专利名称：具有到对象距离的相对运动的微波发射/接收元件结构及相关方法
具有到对象距离的相对运动的微i!t^射/接il^件结构;MB关方法所有上面的文件都包含有用的信息，所以这几个专利和两个美国专利 申请的全部公开内容因此在这里并入作为参考。背景和发明内容在微波近场和远场之间中间范围的区域中，对于扫描人类受验对象是 否存在违禁品、爆炸物、武器和其它形式的非生理性物品和材料来说，微波电介质测试器(dielectrometer)的使用具有很多有吸引力的特征。在上 面参考的各个文件中充分描述了这些优点。在例如上面参考的'388和'183专利申请中描述的那些装置中，其中 使用了多个发射/接收(TR)元件的每一个，每个元件实际上为扫描及询 问它前面空间的特定辨别的体积负责，且辨认在每个这样的元件前面实际 上总有一个"负载"，存在有其中多余的噪声信号显著恶化了接收信号的 信噪比特征的情况，并且以使重要扫描信息的评估难以分离和评定的方式 这么做。如刚刚提到的，在寻求任何努力来以想要帮助特征化"发现非生 理性异常，，的方式利用所接收信号信息的场合，信噪比中噪声引起的恶化 可使进行这样的特征化非常困难。然而作者发现，对此问题有很特殊的解答，特别是，有效地解决信噪 比问题、同时在保存上面参考的两个刚刚提到的专利申请中描述的基本扫 描结构和方法的所有关键操作和实用优点的情况下也这么做的解答。作者 对此问题的解答建立在每一单个TR元件结合任何沿下流方向辐射的负载 和介入的媒介而共同形成空间中的传输线的认识的基础上。当负载向这样 的TR元件移动时，检测的附带的反射脉沖幅度被看到以四分之一波长的 空间间隔增加或减少，最后消失在远场中，其中"负载，，没有足够接近TR 元件以"产生"这样的可检测的幅度变化。这种增加和减少的现象是由负
载反射波引起的，由于时域或距离域中的运动，所述负载反射波交替地与 入射波同相和异相。对在辐射系统中这些变化的解释在传输线理论中被充分证明，且基于 发射源、介入的媒介和终端辐射负载的输出阻抗。当所有这些都相等时，没有驻波，且从发射元件(TR元件)到负载的路程或距离对4企测信号的幅 度没有可测量的影响。在这种情况下，系统被认为是以其特征阻抗终止。然而终端负载阻抗中的变化破坏了系统的平衡，且实际上产生了可检 测的驻波。在本领域中被认为是反射系数和驻波比率的量是此失配或不平 衡的引起的测量。峰值到峰值(高到低)驻波值在从发射元件测量的约两个到约十个波 长的波长范围内完全恒定。如果该发射元件能相对于被辐射和扫描的受验 对象移动一半波长，我们可在所述两个到十个波长范围内明确地才全测并捕 获一个最大和一个最小的驻波峰值，而不管受验对象离发射元件的距离。 值得注意地是，虽然在存在噪声时这些最大和最小值将改变，它们之间的 差值却没有一点改变。如果检测系统产生等于最大和最小驻波峰值之间的 峰值到峰值的差值的值，则与真正脉冲峰值幅度值相关联的变化是共同模 式的，因而增加了信噪比。如将要看到的，本发明的装置和方法利用此可检测的最大到最小驻波 峰值现象。概括地说，本发明涉及微波电介质测试装置，尤其涉及这样的包括一 个(或多个)发射/接收(TR)元件的装置，每个元件都具有TR轴(元件 的操作轴)，所述元件可用于以及关于包括人受验对象的电介质微波扫描 的方法。进一步地，本发明关于这样的装置，以及关于有关的扫描方法， 其中为了检测关于基线生理性响应的数据和根据规定的屏蔽标准、显著的 差异或异常检测关于指定个体的"电介质特征"，以及另外为了提供关于 某些禁用、非法、危险、走私等的非生理性物品或材料的特性的一些可辨 别的信息而进行扫描，这些物品或材料被人携带。本发明代表上面标识的'183中描述的发明的增补版本，是通过介绍
和使用重要的发现而增补的'ii前未决的专利申请，该发现是通过朝着/远离被拍摄或扫描的个体产生TR元件沿其轴的相对运动，且在这样的扫描 期间(如以下将描述的)，可收集有价值的信息以不仅指示某些"非法" 物品和其它非生理性材料的存在，而且指示其特性。
虽然有很多物质扫描(或拍摄)应用，其中本发明的TR元件结构、系 统和方法得到实质上的实际效用，在这里特别注意这样的两个特殊应用， 其中一个用作讨论和解释本发明的结构和操作(方法)的主要模型。这两 个应用包括(a)为了检测武器、违禁品等在如机场的地点的安全检测或 扫描(拍摄)和(b)对敏感领域例如关于商业内部的研究和开发领域中 人员的授权进入控制。本领域的一般技术人员会想出很多其它有用的应 用。关于偏离并提供对相似的处理器系统和方法的某些改进的扫描系统及 其装置，这里描述了本发明的优选实施例和实践方式，在上述美国专利号 6, 057， 761中充分显示和描述了这些改进。这些改进存在于某些包括以 前说明的扫描过程和结构本身的机械和电子方面的领域，导致本发明在特 定的应用中具有某些优先的效用，例如在涉及机场安全拍摄区的应用中， 那里需要适应人的非常有效的高吞吐量，而不包括扫描清晰度和效果。根 据扫描的数据如何被最终读取(基于本发明的TR结构的操作来监控和评 价)以检测电介质异常(非生理性)——检测这些异常是很重要的，以及 当本发明建议在元件和被扫描的人之间沿TR元件的操作轴的有用的相对 运动的唯一形式除外时，刚刚提到的'761专利中描述的相同技术也基本 上大部分使用在本文件中公开的改进的装置、系统和方法形式中。
