延与目标和收发阵元的位置有关。接收端的每个接收 阵元都使用Μ个匹配滤波器分别对Μ个发射波形进行匹配，通过正交性分选可以得到ΜΝ 个通道回波数据。采用乒乓式流水处理模式，当安检仪工作于第一帧时，处理通道1仅负责 存储预处理后的回波数据；当安检仪工作于第二帧时，处理通道1开始对第一帧的回波数 据进行处理、成像并上传，而处理通道2负责存储预处理后的回波数据；当安检仪工作于第 三帧时，处理通道2开始对第一帧的回波数据进行处理、成像并上传，而处理通道1负责存 储预处理后的回波数据；由此循环往复。
[0046] 工作频段：选取K波段；
[0047] 工作体制：采用LFMCW体制；
[0048] 布阵原理：根据微波全息成像理论，要完整的实现全息成像，在空间域的接收天线 布阵必须满足奈奎斯特采样定理，即布阵间隔必须小于半波长。对于毫米波喇叭天线而言， 这一布阵间距不仅会导致成本极高，而且由于喇叭自身尺寸，使得布阵根本无法进行。
[0049] 因此，采用稀疏布阵，即采用低于奈奎斯特采样定理的采样间隔进行空间域采样。 然后在处理端，通过压缩感知等信号重构手段，将信号重构出来。
[0050] 成像原理：
[0051] 主动式近程微波全息成像技术是利用微波反射回波的相位差进行全息成像的一 种技术。因为，微波具有穿透性，因此是探测衣服掩盖住的金属武器的一种极其优良的技术 方案。
[0054] 其中，f。为载波频率，Rt为发射天线到目标的距离，X。、y。为目标坐标，X、y为接收 天线坐标，σ(X(]，y。）为目标的复散射系数。
[0052] 如图2所示，接收天线阵面以等间距Ad的方式，沿X轴和Y轴二维排列。接收天 线阵面位于z= 0的平面内。有一目标物体位于（x，y，R)处。则（x、y)天线所接收到的信 号为：
[0053]
[0055] 令
L由于接收信号在正式进入处理之前往往会进行 dechirp操作，将本振信号滤除。因此，接收天线阵列经dechirp以后的信号为：
[0056]
[0057] 注，由于天线为近场，因此忽略天线方向图和距离衰减引起的幅度调制。其中， 我们把?定义为波数，是一个矢量。；定义为目标到天线正面的矢量。根据波数域 理论，波数域球面波可以展开为一系列平面波的叠加，这是全息成像的理论基础。由此公式 2可以进一步改与为：
[0058]E(x,y) =ff{ff〇(x,y) ·exp(-j· (xkx+yky)dxdy}exp(-jRkz) exp[j(Xkx+Yky) ]dkxdky 公式 3
[0059] 其中
[0060] 公式3可以看成是〇 (x，y)首先进行空域二维傅里叶变化，然后乘以系数 expHRkz)，随后，进行波数域二维逆傅里叶变化，可以表示为：
[0061]E(x,y) =IFT2{FT2[0 (x,y) ]exp(-jRkz)}公式 4
[0062] 则逆推得到〇(x, y)为：
[0063] σ(χ,y) =IFT2 {FT2[Ε(χ,y) ]exp(jRkz)}公式 5
[0064] 公式5为本方案进行成像的基本公式，其可以表述为：对回波进行dechirp(去调 频）操作，并完成时域FFT;对回波沿X方向和Y方向进行二维FFT，将其变化为波数域；将 波数域谱乘以一个相位补偿因子exp(jRkz);
[0065] 主动式微波全息成像的关键指标在于分辨率。其计算公式如下：
[0066] 方位向分辨率
[0067]俯仰向分辨率
[0068]其中，Lx、、为布阵总长度。
[0069] 为了达到分辨率，对于接收天线的间隔也有要求。由于成像的关键在于空间域与
^ X 波数域的转换，因此布阵间必颂描5?下式·
[0070] X方向布阵间隔
[0071]Y方向布阵间隔
[0072] 其中，Dx、Dy为目标成像范围。
[0073]信号算法原理：
[0074] 安检仪采用主动式微波全息成像技术。该技术利用各个天线阵列所接收到的回波 相位不同，将空间域转换为波数域，然后在波数域内进行匹配滤波，最后再将其转换为空间 域成像。其理论基础与传统的脉冲雷达利用脉压技术达到高分辨率类似，只不过将脉冲雷 达"时域-频域"的转换化归为"空间域-波数域"的转换。由于采用了稀疏布阵，因此在 进行空间域二维FFT之前需要通过压缩感知算法重构虚拟布阵的信号。
