专利名称：借助电磁波对检查对象进行成像的方法和装置，尤其是用于对人员进行检查以发现可疑物品的制作方法
借助电磁波对检查对象进行成像的方法和装置， 尤其是用于对人员进行检查以发现可疑物品
本发明涉及一种借助电磁波对检查对象进行成像的方法，尤其是 对人员进行检查以发现可疑物品，其中用电磁波照射检查对象，所散
射的波被接收，并根据合成孔径原理(SAR)被分析，以用于检查对 象的图像显示。
为了对人员或行李(在下文称为"检查对象，，)进行检查，以发现 藏匿起来的危险品(武器、爆炸物)，已知有多种方法，其中用毫米 波对检查对象(人员、行李)进行扫描，以检测出可疑物品。US5859609 描述了一种这样的方法，其中待检测的人员站在一个平台上，同时由 一个垂直天线阵列沿着该人员的身体范围用毫米波对其进行连续照 射。为此，所述天线阵列围绕着该人员，并对其进行全面的扫描。由 从目标反射的波在多个预定的空间位置生成电信号， 一个计算机由所 述电信号生成该目标的全息新结构。类似方法也在US-A54555卯和 EP-A0925517中进行了描述。
德国专利申请102005016106描述了一种这种类型的方法，其中 用毫米波沿着检查对象的周边连续地对其进行照射，所散射的波被接 收并被分析，以用于检查对象的图像显示，其中为了分析检查对象的 纵轴方向上的散射射线采用了脉冲雷达或FMCW原理，而为了垂直 于纵轴的分析采用了 SAR原理。
然而这些已知的系统具有一 系列缺点。通过向着天线区域的相位 延迟偏移而产生辐射偏转的装置是非常昂贵的。此外，这些系统由于 天线区域的几何尺寸而被限制在特定的频率范围上。而且，对人员进 行检查以发现可疑物品的解析度和可实现的深度信息是不能令人满 意的。因此，本发明的任务在于提供一种借助电磁波对检查对象进行成 像的方法，其能够实现高解析度，并能简单和廉价地实现。
根据本发明，该任务这样来解决通过以下方式产生一个合成孔 径，即从天线发射出的波首先在空间上集合成束，其中如此控制较高 波束的位置，使得它用作移动的虚拟天线以进行SAR分析。
本发明可以采用二维SAR方法，其不仅在X方向上而且在Y方 向上都能实现高解析度。通过利用可移动的虚拟天线可以实现SAR 方法，而不需要复杂的天线导向控制。
下面借助不同的实施例更详细地阐述本发明。这里分别描述了发 送情况。由于射线路径是可逆的，该系统在接收情况下也相应地工作。 电磁射线的源和宿位于天线1的前面或后面。发射信号和接收信号通 过适当的组件被分开，例如通过耦合器、通过循环器和/或通过极化栅 的排列使天线1与一个发送和接收装置相连接。
同样，代替单个的天线l，也可以采用两个在空间上紧挨着放置 的天线或天线系统，它们分别具有发送和接收功能。这样，天线l由 至少一个发射天线和至少一个在空间上分开的接收天线构成。
图1示出了一种实施方式的侧视图，其中天线发射毫米波，所 述波在一个旋转的组件上被反射并被聚焦，
图2示出了图l所示实施方式的正视图，
图3示出了一种实施方式，其中可转动的天线发射毫米波，所 述波在一个准光学元件上被集合成束，
图4示出了另一种实施方式，其中可转动的天线将毫米波在一 个反射元件上集合成束，
图5示出了另一种实施方式，其中由可转动的天线发射出的毫 米波一个接一个地在不同的天线元件上集合成束，
图6示出了一种实施方式，其中由天线发射出的毫米波在一个 条带上聚焦，所述条带被一个尼泼科夫圆盘(Nipkow-Scheibe )所遮盖，所述尼泼科夫圆盘在不同的位置处被发散的射线一个接一个地穿 过。
图中所示的系统分别是一个用于在机场对飞机乘客进行安检的 检查装置的一部分。利用所述检查装置在飞机乘客通过安检时对其进 行检查，以发现诸如武器或爆炸物的可疑物品。为照射检查对象所使
用的电磁波的频率在1GHz至10THz之间。最好使用频率在30GHz 至300GHz之间的毫米波。可以用发射天线自身或者用分开的接收天 线来接收所反射的波。
所述检查装置最好包括一个平台，在进行检查时检查对象、例如 飞机乘客位于这个平台上。根据一种实施方式，发送和接收系统围绕 静止不动的检查对象旋转，从而沿着检查对象的周边连续地用毫米波 对其进行照射。作为替代，也可以使平台上的检查对象本身在位置固 定设置的发送和接收系统前面旋转。
此外，该检查装置包括具有相应计算能力的分析系统，其根据 SAR原理对所接收到的、由检查对象所散射的波进行分析，从而得到 检查对象的图像显示。所完成的图像在相应的显示设备上向操作人员 显示。
