一种基于频分复用技术的人体安检系统的制作方法

本发明属于人体安检系统领域，特别涉及一种基于频分复用技术的人体安检系统。

背景技术：

目前的人体安检技术主要有金属探测器、x射线人体安检仪、毫米波/太赫兹人体安检仪等几大种类。金属探测器采用金属线圈产生交变电磁场，当被检测区域内有金属物体存在时，电磁场受到金属物体的扰动，这种扰动被用于接收信号的金属线圈感应到，从而实现对金属物体的探测。x射线人体安检仪采用微剂量x射线照射人体，探测人体的背散射或透射x射线信号，根据信号强度的分布不同发现人体体表携带的隐匿物品。毫米波/太赫兹人体安检仪分为主动式和被动式两种，主动式采用微小功率的毫米波/太赫兹辐射照射人体并探测人体的散射回波，之后通过特定的成像算法重构检测区域图像，被动式直接利用人体自身的热辐射进行被动式成像，实现对人体体表携带隐匿物品的探测。

众所周知，成像系统的分辨率与其孔径大小成正比，孔径越大则分辨率越高。被动式安检成像采用光学的手段，其口径受到镜面尺寸的限制，往往小于0.5m这个量级，难以进一步提高。而主动式安检成像往往采用合成孔径雷达的手段，通过二维阵列或机械扫描合成出有效的大口径尺寸，可以较容易地实现大于1m的口径尺寸，再加上主动式成像有发射源并且进行相干探测，信噪比远远高于被动式成像，因此主动式毫米波/太赫兹安检成像在未来的高准确率人体安检领域具有不可替代的优势。

然而现有的主动式毫米波/太赫兹安检系统实时性较差，在对被测对象进行安检时检测时间长，并且主动式毫米波/太赫兹安检检测效果较差，导致安检系统的安检准确度较低。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供一种基于频分复用技术的人体安检系统。

一种基于频分复用技术的人体安检系统，所述安检系统包括发射源模块、开关选择模块、发射模块阵列、接收模块阵列和检查模块，

所述发射源模块，用于发射第一步进频连续波信号和第二步进频连续波信号；

所述开关选择模块，用于接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号；

所述发射模块阵列，用于接收分配的所述第一步进频连续波信号，并对所述第一步进频连续波信号进行第一信号处理，得到探测波，发送所述探测波至被测对象，产生回波信号；

所述接收模块阵列，用于接收所述回波信号和所述第二步进频连续波信号，对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行第二信号处理，得到中频信号；

所述检查模块，用于接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换、快速傅里叶运算、选择区分处理、数字iq解调、成像计算操作，得到人体三维复数图像，检测所述人体三维复数图像，反馈检测结果。

优选的，所述发射源模块包括频率模块阵列，

所述频率模块阵列包括多路频率源，每一所述频率源，用于产生所述第一步进频连续波信号和所述第二步进频连续波信号；

所述第一步进频连续波信号和所述第二步进频连续波信号具有固定频差。

优选的，所述开关选择模块包括多路开关模块，

每一所述开关模块，用于接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号。

优选的，所述发射模块阵列包括多路发射通道，

所述发射通道的数量与所述频率源的数量一致。

优选的，每一所述发射通道包括第一倍频链路、第一滤波器、第一放大器和发射天线，

所述第一倍频链路，用于接收分配的所述第一步进频连续波信号，对所述第一步进频连续波信号进行倍频处理，得到第一倍频信号；

所述第一滤波器，用于接收所述第一倍频信号，过滤所述第一倍频信号，得到第一过滤信号；

所述第一放大器，用于接收所述第一过滤信号，对所述第一过滤信号进行功放处理，得到所述探测波；

所述发射天线，用于接收所述探测波，并发送所述探测波至被测对象，产生所述回波信号，

所述第一倍频链路、所述第一滤波器和所述第一放大器共同作用完成对所述第一步进频连续波信号进行的第一信号处理。

优选的，所述接收模块阵列包括功分网络和多路接收通道，

所述功分网络，用于接收所述第二步进频连续波信号，并功分所述第二步进频连续波信号，产生多路所述第二步进频连续波信号；

每一所述接收通道，用于接收一路所述第二步进频连续波信号和所述回波信号，并对所述第二步进频连续波信号和所述回波信号进行预处理，得到所述中频信号，

所述功分网络和每一所述接收通道共同作用完成对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行的第二信号处理。

