干涉测量扫描系统和方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于利用电磁波对对象（1）进行扫描的干涉测量扫描系统（1000），该对象（1）具有长轴（A），该长轴（A）定义具有第一、第二、第三以及第四象限（I，II，III，IV）的坐标系的一个轴。该系统包括第一天线组件（301），第一天线组件（301）包括第一天线块（201）和第二天线块（202），第一天线块（201）包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括用于发射电磁波作为传输信号（103）的至少一个发射器元件（101），第一天线块（201）布置在第一象限（I）内；并且第二天线块（202）包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括用于接收来自对象（1）的所发射的电磁波的反射作为接收信号（105）的接收器元件（102），第二天线块（202）布置在邻接第一象限（I）的第二象限（II）内。该系统（1000）进一步包括第二天线组件（302），第二天线组件（302）包括第三天线块（203）和第四天线块（204），第三天线块（203）包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括用于发射电磁波作为传输信号（103）的至少一个发射器元件（101），第三天线块（203）布置在第三象限（III）内；并且第四天线块（204）包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括用于接收来自对象（1）的所发射的电磁波的反射作为接收信号（105）的接收器元件（102），第四天线块（204）布置在邻接第三象限（III）的第四象限（IV）内。该系统（1000）进一步包括用于使用干涉测量方法对从接收信号（105）下变换的基带信号（105a，105b）进行处理的至少一个信号处理单元（100），干涉测量方法包括对特定接收器元件（102）之间的至少一个相差进行确定。
【专利说明】干涉测量扫描系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于利用电磁波对对象进行扫描的干涉测量扫描系统和方法，具体地，在IGHz到IOTHz的范围内，优选地，在30GHz到300GHz之间(例如，毫米波或者子毫米波)。具体地，该系统和方法能够额外地提供对象图像(例如，3D图像)。本发明进一步涉及一种计算机程序和一种用于实施该方法的计算机可读的非易失性介质。
【背景技术】
[0002]例如，根据本发明的扫描系统可以是入口安全扫描仪。该入口安全扫描仪广泛应用于在公共场所，例如，机场，以检测诸如人等对象是否隐藏有任何可疑物品。具体地，现在，由于安全威胁的量的增加，该入口扫描仪在诸如机场等公共场所的应用已成为必要。例如，通过使用频率调制连续波(FMCW)技术对深度(depth)进行解析或者通过采用反射器天线阵将电磁波聚焦在空间内不同的点上，该入口安全扫描仪能够生成对象(人)的图像。这两种技术在提取对象(3D)图像时均受限制。
[0003]例如，对于FMCW技术，需要非常高的带宽来实现精密的深度分辨率。FMCW系统的标准深度准确度Λ R定义如下:
【权利要求】
1.一种用于利用电磁波对对象(I)进行扫描的干涉测量扫描系统(1000)，所述对象(O具有长轴(A)，所述长轴(A)定义具有第一、第二、第三以及第四象限(I，II，III，IV)的坐标系的一个轴，所述系统包括: 第一天线组件(301)，包括: 第一天线块(201)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括用于发射电磁波作为传输信号(103)的至少一个发射器元件(101 )，所述第一天线块(201)布置在所述第一象限(I)内;以及 第二天线块(202)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括用于接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)的接收器元件(102)，所述第二天线块(202)布置在邻接所述第一象限(I)的所述第二象限(II)内； 第二天线组件(302)，包括: 第三天线块(203)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括用于发射电磁波作为传输信号(103)的至少一个发射器元件(101 )，所述第三天线块(203)被布置在所述第三象限(III)内；以及 第四天线块(204)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括用于接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)的接收器元件(102)，所述第四天线块(204)布置在邻接所述第三象限(III)的所述第四象限(IV)内； 所述系统进一步包括用于使用干涉测量方法对从所述接收信号(105)下变换的基带信号(105a，105b)进行处理的至少一个信号处理单元(100)，所述干涉测量方法包括确定在特定接收器元件(102 )之间的至少一个相差(Δφι )。
2.根据权利要求1所述的系统，所述第三象限(III)与所述第一象限(I)对角线式相对。
3.根据权利要求1或者2所述的系统，其中，所述坐标系具有原点(O)、第一轴U)、以及第二轴(ζ )，其中，第三轴(y )在所述长轴(A)的方向上。
4.根据权利要求3所述的系统，其中，对于每个天线组件(301，302)，一个天线线路的所述至少一个发射器元件(101)和一个对应天线线路的所述接收器元件(102)布置在垂直于所述对象(I)的所述长轴(A)的同一发射器/接收器平面(P)内。
5.根据权利要求3或者4所述的系统，其中，每个天线线路均被布置成平行于所述第一轴(X)。
6.根据权利要求3至5中的任一项所述的系统，其中，每个发射器元件(101)和/或每个接收器元件(102)均以非法线角和/或非零角(Θ )布置在所述坐标系内。
7.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，对于每个天线组件(301，302)，一个天线线路的所述至少一个发射器元件(101)和一个对应天线线路的所述接收器元件(102)形成一个扫描线。
