一种毫米波被动安检成像仪及人体安检成像系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明主要涉及公共安检领域内的被动微波成像仪，尤其涉及一种毫米波被动安 检成像仪及人体安检成像系统。
【背景技术】
[0002] 在当前国内外反恐形势日益严峻的形式下，恐怖分子利用隐匿方式随身携带刀 具、枪支及爆炸物等危险品对航空器安全构成了极大的威胁。机场、车站等特定场合人体安 检技术越来越得到各国交通运输管理部门的重视。针对人体的安检技术和针对货物的安检 有很大不同：人体安检不仅要考虑系统的危险品检出能力，而且要顾及辐射安全、个人隐私 保护等问题。目前，国内外对人体安检成像系统的实现方案主要有以下几个技术途径：
[0003] 其一是基于X射线的人体安检成像技术。X射线安检成像仪首先向人体发出X射 线进行探测，利用X射线与物质的相互作用效果不同，并通过记录和人体相互作用后的射 线强度的分布，即可对人体进行成像。该方案的优点是安检检测能力强，能获得分辨率较高 的透视图像，在9. 11事件后曾大规模使用。但X射线辐射是一种电离辐射，对人体健康存 在威胁，另外，X射线安检的人权隐私问题也很严重。现在，在欧美等国，X射线安检仪已逐 步退出人体安检主流市场。
[0004] 其二是基于主动式毫米波的人体安检成像技术。该技术工作原理和雷达类似，设 备首先向人体辐射毫米波，而后通过接收器检测和人体进行相互作用后的毫米波电磁场， 从而对人体进行成像。其典型代表有L-3公司的Provision系列产品（J.L.Fermandes， C.M.Rappaport,etal."Improvedreconstructionandsensingtechniquesfor personnelscreeninginthree-dimensionalcylindricalmillimeter-waveportal scanning"，ProceedingsofSPIE，Vol. 8022,doi:10. 1117/12. 887612,2011)。目前， Provision系列产品已在各大机场获得广泛应用。该方案的主要优点是毫米波属非电离辐 射，辐射危害小，采用扫描等成像机制同样可获得分辨率较高的图像。该方案的主要缺点 是：设备发出的毫米波辐射也会对生物体产生复杂的生物效应，依然存在辐射安全问题。
[0005] 其三是基于被动式毫米波的人体安检成像技术。其典型代表产品有Northrop Grumman公司的NGC系统（L.Yujiri."Passivemillimeterwaveimaging''，IEEEMTT-S Int.Microw.Symp.Dig，pp. 98-101，2006)。该方案的优点是通过检测目标自身的毫米波福 射实现成像，无主动辐射，对人体绝对安全，利用毫米波段的穿透能力实现人体藏匿危险物 的检测。该方案的主要缺点是，受系统复杂度限制，难以快速获得高分辨率的图像。
[0006] 根据成像体制的不同，被动毫米波成像技术又可分为三种。
[0007] 其一是传统的机械扫描体制，该模式的产品往往天线波束比较窄，通过一个二维 的机械扫描架来完成对二维目标区域的成像。例如德国DLR研宄所的AB0SCA安检成像 系统（M.Peichl，S.Dill，etal."Passivemicrowaveremotesensingforsecurity applications"，RadarConference，EuRAD20〇7.European，pp. 32_35, 2〇〇7)。该体制原理 清晰，结构简单，但成像时间长，图像空间分辨率辐射灵敏度指标差，并且对机械架构的精 确度要求高，难以满足实际安检应用需求；
[0008] 其二是焦平面阵列成像体制，其基本原理是通过分布在焦平面上的众多单元天线 以及适当的反射面结构实现对目标区域的多点同时成像。例如美国NorthropGrumman公 司的NGC系统。使用焦平面阵列天线可大大缩短成像时间，但是系统复杂度成倍提高，例如 NGC系统在水平15°垂直10°的视场内实现0.5°的角分辨率，需要使用1040个接收机。
[0009] 其三是综合孔径成像机制，使用干涉式测量技术，可缩短天线实际物理尺寸，在保 证成像时间及图像指标的前提下，尽可能降低系统的复杂度。综合孔径成像体制最早提出 于射电天文领域，后来又在卫星遥感对地观测领域取得成功。
【发明内容】
[0010] 本发明的目的在于克服现有安检成像技术的缺点，突破被动毫米波成像技术的困 境，利用综合孔径技术提供了一种毫米波被动安检成像仪；该成像仪具有一次采样即可反 演一幅图像所需的全部空间频域信息，而且不需要天线阵列的旋转即可成像，缩短了成像 时间；而且具有更高的分辨率；此外，根据圆环阵干涉成像的特点对成像环境进行优化设 计，本发明还提出了一种人体安检成像系统。
