，+/-1地，并且服RC大約是-4.7地，+/-1地。19. 如權(quán)利要求14所述的人體模型，其中，人體模型身體具有多個(gè)身體部位，人體模型 皮膚W預(yù)定的依身體部位而定的水平來從運(yùn)多個(gè)身體部位中的每一個(gè)身體部位反射電磁 福射。20. 如權(quán)利要求19所述的人體模型，其中，人體模型皮膚被配置為使得預(yù)定的依身體部 位而定的水平復(fù)制暴露于電磁福射的對(duì)應(yīng)人類身體部位的電磁響應(yīng)。
【文檔編號(hào)】B32B9/00GK105848877SQ201480070809
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2014年12月1日
【發(fā)明人】C-C·陳, S·Y-P·錢, R·舍羅尼, 高橋浩幸
【申請(qǐng)人】豐田自動(dòng)車工程及制造北美公司, 印第安納大學(xué)研究與技術(shù)公司, 俄亥俄州立大學(xué), 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社