稀疏多发多收天线阵列布置结构和人体安检设备的制作方法
本公开的实施例涉及人体安检领域，特别涉及稀疏多发多收天线阵列布置结构和人体安检设备。
背景技术：
当前国内外反恐形式日益严峻，恐怖分子利用隐匿方式随身携带枪支、刀具以及爆炸物、毒品等危险品对航天安全构成了极大的威胁。机场、火车站等特点场合的人体安检技术得到了各国交通运输管理部门的高度重视。
现有技术中已有基于主动式毫米波太赫兹人体成像技术。该技术工作原理是设备首先向人体辐射毫米波，然后通过探测器接收经过人体或可疑物散射后的毫米波，通过重建算法对人体进行成像。然而，计算量大，成像速度较慢。使用的发射毫米波和探测毫米波的天线多，设备复杂，制造难度大。
技术实现要素：
根据本公开的一方面，本公开的实施例提供一种稀疏多发多收天线阵列布置结构，包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收由所述一组发射天线发射的被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线；
其中，所述一组发射天线包括沿第一行排列的多个发射天线，所述一组接收天线包括沿第二行排列的多个接收天线，所述一组发射天线的第一行的多个发射天线平行于所述一组接收天线的第二行的多个接收天线，且第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开，且位于同一平面；
其中，与沿第一行排列的两个相邻的发射天线之间的间隔长度对应的第二行的相等长度范围内布置至少一个接收天线使得发射天线的数量少于接收天线的数量。
在一个实施例中，至少一个发射天线与至少一个接收天线对齐使得两者之间的连线垂直于所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向。
在一个实施例中，任意一个发射天线与任意一个接收天线的连线与所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向成一定角度。
在一个实施例中，所述多个发射天线以辐射波的波长的整数倍的距离间隔开，所述多个接收天线以一倍的辐射波的波长的距离间隔开。
在一个实施例中，多个发射天线以2倍、3倍、4倍或5倍的辐射波的波长的距离间隔开。
在一个实施例中，所述一组发射天线的一个发射天线和所述一组接收天线的最靠近的对应的多个接收天线中一个的连线的中点被看作这一对发射天线-接收天线的虚拟的等效相位中心，相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的一半。
在一个实施例中，第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离小于成像距离的10％。
在一个实施例中，第一行所述一组发射天线的首个发射天线和第二行所述一组接收天线的首个接收天线错位布置。
在一个实施例中，稀疏多发多收天线阵列布置结构还包括控制开关，用于控制所述一组发射天线依次发射毫米波。
在一个实施例中，稀疏多发多收天线阵列布置结构配置成：所述一组发射天线能够沿第一行排列的多个发射天线逐个依次发射辐射波完成一组发射天线的一维扫描，并且能够沿与所述一组发射天线的行的方向的正交方向位移完成人体二维扫描，以及能够基于傅里叶变换的合成孔径全息算法完成成像。
在一个实施例中，稀疏多发多收天线阵列布置结构配置成基于傅里叶变换的合成孔径全息算法，一次对正确成像区域完成图像重建，成像公式为：
其中，σ(x，y)是人体的散射系数，r0是成像距离，ft2d为二维傅里叶变换，
为一对发射天线-接收天线组合接收到人体的回波信号；kω为频率步进信号的空间频率；对于目标区域内的一个点目标，i表示位于i(xn,yn)处的散射的点目标，定义i与发射天线at的距离为rt,n,i与接收天线ar间的距离为rr,n。
本公开的一个方面提供一种稀疏多发多收天线阵列布置结构，包括用于发射波长为毫米波的平行排列的多行发射天线和用于接收被人体反射的波长为毫米波的平行排列的多行接收天线，每一行发射天线包括多个发射天线，每一行接收天线包括多个接收天线；
所述多行发射天线平行于所述多行接收天线；所述多行发射天线和所述多行接收天线彼此间隔开；
其中，多行发射天线中的一行发射天线与多行接收天线中的一行接收天线构成如上述的稀疏多发多收天线阵列布置结构。
本公开的一方面提供一种人体安检设备，包括一个或多个上述的稀疏多发多收天线阵列布置结构。
在一个实施例中，一个或多个上述稀疏多发多收天线阵列布置结构包括第一稀疏多发多收阵列布置和第二稀疏多发多收阵列布置，其中第一稀疏多发多收天线阵列布置结构和第二稀疏多发多收天线阵列布置结构相对地布置以便在两者之间限定实施人体安检的检查空间，并且第一稀疏多发多收天线阵列布置结构和第二稀疏多发多收天线阵列布置结构配置成能够在竖直平面内沿上下方向平移以实施扫描。
在一个实施例中，人体安检设备还包括：