作为进一步的背景，且关于由本发明的TR元件结构实现的电介质扫描 (或拍摄)过程，作为关于相关物理学的一般陈述，所有的材料都具有被 认为是电介质常数的常数。该常数与其物理和电(电磁和静电)特性相关 联。因此，当受到不同波长和频率的微波辐射时，每种材料产生对该辐射 的反射反应或响应，该响应本质上唯一地与其中特定材料的各自的电介质 常数有关。通过使物质受控制发射微波能的控制，可以根据材料的电介质 常数解释材料对其的反射"响应"。这里使用术语"电介质特征"来指这 种现象。在材料的多个不同特征紧密地合并在空间的选定体积的场合，用来观 察和4全测该"空间"的"电介质特征"的微波辐射将引出基于关于各自电 介质常数成分的平均现象的响应，所述电介质常数成分在该空间中由各自 不同的个体材料组分组成。此平均条件在本发明的使用效果中起重要作用，读者会发现，在上述'761专利中充分描述和讨论了这种作用。在上面刚刚一般概括和建议的这种类型的系统和方法中，本发明的TR 元件(或TR结构)设计成以它有效地使用人体内测定体积空间的方式将 微波辐射引导入人体(在关于威胁组织、体液或骨骼的任何损害的完全无 害的水平)，其中有至少两种不同的(边界)解剖(已知的生理性)材料， 每种材料以不同的电介质常数为特征，所述材料以上述"平均，，方式共同 提供整个空间的"有效的"、明显的"均勻"(或名义上的均质)的电介质 常数。正如作为'761专利中的背景所解释的，通过这样设计本发明的TR 结构及其操作以占用在人体内部的所述至少两种材料的测量容积空间，武 器或一件违禁品根据其自身电介质常数的特性、和/或其特殊结构和形状、 和/或其相对于人体的精确位置和/或布置，通过伪装为正常和意料中的解 剖学正常的生理性成分来"欺骗，，本发明的可能性几乎为零。优选地，此 内部解剖学空间的"渗透深度，，大约为系统操作频率的2 1/2波长，如在 具有所述"正常"电介质常数的材料中机械测量的。如果和当人携带外来的、非生理性物品如武器或违禁品时，例如紧紧 地靠着身体的外面，该物品的存在将因此并确实改变被占用的空间体积 (当然包括人体)的材料内容的平均电介质常数，且将通过所述樣史波辐射 以完全非正常解剖学及完全可检测的方式这么做。最后，根据上面刚刚提 到的平均现象，这样的非预期(非解剖学生理性)材料的存在明显改变了 有效平均数和明显一致的空间电介质常数的平均值，并产生了一种情况，传输的响应性结果。此扫描或拍摄过程在这里可被认为是生理性和非生理 性之间物质扫描分化的实践。进一步描述存在于现有技术的常规实践和根据本发明的TR结构执行 的实践之间的重要区别，尽管常规的扫描系统设计成只寻找并"识别"相 当大数量的特殊物品和材料(物质)，根据本发明采取的方法本质上是两 方面的。首先，它基于检查人体生理学中是否有不期望为一般人体的一部 分的^理#缺陷/异常、本质上所有人体都预期产生的生理的、电介质的 特征(当然在一个范围内)。作为此非常不同的"第一"扫描方法的结果，在识别武器、违禁品等的存在的问题状况方面，由本发明的TR结构实行 的系统和方法明显更有效和更快。；险测到的任何不正常的生理性特征产生 警告状态，可使用该状态来用信号通知需要安全人员来仔细检查所涉及的 特定的刚刚扫描的受验对象在其身上可能有的东西。第二，本发明利用在这里早些时候提到的发现，即，在扫描阶段期间， TR元件沿其操作轴且不定向地朝着或远离被扫描的人的位置的移动可用 于检测存在于运行的TR元件和此人之间的微波接收驻波的波峰和波谷的 幅度值。特别是，如果TR元件这样移动一段至少等于且优选地稍微大于 TR元件的一半操作波长的距离，这些值可^皮辨别。值得注意，考虑这些特 定的峰值和谷值实现了一般模式的信号捕获实践，该实践大大最小化了噪 声对正确和有用的信号检测可能有的影响。因此它大大提高了信噪比。在这种系统和才喿作装置中，本发明特别涉及TR元件作为个体本身的独 特利用，以及涉及包括多个紧凑堆叠的背负式电路板(面板)或层状结构 的多个TR元件集成的模块瓦片结构(瓦片)的利用，在其一个中一般材 料的微波TR元件主体结构的阵列以行和列矩阵的方式被均匀地模制。这 里为了本发明的重要说明和讨论，主要在这样的瓦片结构的环境中描述本 发明。在这样的瓦片结构中，这里通常描述的且可以很多不同方法实现的 适当的操作电路(称为第一电路)将电路板电互连，并以同时的发射和接 收操作模式在称为扫描阶段的时期期间起作用，以控制和"驱动"TR元件 的操作，所述方法完全在相关技术领域中一般技术人员的技能范围内。更 特别地，这样的瓦片结构中的TR元件被密集地组织成明显促进总的瓦片 结构紧密性。瓦片中的TR元件以确定的行和列样式排列，当两个瓦片处 于适当的并肩邻《^姿时，此图案^黄跨两个瓦片两端形成适当的才喿作样式连统 体(cont inuum)。该瓦片的有用排列实际上包括将多个瓦片本身组织成行 和列阵列，且这样的阵列在期望"扫描"的体系例如航空公司登机的乘客 中被确定为相当有效。根据利用本发明的示例性方式，例如在机场的环境中，配备类似亭子 (kiosk)的装置，要被扫描的人通过敞开的受验对象进入通道走入该装置 中，入口通道由一对间隔开的相对的竖立面板界定，每个面板装有瓦片或完整独立的瓦片结构的阵列，每个瓦片包括组合的同轴微波TR元件。这 两个面板通过它们之间的称为扫描区的区域有效地界定总是敞开和暴露 的直达通道，所述区域在这里称为规定的人员扫描区。这些面板还界定在 这里可被认为是通过扫描区的人的通道的面板方向确定的路径。人受验对 象的完全扫描以两个阶段或扫描阶^殳发生，在一个阶段，这些面板位于人 体的一组相对侧，例如人的左侧和右侧，在另一阶段，面板布置在与直角 相移有关的情况中(被旋转或转动90度)，以执行沿两个垂直的身体侧例 如人的前侧和后侧的第二扫描。