在图l和图2所示的实施方式中包括了一个发射毫米波2的天线 1。毫米波2到达一个可转动的组件3，所述毫米波由这个可转动的组 件所反射，同时被集合成束。这个元件3最好是一个可旋转的反射镜， 它使射线2偏转到朝向锥形反射器4的方向上并在这个反射器上集合 成束，使得最高射束的位置5位于所述反射器4上，并在这个反射器 上沿着一个圆移动。反射器4被如此成形，使得通过与旋转的组件3 的共同作用，对要成像的表面6进行圆形的扫描，如图2所示。
最高射束的位置5、即在反射器4上的反射点具有很小的扩展范 围，使得其可以被视作虚拟天线，它在远场内生成了具有大张角的射 束7。这个大张角是对于借助SAR算法实现良好解析度所必需的。所 生成的射束7对要检测的检查对象进行圆形扫描。在图1和图2中，射束7的第二个位置在其圆形路径上用虚线绘出。
发送和接收系统还附带地水平(在图1中从图面向外)或垂直(在 图1中向上和向下)移动，使得检查对象在整体上被二维扫描。如果 整个发送和接收系统共同围绕检查对象运动，则也可以实现不同视角 的扫描。
在图3所示实施方式中，由可通过机械或电子方式旋转的天线1 发射出毫米波，所述波通过一个与天线1相连接的聚焦元件2在一个 准光学元件3上集合成束。可以用集成在天线1中的透镜作为聚焦元 件3，这种组合配置被称为"透镜天线"。可以使用透镜、反射镜或其 他元件作为准光学元件3，它的作用是将所出现的毫米波射线4偏转 成一个发散的射束6，当天线l旋转移动时该射束平行地移入和移出。 最高射束的位置5用作SAR分析的移动虚拟天线，它在准光学元件3 内移动。利用所述平行移入和移出的发散射束6,检查对象可以被线 性地扫描。而且，在这种实施方式中，整个发送和接收系统还共同地 水平移动(在图3中从图面向外)，使得检查对象在整体上被二维扫 描。当整个发送和接收系统共同围绕检查对象运动时，则也可以实现 不同视角的扫描。
图4中示出了另一种实施方式。如根据图3的实施方式一样，可 旋转的天线1发射出毫米波，所述波通过一个与天线1相连接的聚焦 元件2在一个准光学元件3上集合成束。在这个实施方式中，准光学 元件3被如此设计，使得所出现的毫米波射线4被偏转成一个发散的 射束6。当天线1围绕用虛线绘出的位置旋转时，发散的射束6被平 行移位到同样用虚线绘出的位置处。最高射束的位置5可被视作用于 发散射束6的移动虚拟天线，它在该实施方式中在反射性准光学元件 3的表面上移动。
而且，在这个实施方式中，整个发送和接收系统还共同地水平移 动(在图4中从图面向外)，使得检查对象在整体上被二维扫描。如 果发送和接收系统围绕检查对象运动，则这里也可以实现不同视角的 扫描。本发明的另一种实施方式在图5中示出。该实施方式也包括可通 过机械或电子方式旋转的天线1,它发射出毫米波，所述波通过一个 与天线1相连接的聚焦元件2集合成束，形成一个会聚的射束3。在 具有聚焦元件2的天线1下方，多个元件4一个挨一个地排列，它们 分别由接收天线4.1、发射天线4.2、以及将接收天线4.1和发射天线 4.2连接起来的导线4.3构成。元件4被如此设置，使得会聚的射束3 分别入射到接收天线4.1上。在其输出侧，发射天线4.2分别发出发 散的射束6。其中元件4的数目及其排列如此选择，使得一定的空间 范围被覆盖。当天线l旋转时，会聚的射束3—个接一个地入射到不 同的元件4上，并生成这样一个挨一个的平行射束6，由所述平行射 束对检查对象进行扫描。这个实施方式的优点是，使得元件4的发射 天线4.2可以与其接收天线4.1无关地排列，因为连接导线4.3也能够 弯曲地走向。这提供了更进一步的可能性，即通过发射天线4.2的特 定排列可以选择待扫描的空间范围。在这个实施方式中，元件4的发 射天线4.2的输出分别构成了用于发散射束6的虚拟天线5。
而且，在根据图5的实施方式中，包括元件4在内的整个系统水 平移动(在图5中从图面向外)。从而使得检查对象被二维扫描。另 外，在这个实施方式中，通过整个系统围绕检查对象的移动，可以实 现从不同视角对其进行扫描。
代替前面所描述的通过相应准光学元件生成平行的发散射束的 方案，所述装置也可以按照点光(spotlight) SAR的方式来工作。在 这种方法中，天线紧跟着被如此转动，使得检查对象被更长久地照射。 通过准光学元件连续地生成倾角不断改变的射束。这种方法的优点是 增大了虚拟天线孔径。