[0011] 为实现上述目的，本发明提供一种毫米波被动安检成像仪，包括：圆环形天线阵列 1 ;所述圆环形天线阵列1由N个单元天线2组成，N彡2 ;所述N个单元天线2分布在一个 圆环天线支架3上组成满阵，即一次采样数据能得到反演一幅图像所需的全部空间频率域 信息。
[0012] 上述技术方案中，所述单元天线2的朝向均聚焦指向探测视场的中心，且所有单 元天线2的口径中心均处于一个平面内。
[0013] 上述技术方案中，所述圆环形天线阵列1的直径D根据成像的分辨率要求进行设 计，D作为最长基线满足：
【主权项】
1. 一种毫米波被动安检成像仪，包括：圆环形天线阵列（1);其特征在于，所述圆环形 天线阵列（1)由N个单元天线（2)组成，N多2 ;所述N个单元天线（2)分布在一个圆环天线 支架（3)上组成满阵，即一次采样数据能得到反演一幅图像所需的全部空间频率域信息。
2. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述单元天线（2)的朝 向均聚焦指向探测视场的中心，且所有单元天线（2)的口径中心均处于一个平面内。
3. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述圆环形天线阵列 (1)的直径D根据成像的分辨率要求进行设计，D作为最长基线满足：
兵甲，A乃禍射波长，A|为角度分辨率，q为窗函数因子。
4. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述单元天线（2)的口 径尺寸根据无混叠视场的要求进行设计；当所述单元天线（2)的口径类型为圆形时，其口 径的直径小于等于Ad;其中Ad为最短基线，满足：
兵〒，A万描坍波长，0为无混叠视场张角。
5. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述单元天线（2)的口 径尺寸根据无混叠视场的要求进行设计；当所述单元天线（2)的口径类型为矩形时，口径 尺寸的横向边长a和纵向边长b满足： a<A屯且b<Ad2; 其中，AcU分别为所述单元天线（2)的矩形口径的横向最短基线和纵向最短基 线；满足：
其中，A为辐射波长，9i为横向的无混叠视场张角，9 2为纵向的无混叠视场张角。
6. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述单元天线（2)到 圆环形天线阵列（1)中心的距离r满足：ri<r彡r2;其中r:和r2分别为圆环形天线阵列 (1)所形成的环形面的外半径和内半径。
7. 根据权利要求1所述的毫米波被动安检成像仪，其特征在于，所述毫米波被动安检 成像仪还包括： N套接收机组件，用于对完成各相应单元天线所接收电磁波信号的放大和正交检波； 一套本地振荡器；用于为所述N套接收机组件提供同步的参考信号，并用于对接收信 号进行处理，使信号具有相关性； 一套数字相关器，用于对各路接收信号进行数字化复相关运算处理得到可视度函数 值； 一套校准/定标单元，用于实现对系统参数进行校准/定标； 一套数据处理单元，用于对可视度函数值进行校正和成像处理；通过针对圆环阵列优 化过的径向、角向插值算法及伪极网格反演算法得到空间域图像；和 一套显示单元，用于显示空间域图像。
8. -种人体安检成像系统，基于权利要求1-7之一所述的毫米波被动安检成像仪实 现，所述系统包括：毫米波被动安检成像仪（5)、两个隔板（6)、地板及天花板（7);所述两个 隔板（6)之间形成一个人员入口（8)和人员出口（9);所述两个隔板（6)和地板及天花板 (7)围成一个半封闭的检查环境；所述被动毫米波辐射计位于一个隔板的中间位置；在另 一个隔板的中间处设置一个站台（10)，待检人员在此处接收检查。
9. 根据权利要求8所述的人体安检成像系统，其特征在于，所述两个隔板（6)、地板及 天花板（7)的材料为吸波材料或金属材料，用于提供一个区别于人体亮温的稳定环境。
【专利摘要】本发明提供了一种毫米波被动安检成像仪，包括：圆环形天线阵列(1)；所述圆环形天线阵列(1)由N个单元天线(2)组成，N≥2；所述N个单元天线(2)均匀分布在一个圆环天线支架(3)组成满阵，即一次采样数据能得到反演一幅图像所需的全部空间频率域信息。基于上述毫米波被动安检成像仪，本发明还提供了一种人体安检成像系统。本发明提供的圆环形天线阵列不需要进行机械扫描，在保证辐射灵敏度的要求的前提下可缩短成像时间，实现凝视成像，提高成像效率，满足安检成像的要求。本发明提供的人体安检成像系统具有无辐射、安全、检查速度快的特点。
【IPC分类】G01V3-12, G01S13-90
【公开号】CN104698461
【申请号】CN201510118886
【发明人】吴季, 刘浩, 张 成, 韩东浩
【申请人】中国科学院空间科学与应用研究中心
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月18日