在这两个扫描方向之间，通过九十度的弧 旋转面板(如刚刚谈到的)，且在两个扫描位置的每一个，本质上及重要 地，在面板和它们之间站立的受验对象之间，并因而在面板和扫描区之间 没有出现相对横向运动。因此，在每一单个人体的扫描期间，TR元件的轴 相对于扫描区，在两个垂直的方向之间向后和向前平移。对于例如必须在机场安全场所操作的对非常多的人的处理和扫描，使 用本发明的所说明的系统的特殊处理特征是，所说明的系统考虑到产生本 质上两个通常垂直的等待被扫描的人的队列，被扫描的连续的人一个接一 个地并交替地从两个垂直的队列的每一个的最前面i^扫描区。要被扫描 的人最初面对扫描区，在两个面板之间有一个清楚的(看穿)一见野进入(并 通过)该区域。由于人在扫描区中适当的位置，且在该区中被相对静止地安排，进行 第 一扫描阶段以顺次检查此人的側面相对側。该扫描阶段是通过组织进上 述阵列的装有TR元件的瓦片的高速赋能(energization)的特殊样式(通 过上述第一电路)实现的。如将要看到的，在每个扫描阶段期间，相对于每个瓦片，TR元件在那 里作为一个单元被不定向地朝着或远离系统扫描区移动一段不小于、优选地稍微大于TR元件的选定操作波长(这里为约2英寸)的一半的距离。 下面将讨论如何使用此相对运动来产生有用的扫描信息。当这样的第一扫描阶段完成时，支持两个装有瓦片的面板的结构通过 九十度的弧旋转或转动这些面板，并将它们停在相对于受验对象的第二扫 描位置，其中在第二扫描阶段，人的前侧和后侧相继在类似于刚刚描述的 境况下被类似地扫描，其中面板和它们之间的受^^者被再次相对地固定在 相对于彼此的侧面位置，^^其中产生相对运动以改变每个瓦片中TR元件 和扫描区之间的距离。在所述第二扫描阶段，每个瓦片中TR元件的相对 运动的方向与它们在第一扫描阶段中移动的方向相对。第二扫描操作完成现在讨论的单个受验对象的扫描过程，因此受验对 象向右边或左边转一个角(这在附图中示出)——这取决于哪一边被认为 是自扫描区的出口侧，并通过两个面板之间的此刻旋转的敞开(看穿)空 间而离开。装有本发明的瓦片的面板现在相对于当刚刚描述的第一个人要 被扫描时它们保持的位置垂直放置，在垂直的另一人群的队列中的最前面 的人现在从所述另一队列的垂直位置进入扫描区。下一个人的扫描以上面 刚刚描述的特别相同的方式进行，除非下列事实，当面板结构通过约九十 度的弧旋转以执行所述"下一个"人的第二扫描时，它实际上逆旋转回到 它最初保持的为上述第一个人的以前解释的扫描准备的位置。来自所有扫 描阶段(每人两个)的扫描数据利用计算机被适当地得到。根据对每个扫描的人收集的扫描数据，通过这里被称为第二电路的操 作将该数据与适当的生理性及其它电介质数据的"图谱(map)"或"清单 (schedule)"相比4交，该电介质数据与具有类似于被特别扫描的人的体型、 身高和体重的人有关。任何显著的、与电介质特征相关的异常使警告状态 被建立(如稍后将描述的)，该状态例如使安全人员将特定的受验对象叫 到一边以进行进一步和更集中的扫描或其它检查。没有从任何扫描数据洗 出的照相的影像。更确切地，扫描数据的一个输出性质包括在简单线形人 体骨骼形状上一个或更多加亮的一般解剖区的显象，该解剖区显示检测的 异常存在的地方。现在通过上述第二电路的操作可使用与相对运动有关的 凄t据，以描述所发现的异常的特征。数据的这种显示可容易读取并评而要求很少的人员解释行为。.输出数据还可显示在有点象格子或象棋盘的 光和黑色斑点域，其光亮度和漆黑度是可判断的，以指示检测的电介质非生理性异常的存在。在专利'761和所述以前提交的专利申请中更充分地描述了此扫描过程的部分。当结合附图阅读现在跟随的说明书时，本发明提供的其它特征和优点 变得更充分地显而易见。附困说明
图1是生理性电介质扫描系统的简化的结构/示意图，该系统利用多个集成的微波TR元件瓦片结构或瓦片的组织，每个包括多个堆叠的电路板 并与根据本发明构造的这些板TR元件的一个相联合。图2是一对九十度反向转动的(或可反向旋转的)微波TR元件瓦片单 位面板的简化和风格化的等轴(isometric)视图，该面板界定亭子式的人 员扫描区的相对的侧边，这对执行使用本发明结构的电介质的人员扫描是 有用的。图3是向下看到图2所示的扫描区里面的简化和风格化的平面图。TR 元件和所述扫描区之间的相对运动在此图中通常由短的反向指示的双向 箭头表示。图4是通常沿图3中线4-4的显示多个瓦片结构的排列的简化的局部 图，该结构用根据本发明的TR元件构造，且以邻接和匹配的边缘与边缘 及角与角而面对面地布置。本图还使用并排的每隔一个垂直的短画线来描 述瓦片中相邻TR元件的各自操作方向的极性。图5是简化的有点风格化的分解图，其显示根据本发明优选实施例制 造且图4所示排列中使用的单个瓦片结构的组织。这里的短双向箭头也显 示才艮据本发明的实行的TR元件的相对运动。图6是可认为是图5所示瓦片结构的TR元件側面或正面的视图。图7是通常选自图6右侧的视图，其显示装有TR元件的本发明的瓦片