[0075] 整个算法公式可以表示为：
[0076]A(x,y,z) =IFT3{exp(iKzR)FT2[E(X,Υ,ω)]}
[0077] 算法流程如图3所示：
[0078] 本发明能达到的主要技术指标如下：
[0079] 雷达体制：调频连续体制；
[0080] 工作频段：Κ波段；
[0081] 作用距离：0· 5~25m;
[0082] 覆盖横向距离：3m;
[0083]分辨率：3cm~5cm;
[0084] 方位扫描：360°环扫（可扇扫）；
[0085] 方位定位精度：0·Γ;
[0086] 俯仰定位精度：0·Γ;
[0087] 人体辐射：满足一级安全区标准要求；
[0088] 输出：视频图像、评估?目息等；
[0089] 图像记录时间：彡20天；
[0090] 国产化：彡85%。
[0091] 以上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本 领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变 化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种主动式微波全息安检仪系统，其特征在于，包括： 发射天线组件，连接频综组件；采用抛物面喇叭，通过方圆波导转换；发射天线放置在 接收天线四周各一个以及接收天线阵中间一个；位置可根据设计进行局部调整，实现对场 地周边有效覆盖； 频综组件，连接发射天线组件、接收前端、处理组件和电源控制总线；用于将发射基带 信号通过上变频链路和倍频链路，调制为K波的线性调频连续波信号；产生AD采样时钟和 DDS采样时钟；产生32路发射参考信号；通过开关切换，实现五路发射信号分时辐射； 接收前端，连接频综组件和选通控制板；用于将高载频回波信号与发射参考信号进行 混频得到差频信号；通过1/32开关分时接收回波信号；通过32路功分单元实现32路发射 参考信号； 选通控制板，连接接收前端和处理组件；用于阵列行选通，选通一路差频信号，送处理； 为接收前端提供电源；将处理组件发送来的422命令转换为离散量信号，控制行列选通开 关； 处理组件，连接选通控制板、频综组件、伺服系统和电源控制总线；用于通过信号调理 电路完成差频信号的调理；通过AD芯片对调理后的差频信号进行采样，将其转换为数字信 号；对数字信号进行如下算法流程：数字滤波、数字下变频、时域FFT、选取距离切片、压缩 感知重构、空域二维FFT、相位补偿、波数域二维逆FFT、成像并通过以太网上传图像；能够 完成安检仪各组件的控制，并输出帧、PRF等信号供检测；能够产生安检仪发射所需的中频 信号； 伺服系统，连接电源组件、处理组件和电源控制总线；用于驱动收发天线起竖和收起； 带动扫描器可在0°~+360°之间选择扫描中心；带动扫描器进行水平角度扇扫；带动扫 描器进行俯仰角度调整；自检功能，通过RS422上报BIT结果； 校准系统，连接电源控制总线；用于补偿天线及微波链路对接收回波带来的各种不良 影响，保证成像质量； 电源组件，连接发电机和伺服系统；将AC220V转换为+24V提供给伺服系统。
【专利摘要】本发明公开了一种主动式微波全息安检仪系统，包括发射天线组件、频综组件、接收前端、选通控制板、处理组件、校准系统、电源组件和伺服系统。本发明与传统安检设备相比，被检人员无需停滞，安检效率大为提高；检测隐蔽性高；具备远程值守特性。可车载，所以整体结构采用天线阵面可折叠形式，考虑实际应用场合，可实现俯仰轴和方位轴的转动。与传统安检设备相比布控方式更为灵活，可有效预警暴恐事件。采用调频连续波体制，大大降低了发射功率，从而降低了设备成本。
【IPC分类】G01V3/12
【公开号】CN105334540
【申请号】CN201510819556
【发明人】丁晟, 朱金中, 陆田心, 王峰, 何力, 佘燕翔
【申请人】无锡市雷华科技有限公司
【公开日】2016年2月17日
【申请日】2015年11月23日