8.根据之前权利要求中任一项所述的系统，所述第一天线块(201)的每个天线线路和/或所述第三天线块(203)的每个天线线路均包括多个发射器元件(101)。
9.根据权利要求8所述的系统，其中，依次发射每个天线线路的所述发射器元件(101)的所述传输信号。
10.根据权利要求8所述的系统，其中，使用信号多路复用概念并行发射每个天线线路的所述发射器元件(101)的所述传输信号。
11.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述第二天线块(202)的每个天线线路和/或所述第四天线块(204)的每个天线线路包括至少三个接收器元件(102a，102b，102c)。
12.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述第一天线块(201)和/或所述第三天线块(203)的所述至少一个发射器元件(101)是用于发射电磁波作为传输信号并且用于接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射的发射器/接收器元件。
13.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，每个天线线路是固定天线线路。
14.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，每个天线组件(301，302)均包括位于所述长轴(A)的方向上的多个天线线路或者扫描线，从而形成二维阵列的传感器元件。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，每个天线线路或者扫描线均被布置在垂直于所述对象(I)的所述长轴的不同发射器/接收器平面(P)内。
16.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，每个天线线路(301，302)在所述长轴(A)的方向上可移动，从而通过移动所述天线组件(301，302)能形成多个扫描线。
17.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，进一步包括用于生成FMCW传输信号(103)或者脉冲传输信号(103)的信号生成器。
18.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述系统进一步包括用于基于所述传输信号(103)和所述接收信号(105)生成混合接收信号的混频接收器。
19.根据权利要求18所述的系统，其中，所述混频接收器是1-/Q-混频器。
20.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个相差包括第一相差(Atp1)和第二相差(Δφ2)。
21.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，进一步被配置成用于提供所述对象(O的图像。
22.根据权利要求21所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成使用所述至少一个相差(Acp1)提供所述对象(1)的所述图像。
23.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成为每个扫描线确定至少两个重要接收器元件，在该至少两个重要接收器元件处所述接收信号的主信号部分被接收。
24.根据权利要求23所述的系统，其中，扫描线中的接收器元件(102)的数目高于重要接收器元件的数目。
25.根据权利要求23或者24所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为对于其中重要接收器元件被确定的每个扫描线，确定每对所述重要接收器元件之间的相差。
26.根据权利要求23或者25中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为对于其中重要接收器元件被确定的每个扫描线，确定第一对重要接收器元件之间的第一相差(Acp1)和第二对重要接收器元件之间的第二相差(Δφ2 )。
27.根据权利要求23至26中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为使用波达方向(DOA)估计算法确定所述至少两个相差(Acp1 Δφ2)ο
28.根据权利要求23或者27中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为对于至少两个不同天线块内的扫描线，配准或者对准各对重要接收器元件的每个组合之间的所确定的相差。
29.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为确定在所述长轴(A)的方向(y)上的多个天线线路或者扫描线的像点，以用于提供所述对象的三维图像。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，使用合成孔径雷达概念或者使用波束形成概念确定所述长轴(A)的方向(y)上的多个天线线路或者扫描线的所述像点。
31.根据权利要求29或者30所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为在确定所述至少一个相差(Acp1)之前确定所述长轴(A)的方向(y)上的多个天线线路或者扫描线的所述像点。
32.根据权利要求29或者30所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成在确定所述至少一个相差(Aq)1)之后确定所述长轴(A)的方向(y)上的多个天线线路或者扫描线的所述像点。
33.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成使用插值算法根据所确定的相差估计丢失相差。
34.根据之前权利要求中任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成基于所确定的相差计算深度值(ζ )。
35.根据权利要求34所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置成确定所确定的相差是否大于2 π，并且如果所述相差被确定为大于2 π，则在计算深度值(ζ)之前执行相位展开算法。`