结构中电路板移动的位置(两个位置)。图8与图7类似，除了它采取后透^L图的孩￡小的角。图7和图8中出现的短双向箭头表示所述TR元件的相对运动。图9是通常沿图5中线9-9的放大局部视图，其显示本发明的瓦片结 构包含TR元件阵列的那部分的不同部分之间的一般材料集成。本图还显 示TR元件可逆的相对运动。图10是显示根据本发明构造的三个并排布置的瓦片结构的局部视图， 所述瓦片结构以阿拉伯数字标注以描述分别包括TR元件的不同瓦片结构 的发射/接收单独操作的模式。图11是显示根据本发明制造的单个瓦片结构中单个TR元件的结构/ 示意图，且特别显示功能控制电路和产生相对运动的电动机结构的一般组 织，该电动机结构以包括在该瓦片结构中的TR元件的阵列被使用。本图 还可^L作表示本发明的单个TR元件实现。图12 A和12B共同提供本发明的特穷^目对运动特征的风格化图形显示， 该特征基于利用每个TR元件通常沿在此被称为其(该元件的)操作轴朝 着或远离系统扫描区的可逆运动。这两个视图按不同的比例绘制。发明的详细说明现在注意力转向附图，首先参考图l和图2，在20显示的通常是电介 质的生理性的人员扫描/拍摄系统(或装置)，其构造成包括集成收发器瓦 片结构的装置，该瓦片结构包括根据本发明优选实施例制造的发射/接收 (TR)元件，也称为扫描元件。正如将要解释的，装置20设计成检测和 帮助识别可由人携带的某些种类的非生理性物品/材料。包括在系统20中的是特殊的亭子式的单元22,单元22包括这里称为 规定的人员扫描区或室24,其被特别界定为在一对直立的曲线面板26、 28之间的空间。为了在驱动电动4几30的作用下绕直立轴34的向后和向前 (如双向曲线箭头32所示)的垂直(只有九十度)可逆反向转动(或反
向旋转)，这些面板^^皮适当地安装，直立轴34通过扫描区在中心向上延伸。 轴34基本上垂直于图1的平面而延伸。正如不久将更充分地描述的，每个面板26、 28在沿着面板通常从顶部 到底部延伸的三个垂直列中具有组合的^f敖波TR元件(稍后描述)的多个 阵列，TR元件形成集成的多个堆叠电路板瓦片结构35的部分。这里示出 的每个这样的瓦片结构的优选配置通常采取矩形(正方形)立方体的形式， 虽然非正方形甚至非矩形的形状当然是可能的，如果期望的话。图2中在 36显示了 "瓦片，，的四个这样的垂直列的部分。在这些阵列中的几个瓦片 35被指示。与瓦片35中TR元件的行为相关联的适当的微波功能操作电路作为第 一电路和作为第二电路将在稍后描述，该操作电路包括这里称为TR元件 功能操作的电路。如将要解释的，优选地，相对于微波行为，系统的确定 操作频率是5. 5千兆赫兹一一发现对于扫描人体的正常生理性电介质特征 工作得特别好的操作频率。对此频率(确定的波长入)的空中波长是约2 英寸。如将要看到的，在瓦片35内组件的填料(sizing)根据该操作频率 的选择"流动"。在上面参考的各个现有背景专利和专利申请文件中充分 描述了关于此组件的"填料"的考虑因素。特别要注意的是选定的5. 5-千兆赫兹频率的空中操作波长为约2英寸的事实。该"符号"的重要性不 久将变得显而易见，该"符号"与涉及TR元件的相对轴向运动的考虑因 素有关。如图1中的线42所示，扫描输出数据被提供到适当编程的数字计算机 或第二电路44，其结合由块46表示的可选择的正常人受验对象、基线、 生理性电介质特征的适当库而操作，以当检测到任何确定的特征异常时在 线48上提供警告输出信号。库46包括适当的计划表、地图等，计划表、 地图包括为了扫描我们希望概括的关于人体体形、生理学等的选定范围的 预先建立的信息。这样的信息可被本发明的系统和方法的使用者自由地指 定。它特有的设计不是本发明的一部分。如不久将更充分解释的，包括在库46中的还有数据，该数据与波峰到 波谷、微波反射、对在扫描操作期间;险测到的某些"非法的"非生理性物 质和物品的特定的不同种类和特性的驻波;故大值差异有关。 -仍然考虑图1中特别显示的，且通常根据"人流动，，的观点来描述系 统20的总操:作，三个大黑点50生、50&、 50t表示等待从图1中的亭子22 的左边ii^室24的一条人的队列中的三个人。类似地，三个大空点52且、 52t、 52^表示等待在室24内扫描并拍;f聂的另一条人的队列中的三个人， 所述另 一条队列基本上以与第一次提到的人的队列垂直的关系布置。包括 加黑的箭头54和空白的箭头56的两个大箭头分别表示从包含代表性的人 50s、 50&、 50^和52且、52&、 52c的队列分别进入室24的人从室24的退 出路径。换句话说，通常以图1中从左到右的方向从在图l左边的队列进 入的每个人在两个阶段的扫描全部进行后，以箭头54的方向退出室24。 类似地，从图1中的亭子22的底边上画出的队列进入室24的每个人在完 成扫描才喿作后，将如箭头56所示退出扫描区。因此，进入并退出扫描区 24的每个人通常沿着通过亭子22的垂直路径而行。在扫描过程的任何部 分期间，没有人完全封闭在室24中的时间。在面板26、 28的相邻直立边 缘之间，该室的两个作为直径的相对的侧面总是敞开的。被交替扫描的人 遵循的两个不同的互相垂直的路径由图2中的标示箭头(路径1和路径2) 显示。面板26、 28如图1和图2特别地所示而放置，这些面板布置成允许扫 描区接收站在由黑点50且、50&、 50^_表示的队列中的第一个人。这样的人 通过两个敞开的到区24的受验对象入口之一进入该区，于是，在此人和 面板26、 28相对于彼此处于相对固定的位置关系中的情况下，实现第一 扫描阶段。当对此人的第一扫描阶段完成时，然后在电动机30的控制下， 面板26、 28逆时针转动(或旋转)例如九十度，以使它们相对于图1和 图2所示的位置变成垂直地放置。跟随此面板的重新配置，在现在描述的 组织中执行第二扫描阶段，其为扫描从图1中左边进入区24的人的前边 和后边的阶段。此外，在特定的扫描或拍摄、操作(同时的微波发射和接 收)期间，区24中的人和面板26、 28的相对位置基本上是固定的。换句 话说，很重要地，扫描发生在面板装有的TR元件瓦片相对于被扫描的人 没有横向移动的情况下。