在根据图6的另一种实施方式中，在未示出的天线后面有一个所 谓的尼泼科夫圆盘1。这个圆盘l可旋转地安置，并包含多个孔2， 这些孔排列在直径不同的同心圆上。从天线发射出的毫米波聚焦在一 个条带3上，所述圆盘l在这个条带前面转动。由于每当一个孔2经 过所述条带3时毫米波穿过这个孔2发散地射出，位于条带3内的这个相应的孔2可以视作用于这个发散射线的虚拟天线。虛拟天线沿着 条带3游移，因为不同半径上的孔2—个接一个地经过条带3。由于 圆盘l的旋转运动，形成了一个移动的射束，它线性地扫描待检测的 检查对象。通过整个系统的附加移动，如根据图1至5的实施方式中 所描述的，检查对象可以被二维地、并且从不同方向扫描。
权利要求
1.一种借助电磁波对检查对象进行成像的方法，尤其是用于对人员进行检查以发现可疑物品，其中用电磁波照射检查对象，所散射的波被接收，并根据合成孔径原理(SAR)被分析，以用于检查对象的图像显示，其特征在于，通过以下方式产生一个合成孔径，即从天线(1)发射出的波首先在空间上集合成束，其中如此控制较高波束的位置(5)，使得它用作移动的虚拟天线以进行SAR分析。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，使用频率在lGHz 至10THz之间、最好是在30GHz至300GHz之间的毫米波。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过天线(1) 的转动，由准光学元件(3)生成相互平行的、发散的射束(6)。
4. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通过天线(1) 的转动，由准光学元件(3 )生成具有不同倾角的相互发散的射束(6 )， 使得按照光点SAR的方式使所述射束与空间内相同的点保持对准。
5. —种用于实现如权利要求1至4中任一项所述方法的装置， 其具有下述特征- 天线(1)，其发射出电磁波，尤其是毫米波，- 用于使所发射出的波在空间上集合成束的装置，以及-用于控制较高射束的位置(5)处的波、使得该位置(5)用 作SAR分析的移动虚拟天线的装置。
6. 根据权利要求5所述的装置，其特征在于，- 天线(1)，其发射并接收电磁波，尤其是毫米波，以及- 用于使发射和接收的波在空间上集合成束的装置。
7. 根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，具有一个可 旋转的组件(3)，波由这个组件所反射并在一个反射器(4)上集合 成束，其中所述反射器(4)给出移动的发散射束。
8. 根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，具有可旋转 的天线(1)和位于天线后面的聚焦元件(2)，通过所述聚焦元件使波在一个准光学元件(3)上集合成束，其中所述准光学元件(3)给 出发散的射束(6)，该射束在天线(1)旋转运动时平行地移位。
9. 根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，借助一个尼 泼科夫圆盘(1)产生虚拟源(5),所述圆盘遮盖一个条带(3)， 由天线发射出的波在这个条带上聚焦。
10. 根据权利要求4至9中任一项所述的装置，其特征在于， 天线(1)通过一个适当的组件，尤其是通过耦合器、通过循环器和/ 或通过极化栅的排列与 一个发送和接收装置相连接。
11. 根据权利要求4至10中任一项所述的装置，其特征在于， 天线(1)由至少一个发射天线和至少一个在空间上分开的接收天线 构成。
全文摘要
一种借助电磁波对检查对象进行成像的方法，尤其是用于对人员进行检查以发现可疑物品，其中用电磁波照射检查对象，所散射的波被接收，并根据合成孔径原理(SAR)被分析，以用于检查对象的图像显示。通过以下方式产生一个合成孔径，即从天线(1)发射出的波首先在空间上集合成束，其中较高波束的位置(5)在反射器(4)上沿着一个圆移动。
文档编号G01S13/90GK101288000SQ200680032797
公开日2008年10月15日 申请日期2006年8月10日 优先权日2005年9月7日
发明者M·杰克 申请人:史密斯海曼有限公司