优选的，每一所述接收通道包括第二倍频链路、第二滤波器、接收天线、低噪声放大器、混频器、第三滤波器和中频放大器，

所述第二倍频链路，用于接收一路所述第二步进频连续波信号，对所述第二步进频连续波信号进行倍频处理，得到第二倍频信号；

所述第二滤波器，用于接收所述第二倍频信号，过滤所述第二倍频信号，得到第二滤波信号；

所述接收天线，用于接收并发送所述回波信号；

所述低噪声放大器，用于接收所述回波信号，并对所述回波信号进行低噪放大处理，得到第二放大信号；

所述混频器，用于接收所述第二放大信号和所述第二滤波信号，并对所述第二放大信号和所述第二滤波信号进行混频处理，得到混频信号；

所述第三滤波器，用于接收所述混频信号，过滤所述混频信号，得到第三滤波信号；

所述中频放大器，用于接收所述第三滤波信号，并对所述第三滤波信号进行中频放大处理，得到所述中频信号，

所述第二倍频链路、所述第二滤波器、所述低噪声放大器、所述混频器、所述第三滤波器和所述中频放大器共同作用完成对所述第二步进频连续波信号和所述回波信号进行的预处理。

优选的，所述发射源模块还包括时序控制模块，

所述时序控制模块，用于产生所述时序脉冲，并将所述时序脉冲发送至所述频率模块阵列、所述发射模块阵列和所述信号采集模块，实现时间同步。

优选的，所述检查模块包括信号采集模块、信号处理模块、智能检测模块和人机界面模块，

所述信号采集模块，用于接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换处理，产生数字信号；

所述信号处理模块，用于接收所述数字信号，并采用快速傅里叶运算处理所述数字信号，对快速傅里叶运算后的信号进行选择区分处理，获取不同收发通道在不同频点下对应的所述数字信号，同时可根据所述时序脉冲产生数字中频本振信号，实现对所述数字信号的数字iq解调，得到不同通道、频点下的数字iq信号，结合成像算法从而得到所述人体三维复数图像；

所述智能检测模块，用于检测所述人体三维复数图像，标示出所述人体三维复数图像中隐匿物品的位置和种类，输出所述检测结果；

所述人机界面模块，用于接收所述检测结果，显示所述检测结果。

一种基于频分复用技术的人体安检方法，所述安检方法包括：

发射第一步进频连续波信号和第二步进频连续波信号；

接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号；

接收分配的所述第一步进频连续波信号，并对所述第一步进频连续波信号进行第一信号处理，得到探测波，发送所述探测波至被测对象，产生回波信号；

接收所述回波信号和所述第二步进频连续波信号，对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行第二信号处理，得到中频信号；

接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换、快速傅里叶运算、选择区分处理、数字iq解调、成像计算操作，得到人体三维复数图像，检测所述人体三维复数图像，反馈检测结果。

本发明的发射模块阵列采用频分复用技术并多路发射，接收模块阵列多路接收回波信号，实现了探测波的多收多发，缩短了系统采样时间，提高了主动式人体安检系统的实时性，智能检测模块通过采用深度学习技术，提高了主动式人体安检系统的智能性和准确性。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了本发明安检系统原理图；

图2示出了本发明发射模块阵列原理图；

图3示出了本发明开关选择模块原理图；

图4示出了本发明开接收模块阵列原理图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的一种基于频分复用技术的人体安检系统适用于通过式安检场景下对正常步行通过人员的检测需求，当被检测对象到达指定待测区域，安检系统自动启动，其中发射模块阵列中各个发射通道工作在预先设定的起始频点。

如图1所示，安检系统启动后，发射源模块工作，发射所述第一步进频连续波信号、所述第二步进频连续波信号。

具体的，所述发射源模块包括时序控制模块，所述时序控制模块，用于产生所述时序脉冲，并将所述时序脉冲发送至所述频率模块阵列、所述发射模块阵列和所述信号采集模块，实现时间同步，时序控制模块采用fpga平台，产生一系列时序脉冲，精确控制各分系统的时钟和工作顺序。

具体的，所述发射源模块还包括频率模块阵列，所述频率模块阵列包括多路频率源，每一所述频率源产生不同频率的第一步进频连续波信号和相同频率的第二步进频连续波信号，其中，所述第一步进频连续波信号和所述第二步进频连续波信号具有固定频差，频率源将不同频率的第一步进频连续波信号发送给发射模块阵列，将相同频率的第二步进频连续波信号发送给接收模块阵列，从而提供发射模块阵列所需的发射信号和接收模块阵列所需的本振信号。

其中，每一所述频率源产生第一步进频连续波信号和第二步进频连续波信号，第一步进频连续波信号和第二步进频连续波信号起始时间和初相位由所述时序控制模块控制，不同频率源在同一时间发射的频点均不相同，不同频率源的工作频带可以重叠，也可以互相不同。

