专利名称：一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法
技术领域：
本发明涉及一种近场实时校准方法，特别是一种用于人体毫米波成像安检系统的 近场实时校准方法。
背景技术：
现有的主动式毫米波人体成像安检系统，简称成像系统，由图像采集处理装置，机 械扫描和电扫描混合扫描装置，毫米波发射接收机，直线式天线阵列和开关阵列等部分组 成。成像系统用毫米波照射人体成像。成像系统发射宽带步进调频信号进行测量，并且在 水平和垂直方向进行二维扫描以获得目标三维测量信息。成像系统采用机械扫描和电扫描 混合扫描方式，其中机械扫描装置负责扫描水平方向，电扫描装置负责扫描垂直方向；或者 机械扫描装置扫描垂直方向，电扫描装置扫描水平方向。电扫描装置由直线式天线阵列和 开关阵列两部分组成。成像系统发射接收通道由电子开关切换至不同的天线单元，每次只 有一副发射接收天线单元工作。成像系统发射的毫米波信号通过开关阵列输入到发射天线 单元馈电端口，并通过天线发射至被测目标。被测目标的反射信号通过接收天线单元并经 过另一开关阵列传输到接收机，由接收机解调后存入信号处理单元生成图像。为了保证最终生成清晰的图像，成像系统要求所有射频通道的幅度、相位特性保 持一致，还要求不同频率的时延特性保持一致。因此成像系统工作时必须随时对射频通道 进行校准。成像系统射频通道包括毫米波发射接收机、发射开关阵列、发射天线、接收天线、 接收开关阵列以及相互连接的馈线等部分。由于系统只有一台发射接收机，收发通道接入 开关阵列后才产生多路分支，因此只有开关阵列和天线阵需要校准。现有的成像系统校准方法是通过测量标准反射体的反射信号进行校准。常用的标 准反射体包括金属板、金属球、角反射器等。系统校准时，标准反射体被放置在成像目标区， 测量并保存标准反射体的反射信号作为校准信号，根据校准信号修正系统正常工作时的测 量值。这种校准方法有以下缺点1.难以对多通道校准。若采用金属板进行校准，金属板尺寸必须大于天线阵所有 天线单元的波束覆盖区域，而成像系统中无法摆放大尺寸金属板。若采用金属球、角反射器 等小尺寸反射体，由于电扫描天线阵尺寸远大于反射体尺寸，只能通过移动反射体的方法 校准多个通道，因此校准速度慢、精度差。2.难以实时校准。在具体工作过程中，成像系统各部分参数会随工作时间延长不 断变化，因此系统每隔一段时间就需要校准一次。校准方法必须保证校准工作能随时进行。 采用标准反射体校准时必须中断安检工作，在目标区摆放标准反射体后才能进行校准，无 法进行实时校准。3.校准重复性差。采用标准反射体校准时，校准精度易受摆放位置影响。若成像 系统在工作一段时间后需要校准，就要在目标区重新摆放标准反射体后才能进行校准。每 次重新摆放时很难保证标准反射体处在相同位置和姿态，因此校准重复性差。
发明内容
本发明目的在于提供一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法，解 决以往方法难以对多通道校准、难以实时校准、校准重复性差的问题。一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法的具体步骤是第一步组建校准系统校准系统包括开关阵列、天线阵、金属校准线、幅相一致性校准模块、相对时延校 准模块。开关阵列和天线阵馈线连接。金属校准线置于天线阵的初始位置正前方区域，金 属校准线安装角度与地面垂直，金属线与天线阵距离小于等于10厘米。幅相一致性校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的幅度、相位一致性。相对时延校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的相对时延。第二步天线阵测量参考信号在每次扫描启动时，天线阵正对金属校准线。对天线阵电扫描一次，测量金属校准 线上产生的反射信号，所记录的测量信号为校准信号。天线阵对空目标区进行一次扫描以 测量校准信号，记录空目标区背景信号。在天线阵远离初始启动位置记录的信号为背景信 号。用校准信号减去背景信号作为参考信号。第三步幅相一致性校准模块校准幅度、相位一致性幅相一致性校准模块在天线阵中选定一路收发通道作为参考通道，选择位于天线 阵中心的收发通道。