然而，在扫描的两个阶段期间，每个瓦片中的TR 元件沿着其操作轴朝着或远离区24中的人线性移动，如不久将要描述的。由于完成了刚刚一般描述的两个阶段的扫描操作，面板26、 28现在以 这样的方式布置，以使它们暴露区24,以便图1中亭子22下面由大空点 表示的人的队列中的第 一个人笔直向前地进入该区。以刚刚描述的4M目同 的方式执行对第一个人的扫描，此后，此人退出扫描区，如箭头56所示。除了由面板26、 28装有的TR元件瓦片执行的扫描操作外，对于在室 24中被扫描的每个人还进行三个其它的数据收集操作。在形成室24的底 部的固定平台58 (见图2)中配备适当的体重秤(scale)或传感器。进一 步地，为了向上"看"到室24里面以收集关于室24内的脚和鞋的扫描信 息，配备额外的电介质扫描设备(没有特别显示)。此外，如早些时候概 述的，在室内被扫描的每个人的高度在与此人联系的第 一扫描阶段结束时 被确定。现在考虑所有附图，瓦片35的每个圆柱状的阵列36由八个垂直堆叠 的瓦片形成，因此系统20包括四十八个瓦片。每个面板中瓦片的垂直列 相对于彼此稍微倾斜，如在图3中可最佳地看到的。每个面板中瓦片的三 个部署的列的共同的侧面宽度约为30英寸。每个集成的瓦片或瓦片结构35在这里称为多个通常为平面电路板或 电路板层状结构的组合堆(stack)中形成。特别地，该堆包括沿这里所 谓的瓦片轴彼此间隔开的三个电路板35且、35&、 35g，其在35A示出(见 图4、图6、图7、图10和图11 )。板35^实际上在板35k的前面，板35h 实际上在板35c的前面。板层35丄形成这里称为第一的、通常为平面电路 板结构的一部分。图9和图11中在37示出板35^_的标定(nominal)平面。 板35&、 35^共同形成这里称为第二的、通常为平面电路板层状结构的一 部分。这些电路板的每一个都具有由周围边缘确定的横向尺寸，每个尺寸 具有约10英寸的长度。图5中在a和b示出了这些横向尺寸。每个瓦片 中的这三个电路板适当地排列在统一的堆中，图5中在c显示的堆深度约 为2英寸或更少。正如不久将进一步讨论的，板35^被适当地支持在每个 瓦片35中，以便相对于板35h、 35c、沿该瓦片的瓦片轴35A的选择性可 逆运动。 在每个瓦片内部，电路板35^_包括并特别装有微波TR (发射/接收) 元件例如在图中60通常指向的元件的确定的行和列阵列。元件60包括发 射/接收或TR、基本上平行于瓦片轴35A的操作轴60^和此外基本上垂直 于前述电路板部分平面37的操作轴。轴60^指向扫描区24内。每个瓦片 中的电路板35L和35[适当地共同携带这里所谓的TR元件功能操作电路 (第一电路)，其用来对同时以信号发射和信号接收的行为模式的单独活 动而控制并实现TR元件的发射/接收扫描阶段的操作。关于这样的同时活 动如何发生的进一步的细节可在前述各个现有专利和专利申请信息文件 中找到。前述计算机44 (第二电路)在这里操作性地连接到TR元件60。在本 发明的操作中，计算机44操作性地响应被TR元件接收的反射微波能并操 作，以便利用此信息来检测和辨别人携带的非生理性物品和/或材料。现在描述本发明提供的重要相对运动特征并将注意力引导到图3、图 5、图7、图9、图11、图12A和图12B,电路板35a、以及因而包括在该 板中的所有TR元件60通过适当的传统低摩擦滑动装配(slide-mount)结 构57 (图11中只简要示出，且只在一个位置)被支持在电路板35匕的前 面。此滑动装配结构相对于瓦片35的剩余部分(即，板35g、 35g)提供 板35^的有限的线性相对(reciprocal)平移(运动)。板35g、 35c在相对 于彼此的位置处适当锁定。图3、图5、图7-9、以及图11由双向箭头59示出在基本上平行于轴 35A、 60i的可逆方向发生了此相对运动。根据本发明的实践，在每个方向 移动的总距离D (见图7、图9和图11)不少于且优选地稍;微大于TR元件 60的"操作波长，，(约2英寸)的一半。在现在描述的系统中，该距离约 为l.OOl英寸。在图7中，在其沿轴35A、相对于电路斧反35乜、35玍最近的 位置以实线示出电路4反35a。在这个相同的图中，在35且、在其相对于板35[ 35^最远的移动的位置，以虚线不完整地示出板35生。精确线性加速器或安装在板35t上的选择性可逆电动机结构60 (见图 11)在这里选择性地产生这样的可逆运动。这里加速器61被认为驱动地 被插入TR元件60和扫描区24，并驱动地被插入前述第一和第二层状结构，
以相对于第二层状结构以基本上平行于前述轴60^_的方式线性地移动第一 层状结构。加速器61通过图11中在61^简要示出的合适的驱动连接驱动 地连接到板35i。驱动连接61§_实际上通过板35$ (如简要示出的)从加 速器61延伸以连接板35生。在现在描述的本发明的特定优选实施中，在操 作的每个扫描阶段中，加速器61只在远离或朝着瓦片35中其它板的一个 方向线性地移动板35^经过前述距离D，如上所述，该距离稍微大于TR元 件60的4喿作波长的一半。根据本发明的优选实施，在这样的扫描阶段期间因而发生的相对运动 (即，相对于扫描区24的运动，及因此相对于站在该区中的任何人)以 十一个(N)基本上相等的步幅(或进程)被执行，每个步幅约0.091英 寸。因此，从刚刚描述的运动的全部范围的一个极值到另一个极值，板35生 相对于瓦片35中的其它电路板、可以说沿轴35A、 61a到达，并短暂地在 十二个(N+l)不同的位置或站停留。