36.根据权利要求34或者35所述的系统，其中，对于每个扫描线，所确定相差和深度值(ζ)用于创建所述对象(I)的所述图像的像点。
37.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为执行图象增强算法，以增强所述图像。
38.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，所述至少一个信号处理器(100)被配置为将可疑对象或者物品自动定位在所述图像中。
39.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述电磁波在IGHz到IOTHz的范围内。
40.根据之前权利要求中的任一项所述的系统，其中，所述电磁波是毫米波。
41.一种用于对利用电磁波对对象(I)进行扫描并且用于提供所述对象(I)的图像的干涉测量扫描和成像系统(1000)，所述系统包括: 第一天线组件(301)，包括: 第一天线块(201)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括用于发射电磁波作为传输信号(103)的至少一个发射器元件(101);以及第二天线块(202)，包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括布置在扫描线内的至少三个接收器元件(102a，102b，102c)，以用于接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)，一个天线线路的所述至少一个发射器元件(101)和一个对应天线线路的所述接收器元件(102)形成一个扫描线；所述系统进一步包括至少一个信号处理单元(100)，所述至少一个信号处理单元(100)用于使用干涉测量方法对从所述接收信号(105)下变换的基带信号(105a，105b)进行处理，所述干涉测量方法包括为每个扫描线确定至少三个重要接收器元件，在该至少三个重要接收器元件中所述接收信号的主信号部分被接收；并且对于其中重要接收器元件被确定的每个扫描线，确定至少第一对重要接收器元件之间的第一相差(Acp1)和第二对重要接收器元件之间的第二相差(Δφ2)，其中，所述至少一个信号处理器(100)被配置成使用所述至少第一相差(Aq)1)和所述第二相差(Δφ2)提供所述对象(I)的图像。
42.一种用于利用电磁波对对象(I)进行扫描的干涉测量扫描方法，所述对象(I)具有长轴(Α)，所述长轴(A)定义具有第一、第二、第三以及第四象限(I，II，III，IV)的坐标系的一个轴，所述方法包括: 通过第一天线块(201)发射电磁波作为传输信号(103)，所述第一天线块(201)包括具有至少一个发射器元件(101)的至少一个天线线路，所述第一天线块(201)布置在所述第一象限(I)内；并且 通过第二天线块(202)接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)，所述第二天线块(202)包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括接收器元件(102)，所述第二天线块(202)布置在邻接所述第一象限(I)的所述第二象限(II)内；通过第三天线块(203)发射电磁波作为传输信号(103)，所述第三天线块(203)包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括至少一个发射器元件(101 )，所述第三天线块 (203)布置在所述第三象限(III)内；并且 通过第四天线块(204)接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)，所述第四天线块(204)包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路仅包括接收器元件(102)，所述第四天线块(204)布置在邻接所述第三象限(III)的所述第四象限(IV)内； 使用干涉测量方法对从所述接收信号(105)下变换的基带信号(105a，105b)进行处理，所述干涉测量方法包括确定特定接收器元件(102)之间的至少一个相差(Δφι)。
43.一种用于利用电磁波对对象(I)进行扫描并且用于提供所述对象(I)的图像的干涉测量扫描和成像方法，所述方法包括: 通过第一天线块(201)发射电磁波作为传输信号(103)，所述第一天线块(201)包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括至少一个发射器元件(101);并且 通过第二天线块(202)接收来自所述对象(I)的所发射的电磁波的反射作为接收信号(105)，所述第二天线块(202)包括至少一个天线线路，该至少一个天线线路包括至少三个接收器元件(102a，102b，102c)，一个天线线路的所述至少一个发射器元件(101)和一个对应天线线路的所述接收器元件(102)形成一个扫描线； 使用干涉测量方法对从所述接收信号(105)下变换的基带信号(105a，105b)进行处理，所述干涉测量方法包括:为每个扫描线确定至少三个重要接收器元件，在所述至少三个重要接收器元件中所述接收信号的主信号部分被接收；并且 对其中重要接收器元件被确定的重要接收器元件的每个扫描线，确定至少第一对重要接收器元件之间的第一相差(ΔΦι)和第二对重要接收器元件之间的第二相差(Δφ2 )； 使用所述至少第一相差(ΔΦι)和所述第二相差(Δφ2)提供所述对象(I)的图像。
44.一种包括用于当在计算机上执行时致使计算机执行如权利要求42或者43所请求保护的所述方法的所述步骤的程序代码构件的计算机程序。
45.一种具有储存在其上的指令的计算机可读非易失性介质，所述指令当在计算机上被执行时使所述计算机执行 如权利要求42或者43所请求保护的所述方法的所述步骤。
【文档编号】G01S13/89GK103782191SQ201280044195
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2012年9月7日 优先权日:2011年9月12日
【发明者】米歇尔·萨尔基斯, 米克尔·特斯塔, 理查德·斯蒂林-加尔拉切尔 申请人:索尼公司