进一步地，所述开关选择模块，接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号。

具体的，如图3所示，所述开关选择模块包括多路开关模块，每一所述开关模块接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号，每一所述开关模块接收频率源产生的第一步进频连续波信号，每一开关选择模块根据系统预先设定的发射源控制，为不同发射通道分配单独唯一的频率源，在特殊情况下也可将同一个频率源信号分配给多个发射模块，但具有同一个频率源信号的多个发射模块不同时工作。

进一步地，所述发射模块阵列接收分配的所述第一步进频连续波信号，并对所述第一步进频连续波信号进行第一信号处理，得到探测波，发送所述探测波至被测对象，产生回波信号，其中，发射模块阵列可以为一个一维阵列，也可以为一个多维阵列。

具体的，所述发射模块阵列包括多路发射通道，每一所述发射通道，用于接收每一所述第一步进频连续波信号，并对每一所述步进频连续波信号进行第一信号处理，得到探测波，发送所述探测波至被测对象，产生回波信号，所述发射通道的数量与所述频率源的数量一致；

其中，每个发射模块均具有一个频率源输入，每个发射模块的频率源可以切换，但是同一时间不同发射模块的频率源并不相同，不同发射模块再将频率源信号经发射天线发射至被测对象。

具体的，如图2所示，每一所述发射通道包括第一倍频链路、第一滤波器、第一放大器和发射天线；所述第一倍频链路，用于接收分配的所述第一步进频连续波信号，对所述第一步进频连续波信号进行倍频处理，得到第一倍频信号；所述第一滤波器，用于接收所述第一倍频信号，过滤所述第一倍频信号，得到第一过滤信号；所述第一放大器，用于接收所述第一过滤信号，对所述第一过滤信号进行功放处理，得到所述探测波；所述发射天线，用于接收所述探测波，并发送所述探测波至被测对象，产生所述回波信号。

所述第一倍频链路、所述第一滤波器和所述第一放大器共同作用完成对所述第一步进频连续波信号进行的第一信号处理。

其中，所述发射通道可以采用射频互补型金属氧化物半导体芯片。

发射模块阵列采用频分复用技术，实现了多发射通道的同时工作，提高了主动式人体安检系统的实时性。

进一步地，所述接收模块阵列接收所述回波信号和所述第二步进频连续波信号，所述接收模块阵列具有相同的第二步进频连续波信号输入，对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行第二信号处理，得到中频信号；

其中，接收模块阵列可以为一个一维阵列，也可以为一个多维阵列。

具体的，所述接收模块阵列包括功分网络和多路接收通道，所述功分网络，用于接收所述第二步进频连续波信号，并功分所述第二步进频连续波信号，产生多路所述第二步进频连续波信号；每一所述接收通道，用于接收一路所述第二步进频连续波信号和所述回波信号，并对所述第二步进频连续波信号和所述回波信号进行预处理，得到所述中频信号。

所述功分网络和每一所述接收通道共同作用完成对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行的第二信号处理。

其中，如图4所示，每一所述接收通道包括第二倍频链路、第二滤波器、接收天线、低噪声放大器、混频器、第三滤波器和中频放大器，所述第二倍频链路，用于接收一路所述第二步进频连续波信号，对所述第二步进频连续波信号进行倍频处理，得到第二倍频信号，所述第二滤波器，用于接收所述第二倍频信号，过滤所述第二倍频信号，得到第二滤波信号，所述接收天线，用于接收并发送所述回波信号，所述低噪声放大器，用于接收所述回波信号，并对所述回波信号进行低噪放大处理，得到第二放大信号，所述混频器，用于接收所述第二放大信号和所述第二滤波信号，并对所述第二放大信号和所述第二滤波信号进行混频处理，得到混频信号，所述第三滤波器，用于接收所述混频信号，过滤所述混频信号，得到第三滤波信号，所述中频放大器，用于接收所述第三滤波信号，并对所述第三滤波信号进行中频放大处理，得到所述中频信号。

所述第二倍频链路、所述第二滤波器、所述低噪声放大器、所述混频器、所述第三滤波器和所述中频放大器共同作用完成对所述第二步进频连续波信号和所述回波信号进行的预处理。

其中，所述接收通道可以采用射频互补型金属氧化物半导体芯片。

其中，发射天线和接收天线一侧均设置有天线罩，所述天线罩为对系统工作频段透过率95％以上且具有足够结构强度和均匀性的材料所组成。

进一步地，所述检查模块接收所述中频信号，对中频信号进行模数转换、快速傅里叶运算、选择区分处理、数字iq解调、成像计算操作，得到人体三维复数图像，检测所述人体三维复数图像，反馈检测结果。