在图7中，显示板35^_的两个移动 的位置表示在这十二个位置中的"相对端"的极端位置。正如不久将解释 的，在这些站的每一个中，每个瓦片中的每个TR元件相继地同时以发射 和接收模式操作并启动，以将微波能引导(即，传输)到区24中，并可 接受地从反射能获得来自与区24中的人相关联的特殊选定区域的微波反 射数据，TR元件的"注意力，，(特有的辐射)指向此人。电动机结构61的"分步，，操作在适当编程的计算机结构的控制下执行， 该结构在这里也称为位置控制或计算机结构63 (见图11),其适当地操作 性地连接到电动机结构61和前述第一和第二电路。在图11中由括弧65 表示的这些操作性连接在结构中可特别地为常规的。计算机结构63可"在 板上，，且严格地专用于每个瓦片中的电动机结构61,或它可更普遍地用于 系统20中所有瓦片中的电动机结构的控制。计算机63在这里被认为以较 早时候提到的第一电路的功能来激活选定配置中的电动机结构61。现在将注意力更特别地集中到图12A和12B，图12A不完整地示出指 向区24中人的微波辐射的略多于一个的完整的接收驻波(波长-入，在空 间中的长度等于约2英寸)。该波具有在图12A中标出的最大峰值幅度以 及也在图12A中标出的最大谷值幅度(波中的最低峰值幅度点)。在图12A 中适.当示出并标注的该波的长度表示该波的典型的一半波长(入/2 )部分。 当然应注意到，所示驻波的此入/2部分必须包括该波的最大峰值幅度部分 (值)以及该波的最小(或最大波谷)幅度部分(值)。结果是，在与给定TR元件相关联的这样的驻(反射)波中最大和最小 振幅值之间的差值(图12A中标出)可提供产生该反射波的特定区域的性 质或特性的正确指示。此识别和利用它的本发明的结构是本发明涉及的技 术的主要特征和对该技术的贡献。当有来自区24的反射时，因为每个TR元件当它净tJ陚予能量以在扫描 阶段期间辐射时将产生这样的反射驻波，为捕获此非常有关和重要的特征 信息的所有必须的是，按照上述十一个步幅将该TR元件的位置移动一段 不小于及优选地稍微大于入/2的距离，并记录所检测、接收的幅度值，以 便将其放置成计算所述峰值/谷值的差值。本质上也是不完整的图12B在D处示出此距离，在那里注明该距离具 有约为1.001英寸的尺寸。图12A还显示如此标出的60 Hz波的不完整的 部分。如现在将要解释的，直接从提供到系统20的常规60Hz直流电能产 生的此波在这里被特别用于"调节(key)"并同步每个电动机结构61的分 步行为、以及在两个扫描阶段的每个期间在TR元件的十二个分步位置的 每个处的这些元件的发射/接收"激发"，所述扫描阶段与扫描区24中特定 的人的扫描相关联。这样的"调节，，避免了系统20的扫描/检测操作中多 余的数据返回假象的产生。在图12B中，特别标出位置l、位置2和位置 12。特别地，每隔其它或另 一个完整的60 Hz波而产生分步运动，且图12B 中提供的标记清楚地示出此行为。因此，基本上每隔33ms发生一次分步 的相对运动行为，以在整个完整的这里约为1.001英寸的运动实现范围中 将相关的TR元件最终从一个"极端"位置(位置1)移动到另一个"极 端"位置(位置2)。正如已经提到的，如果在与扫描区24中特定的人相关联的第一扫描阶 段的起始处，特定瓦片中的TR元件驻留在离此人的最大距离处，那么在 第一扫描阶^:期间，那些元件以十一个0.091英寸的步幅朝着此人前进(不
定向的相对运动)，同时适当的驻波返回幅度数据被收集。图12B示出在d 处的这样一个单个的步幅。在第二完整的扫描阶段的起始处，这些相同的 TR元件以十一个步幅远离区24中的人而移动。现在继续描述关于系统20的剩余部分， 一般而言，特别与板35c相关 联的由图11中块62表示的电路包括5.5千兆赫兹信号能量的源以及适当 的多路电路。由板35^携带并与其相关联的由图11中块64表示的电路包 括高速转换电路，其用于将可发射的信号一次一个地分配到TR元件。对 于每个TR元件的每个同时的发射/接收操作，由块64表示的电路还将信 号发送到由图11中块66表示的单个参考负载。优选地通过公知的针型二 极管的使用来完成高速转换，且在周围环境条件例如温度随着时间的过去 而改变的情况下，参考负载显著地有助于TR元件操作的稳定性。图11中 块68表示被用在每个板35^_中的电路，其直接将发射和接收信号信息耦合 到单独的TR元件及将发射和接收信号信息从单独的TR元件耦合。这里 使用的电路的细节没有形成本发明的一部分，因此既没有详细描述也没有 详细显示。这样的电路可用很多相关领域中一般技术人员公知的很多不同 的方法构造。为了关于有用的电路方法的建议，这里也可对所述各个现有 技术背景文件进行参考。正如在图4、图5和图10中以及也在图6中可特别看清楚的，且如早 些时候提到的，包括在每个瓦片35中的是十六个TR元件的行和列的阵列， 所述TR元件沿水平和垂直的行和列的线被组织，这些线相对于彼此垂直， 例如在图4、图5、图6和图10中所看到的。在图4和图10中可特别看 清楚的是以下事实，由于每个瓦片35构造的方式，当两个瓦片处于适当 的边缘与边缘的邻接关系时，由于该瓦片的相关角本质上彼此相接，在每 个瓦片中向TR元件提供的行和列样式实际上以相邻瓦片中TR元件的行 和列的排列变成操作连续体。在允许人们相对于彼此处于良好的操作性邻 接装配多个瓦片、且以利用分布图案的两个瓦片之间接合点两端有完整的 连续体的方式时，这种模型考虑是有用的，在每个瓦片中该分布样式被提 供给TR元件。每个元件60包括含有特别成型的部分70§_的主体部分70, 7Q^是通过