设天线阵共有N路收发通道，参考通道测量的参考信号是％，其他收发 通道测量的参考信号是 、a2,…、^v1，将其他通道相对于参考通道归一化，计算系统校准 值ci:Ci = H1Za0(1)在公式⑴中，Ci为系统校准值，i = 1，2，…，N-I0保存系统校准值，完成收发 通道幅度、相位一致性校准。第四步相对时延校准模块校准相对时延幅相一致性校准模块完成校准后，相对时延校准模块校准参考通道的相对时延。 根据天线阵与成像中心的距离确定信号传播时延理论值1\。设天线阵与成像中心的距离为 Cl1，则成像中心相对时延的理论值T1 = 2^/c(2)在公式O)中，c为自由空间光速。根据天线阵与金属校准线的距离确定传播路径时延理论值T2。设天线阵中心与金 属校准线的距离为d2，天线阵的发射、接收天线中心距离为d3，则金属校准线相对时延的理 论值为 设天线阵辐射出的宽带步进调频信号共有M个离散频点。参考通道测量的参考信 号为BJfi), i = 0,1,2, -,M-I0对BJfi)进行反傅立叶变换，得到信号随时间变化的函 数bjtihi =0，1，2，-,M-I0以信号最强反射点的位置作为校准线反射信号时间位置的 测量值T3,即求出bdt》最大值处的时间位置
权利要求
1. 一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法，其特征在于该方法的具体 步骤为第一步组建校准系统校准系统包括开关阵列、天线阵、金属校准线、幅相一致性校准模块、相对时延校准模块；开关阵列和天线阵馈线连接；金属校准线置于天线阵的初始位置正前方区域，金属校 准线安装角度与地面垂直，金属线与天线阵距离小于等于10厘米；幅相一致性校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的幅度、相位一致性； 相对时延校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的相对时延； 第二步天线阵测量参考信号在每次扫描启动时，天线阵正对金属校准线；对天线阵电扫描一次，测量金属校准线 上产生的反射信号，所记录的测量信号为校准信号；天线阵对空目标区进行一次扫描以测 量校准信号，记录空目标区背景信号；在天线阵远离初始启动位置记录的信号为背景信号； 用校准信号减去背景信号作为参考信号；第三步幅相一致性校准模块校准幅度、相位一致性幅相一致性校准模块在天线阵中选定一路收发通道作为参考通道，选择位于天线阵中 心的收发通道；设天线阵共有N路收发通道，参考通道测量的参考信号是％，其他收发通道 测量的参考信号是 、 、…、，将其他通道相对于参考通道归一化，计算系统校准值Ci 在公式(1)中，Ci为系统校准值，i = 1,2, -,N-I ；保存系统校准值，完成收发通道幅 度、相位一致性校准；第四步相对时延校准模块校准相对时延幅相一致性校准模块完成校准后，相对时延校准模块校准参考通道的相对时延；根据 天线阵与成像中心的距离确定信号传播时延理论值T1 ；设天线阵与成像中心的距离为d” 则成像中心相对时延的理论值
全文摘要
本发明公开了一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法，校准系统包括开关阵列、天线阵、金属校准线、幅相一致性校准模块、相对时延校准模块。本发明通过天线阵测量参考信号，幅相一致性校准模块校准幅度、相位一致性，相对时延校准模块校准相对时延完成一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法。本方法采用金属线对成像系统进行近场校准，金属校准线结构对天线阵辐射场扰动小，因此校准重复性好，能保证校准精度。校准方法只需要对空目标区进行一次测量就能完成校准，无需摆放校准反射体，校准时间少于成像测量时间，可在系统工作间隙随时进行实时校准。
文档编号G01S7/40GK102135610SQ20101060869
公开日2011年7月27日 申请日期2010年12月28日 优先权日2010年12月28日
发明者年丰, 方维海, 柏兵 申请人:中国航天科工集团第二研究院二○三所