具体的，所述检查模块包括信号采集模块、信号处理模块、智能检测模块和人机界面模块。

所述信号采集模块接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换，得到数字信号，所述信号采集模块是一种模数转换器，可以同时采集所有接收通道的中频信号。

所述信号处理模块包括信号处理算法和信号处理硬件平台，所述信号处理算法包括快速傅里叶运算以及成像处理算法，在接收到所述数字信号后完成对数字信号的快速傅里叶运算、信号选择区分、数字iq解调、数字滤波、通道校正、图像重构等操作，得到人体的三维复数图像，从而实现对行进中的人员进行实时成像。

所述信号处理硬件平台是以dsp芯片为核心、带有ad芯片、运放芯片、mcu芯片等硬件所制成的信号处理板卡。

所述智能检测模块检测所述人体三维复数图像，标示出所述人体三维复数图像中隐匿物品的位置和种类，输出所述检测结果，所述智能检测模块采用深度学习架构直接基于三维复数图像进行隐匿物的智能识别。

智能检测模块通过采用深度学习技术，提高了主动式人体安检系统的智能性和准确性。

进一步地，所述人机界面模块接收所述检测结果，显示所述检测结果，人机界面模块将检测结果通过图像、声音、光学、终端推送等手段中的一种或几种的组合告知操作员，并实现操作员对机器的控制和设置。

检测完毕后，系统恢复至复位状态，准备进行下一次安检。

本发明在一种基于频分复用技术的人体安检系统的基础上，又提出一种基于频分复用技术的人体安检方法，所述安检方法步骤为：

发射第一步进频连续波信号、第二步进频连续波信号；

接收所述第一步进频连续波信号，分配所述第一步进频连续波信号；

接收分配的所述第一步进频连续波信号，并对所述第一步进频连续波信号进行第一信号处理，得到探测波，发送所述探测波至被测对象，产生回波信号；

所述第一信号处理包括：

接收分配的所述第一步进频连续波信号，对所述第一步进频连续波信号进行倍频处理，得到第一倍频信号；

接收所述第一倍频信号，过滤所述第一倍频信号，得到第一过滤信号；

接收所述第一过滤信号，对所述第一过滤信号进行功放处理，得到所述探测波；

接收所述探测波，并发送所述探测波至被测对象，产生所述回波信号；

接收所述回波信号和所述第二步进频连续波信号，对所述回波信号和所述第二步进频连续波信号进行第二信号处理，得到中频信号；

所述第二信号处理包括：

接收所述第二步进频连续波信号，并功分所述第二步进频连续波信号，产生多路所述第二步进频连续波信号；

接收一路所述第二步进频连续波信号和所述回波信号，并对所述第二步进频连续波信号和所述回波信号进行预处理，得到所述中频信号；

所述预处理包括：

接收一路所述第二步进频连续波信号，对所述第二步进频连续波信号进行倍频处理，得到第二倍频信号；

接收所述第二倍频信号，过滤所述第二倍频信号，得到第二滤波信号；

接收并发送所述回波信号；

接收所述回波信号，并对所述回波信号进行低噪放大处理，得到第二放大信号；

接收所述第二放大信号和所述第二滤波信号，并对所述第二放大信号和所述第二滤波信号进行混频处理，得到混频信号；

接收所述混频信号，过滤所述混频信号，得到第三滤波信号；

接收所述第三滤波信号，并对所述第三滤波信号进行中频放大处理，得到所述中频信号；

接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换、快速傅里叶运算、选择区分处理、数字iq解调、成像计算操作，得到人体三维复数图像，检测所述人体三维复数图像，反馈检测结果；

所述对所述中频信号进行模数转换、快速傅里叶运算、选择区分处理、数字iq解调、成像计算操作包括：

接收所述中频信号，对所述中频信号进行模数转换处理，产生数字信号；

接收所述数字信号，并采用快速傅里叶运算处理所述数字信号，对快速傅里叶运算后的数字信号进行选择区分处理，获取不同收发通道在不同频点下对应的所述数字信号，同时根据所述时序脉冲产生数字中频本振信号，对所述数字信号的数字iq解调，得到不同通道、频点下的数字iq信号，将不同通道、频点下的数字iq信号与成像算法结合，得到所述人体三维复数图像；

所述检测所述人体三维复数图像，反馈检测结果包括：

检测所述人体三维复数图像，标示出所述人体三维复数图像中隐匿物品的位置和种类，输出所述检测结果；

接收所述检测结果，显示所述检测结果。

尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。