以电路板35i的平面部分完整地模制而形成的。同样包括在每个TR元件 冲的是前面的封闭塞70h、圆形电驱动元件72、接受的接受传导元件70^ 和向前延伸的管状寄生组件70^，寄生组件70尘从电路板35^_的前表面向 外延伸。在上面参考的美国专利No.4， 878, 059和4, 949, 094中充分描 述了 TR元件60的特殊结构。
现在看图9，以它可被解释为显示单个独立的TR元件的观点，显示 驱动地连接到该元件的是线性加速器电动机结构，其具有与早些时候描述 的电动机结构所使用的相同的参考符号。上面刚刚紧接着提到的该驱动连 接由虚双点线61i简要示出。
虽然如果希望，这样的单个元件结构可使用在某些应用中，在使用多 个TR元件的场合(如在大多数情况中)，以板35§_的平面部分、优选地由 聚苯乙烯材料模制而成的每个TR元件的主体部分的完整形成提供了重要 的优点，该优点是可用精确组织的行和列的方式正确形成TR元件。
以相关技术领域中一般技术人员完全理解的方式，在TR元件的每一 行和列中，这些元件的组件被组织成使得紧接的相邻的TR元件被交替地 水平和垂直极化。出现在图4中通常显示的四个瓦片中三个的正表面上的 垂直关系的短黑色直线清楚地表示出该极化方案。
在使用这里的TR元件的扫描和拍摄期间，按十六个阿拉伯数字的顺 序出现了单独的操作赋能样式，这些数字出现在电路板35^的正表面上， 如图IO所示。在系统20的操作中，当每个瓦片中的TR元件按图IO所示 的顺序被激活(activate)时，使其TR元件如此激活的下一瓦片是下一个在 下方相邻的瓦片，如果有这样的瓦片。当瓦片的一列36中所有瓦片中的 所有TR元件都被激活时，然后以36下一相邻列中最上面的瓦片开始激活。
如图5中虚双点(dash-double-spot)不完整方框72所示，关于对这里结 构的描述的最后一个注意是合适的覆盖结构，其覆盖和隐藏了 TR元件组 件704的存在。此覆盖物对根据本发明构造的瓦片结构没有其它作用。
在类似于系统20的系统中，存在对扫描和拍摄目的有用的这样公开的 独特;微波TR元件瓦片结构。每个瓦片结构采取很紧凑排列的形式，且适
于在多个瓦片的阵列中容易装配，例如存在于系统20中列36的组织中的 阵列。图11所示的括弧73表示瓦片35中适当电路的连接，其在图11中 用前述计算机44示出。在每个扫描阶段期间，反射数据被收集并与包含在库46中的预先建立 的电介质特征比较，其中每人有两个扫描阶段，且十二个不同的分步相对 运动达到的邻近空间位置的每一个都#1每个瓦片中的TR元件占据。这种 在被扫描的人的普通预期生理性特征中寻找扫描检测的异常的比较对检 测任何非生理性异常起"警告，，的作用。且重要地是，对于这样检测的异 常，检查相关的相对运动峰值/谷值幅度差异以提供产生异常的物质和/或 物品的本质特征。较大的幅度差异一般表示例如金属，而较小的振幅差异 表示例如各种塑料，如用于隐藏爆炸性设备的塑料掩蔽介质。本领域一般技术人员应认识到，给定这里介绍的本发明的描述，预校 准系统如系统20以便有效地利用此相对运动幅度数据是相对简单的事情。因此，本发明提议的是人员扫描系统和有关的方法，其独特地利用距 离相对运动以评估^皮人携带的非法物品或物质的特性，而同时独特地检测 这样的物品或物质存在的简单事实。根据一种观点，本发明的实践可^皮描述为一种方法，其可用于4见定的 扫描阶段，以扫描人体来检测非法的非生理性物品/物质可能的存在和特 征，该方法包括步骤(a)朝着此人的选定区域发射和引导确定波长入的 微波辐射，(b)以这样的发射和引导为基础，从此人的选定区域接收这样 的从所述区域反射的微波辐射，(c)在扫描阶段中这样的发射、引导和接 收期间，检测反射中这样反射的辐射的波峰和波谷幅度值之间的差值，以 及(d)解释该差值以至少提供出现在产生所接收的反射的所述人-区域的 物品/材料的特征的指示。因此，虽然本发明在这里描述和显示了实践的方法和优选实施例，相 关领域中的一般技术人员当然会想出变更和修改，这意味着这里的权利要 求将包括所有这样的变更和修改。
权利要求
1.人员扫描装置，其用于检测和帮助识别由人携带的一些种类的非生理性物品/材料，所述装置包括界定的人员扫描区，微波发射/接收(TR)元件，其具有一个发射/接收操作轴，所述微波发射/接收元件被支持于靠近所述区处且其轴指进所述区中，以及用于沿其所述轴相对于所述区的选择性往复运动，第一电路，其可操作地连接到所述TR元件，用于同时以发射和接收操作模式实现扫描阶段中所述元件的操作，因此所述元件将微波能发射到所述区中并能够接收从所述区反射的任何这样的能量，和选择性可逆电动机结构，其以可操作和驱动的方式被放入所述区和所述TR元件，可在扫描阶段期间选择性地和可逆地被激活以沿着所述元件的轴在两个选定的通常为线性的相反的方向中的一个上移动所述元件，以便朝着或远离所述区选择性地移动所述元件。
2. —种人员扫描装置，其用于检测和帮助识别由人携带的一些种类 的非生理性物品/材料，所述装置包括界定的人员扫描区，微波发射/接收(TR)元件，其具有一个发射/接收操作轴，所述微波 发射/接收元件被支持于靠近所述区处且其轴指进所述区中，以及用于沿 其所述轴相对于所述区的选择性往复运动，第一电路，其可操作地连接到所述TR元件，用于同时以发射和接收 操作模式实现扫描阶段中所述元件的操作，因此所述元件将微波能发射到 所述区中并能够接收从所述区反射的任何这样的能量，选择性可逆电动机结构，其以可才喿作和驱动的方式被^L7v所述区和所 述TR元件，可选择性地和可逆地被激活以沿着所述元件的轴在选定的通 二常为线性的相反的方向上移动所.迷元件，以便朝着或远离所述区选择性地 移动所述元件，位置控制结构，其可操作性地连接到所述第一电路和所述电动机结构， 在扫描阶段中所述元件的操作期间，其可操作来以所述第一电路的功能激 活选定配置中的所述电动机结构，以便只在所述相反的通常为线性的朝着 和远离的方向中的一个上移动所述元件并导致所述元件的运动，和第二电路，其可操作地连接到所述TR元件以响应被所述元件接收的反 射的能量，且可操作以利用这样的检测的反射的能量作为检测和识别在所 述一些种类的这样的材料中的任何一种中的人携带的非生理性物品/材料 的信息。
3. 如权利要求2所述的装置，其中所述TR元件以一方式相对于所述 扫描区而布置，以用于相对于所述区的周期性可逆旋转运动，所述方式侦: 所述元件的轴相对于所述区在垂直相关的两个方向之间前后转换并指向 所述区。
4. 如权利要求2所述的装置，其中所述第一电路以确定的微波波长入 实现所述TR元件的操作，且所述位置控制和电动机结构设计成在扫描阶 段期间产生相对于所述区的贯穿一賴J 巨离的所述元件的运动，所述距离为 入的确定百分比。
5. 如权利要求4所述的装置，其中所述确定百分比不小于入/2。
6. 如权利要求5所述的装置，其中每个扫描阶段分成多个的N个确定 的步骤，所述位置控制和电动机结构以N个确定的步幅产生所述TR元件 的运动，且每个步幅对应于一个扫描阶段步骤，并导致沿一段至少等于入 /2N的距离的元件运动。
7. 如权利要求6所述的装置，其中在整个扫描操作期间，所述TR元 件相对于所述扫描区沿其才喿作轴相继占据N+l个不同的位置。
8. 如权利要求2所述的装置，其中在整个扫描操作期间，所述第一电 路以具有确定波长入的确定操作频率来操作所述TR元件，且所述位置控 制和电动机结构有效地产生相对于所述区的一个方向上的沿一段大于入/2的距离的所述元件的运动。
9. 如权利要求8所述的装置，其中每个扫描阶段分成多个的N个确定 的步骤，所述位置控制和电动机结构以N个确定的步幅产生所述TR元件 的运动，且每个步幅对应于一个扫描阶段步骤，并导致沿一段大于入/2N 的距离的元件运动。
10. 如权利要求8所述的装置，其中在整个扫描操作期间，所述TR 元件相对于所述扫描区沿其才喿作轴相继占据N+1个不同的位置。
11. 集成微波发射/接收瓦片结构，包括第一通常为平面的电路板层状结构，其包括以确定的行和列样式排列 的、多个集成地形成的微波发射/接收(TR)元件的阵列，每个所述TR元 件拥有通常垂直于所述第一层状结构的平面而延伸的相关的TR轴，第二通常为平面的电路板层状结构，其包括可操作地连接到所述TR 元件的TR元件功能操作电路，以及其可用于促进所述TR元件同时在发射 和接收操作模式中的的操作，选择性可逆电动机结构，其以可操作和驱动的方式被;^^所述第 一和 第二层状结构，可被可逆地激活来通常以基本上平行于所述TR元件的所 述轴的线性方式相对于所述第二层状结构移动所述第一层状结构，和位置控制结构，其可操作地连接到所述操作电路和所述电动机结构， 可操作来以所述操作电路的功能激活选定配置中的所述电动机结构。
12. 如权利要求11所述的瓦片结构，其中所述第一和第二电路板层状 结构共同采取多个电路板部分的组合堆的形式。
13. 如权利要求11所述的瓦片结构，其中所述第一电路板层状结构包 括电路板，且所述电路板部分与所述多个TR元件的部分由共同的材料整 体地模制。
14. 一种微波方法，其可用于确定的扫描阶段中来扫描人以检测非法 的非生理性物品/材料的可能的存在和特征，所述方法包括朝着所述人的选定区域发射和引导确定波长入的微波辐射，.以所述发射和引导为基础，从与相同的所述人有关的所述选定区域接 收这样的从所述人的那个区域反射的(反射)樣b皮辐射，在扫描阶段中所述发射、引导和接收期间，检测所述反射中这样的反 射的辐射的峰值和谷值幅度值之间的差值，以及解释所述差值以至少提供出现在产生所述接收的反射的所述区域的所 述物品/材料的所述特征的指示。
15. 如权利要求14所述的方法，其中由发射/接收(TR)元件执行所 述发射、引导和接收，以及在扫描阶段期间，与相对于其后将被扫描的人 而单向地移动所述元件一段至少为入/2的距离相协作来执^f亍所述^r测。
16. —种人员扫描装置，其用于检测和帮助识别由人携带的一些种类 的非生理性物品/材料，所述装置包括瓦片，其包括瓦片轴和沿所述轴分布的间隔开的多个电路板的堆，发射/接收(TR )扫描元件的阵列，其包括于所述堆中的一个所述电路 板,和支持结构，其支持所述一个电路板以用于相对于所述堆中的其它电路 ;f反沿所述轴的选择性可逆运动。
全文摘要
用于为了检测和识别某些类型的材料/物品而扫描人员的装置和方法。本发明利用堆叠电路板的瓦片(tile)装置(35)，包括一个装有发射/接收扫描微波元件的阵列的电路板(35a、35b、35c)，所述元件在扫描操作期间相继朝着和远离被扫描的人移动。如果在这些元件之一和被本发明扫描的人的区域之间存在驻波反射，此运动以能够检测驻波反射的峰值、谷值(高和低)的方式来进行。可以使用这些峰值和谷值，根据它们之间的幅度差值来实现“发现材料/物品”的识别。
文档编号G01J5/02GK101128854SQ200580048699
公开日2008年2月20日 申请日期2005年8月31日 优先权日2005年2月26日
发明者尤科·塔克斯 申请人:Emit科技有限责任公司