第一框架，第一稀疏多发多收天线阵列布置结构在第一框架上能够在第一框架上上下移动；和，
第二框架，第二稀疏多发多收天线阵列布置结构在第二框架上能够在第二框架上上下移动；
其中，第一框架上设置第一导轨装置，第一稀疏多发多收天线阵列布置结构以能够滑移的方式连接至所述第一导轨装置从而能够沿着所述第一导轨装置移动以对人体进行第一扫描；第二框架上设置第二导轨装置结构，所述第二稀疏多发多收阵列布置以能够滑移的方式连接至所述第二导轨装置从而能够沿着所述第二导轨装置移动以对人体进行第二扫描。
在一个实施例中，人体安检设备还包括：
驱动装置，用于驱动所述第一稀疏多发多收天线阵列布置结构沿着所述第一导轨装置移动和/或驱动所述第二稀疏多发多收天线阵列布置结构沿着所述第二导轨装置移动；和
约束装置，所述约束装置用于约束所述第一稀疏多发多收阵列布置和所述第二稀疏多发多收阵列布置的运动关系以使所述第一稀疏多发多收天线阵列布置结构和所述第二稀疏多发多收天线阵列布置结构只能沿相反的方向移动。
在一个实施例中，所述约束装置是连接所述第一稀疏多发多收天线阵列布置结构和所述第二稀疏多发多收天线阵列布置结构的刚性的连接线带；
其中，所述第一导轨装置设有第一定滑轮，所述第二导轨装置设有第二定滑轮，所述连接线带从所述第一稀疏多发多收天线阵列布置结构依次经过第一定滑轮和第二定滑轮连接至所述第二稀疏多发多收天线阵列布置结构。
在一个实施例中，人体安检设备包括：第一驱动装置，直接驱动所述第一稀疏多发多收阵列布置，所述第一稀疏多发多收天线阵列布置结构通过第一驱动装置连接至第一导轨装置；和，第二驱动装置，直接驱动所述第二稀疏多发多收天线阵列布置结构，所述第二稀疏多发多收阵列布置通过第二驱动装置连接至第二导轨装置。
在一个实施例中，第一稀疏多发多收天线阵列布置结构由最低频到最高频发射毫米波、第二稀疏多发多收天线阵列布置结构由最高频到最低频毫米波，或者，第二稀疏多发多收阵列布置由最低频到最高频发射毫米波、第一稀疏多发多收阵列布置由最高频到最低频毫米波。
附图说明
图1示出一种一维单发单收天线阵列的示意图；
图2示出一种一维多发多收天线阵列的示意图；
图3示出多发射天线-多接收天线工作原理图；
图4示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为4λ；
图5示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为4λ；
图6a、6b示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为3λ；
图7a、7b示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为2λ；
图8a、8b示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为5λ；
图9示出本公开的一个实施例的人体安检设备；
图10示出本公开的一个实施例的人体安检设备，包括驱动装置和约束装置；
图11示出本公开的一个实施例的人体安检设备，不包括约束装置；
具体实施方式
尽管本公开的容许各种修改和可替换的形式，但是它的具体的实施例通过例子的方式在附图中示出，并且将详细地在本文中描述。然而，应该理解，随附的附图和详细的描述不是为了将本公开的限制到公开的具体形式，而是相反，是为了覆盖落入由随附的权利要求限定的本公开的精神和范围中的所有的修改、等同形式和替换形式。附图是为了示意，因而不是按比例地绘制的。
在本说明书中使用了“上”、“下”、“左”、“右”等术语，并不是为了限定元件的绝对方位，而是为了描述元件在视图中的相对位置帮助理解；本说明书中“顶侧”和“底侧”是相对于一般情况下，物体正立的上侧和下侧的方位；“第一”、“第二”等也不是为了排序，而是为了区别不同部件。
下面参照附图描述根据本公开的多个实施例。
先介绍用于本公开的实施例的毫米波人体安检的一些基本的知识。主动式毫米波人体安检设备目前一般采用一维单发单收或者准单发单收天线阵列合成孔径成像原理。参照图1，在图1中三角形表示一个收发天线(发射天线-接收天线)单元，用t表示发射天线，r表示接收天线，tr表示发射天线-接收天线单元。在成像需要孔径长度方向上按照半波长间距原则，等间隔布置实际的收发天线单元，收发天线单元后端(未示出)通过高速开关与收发设备相连，第一个收发天线单元通过开关与收发设备组合完成一次数据采集，通过开关切换，控制第二个收发天线单元通过开关与收发设备组合，再完成一次数据采集，依次控制开关从第一个收发天线单元切换到第n个收发天线单元，可以完成n组数据采集，获取成像所需n个等效单元的数据信息。
收发一体或收发分置的天线单元一维阵列成像方式缺点是需要数量庞大的天线资源，为了实现n个天线单元的采样，收发一体天线阵列需要n个天线单元，收发分置天线阵列需要2n个天线单元，收发天线利用率很低；另外，由于天线单元阵列实现需要天线单元数较多，且天线单元间距需要满足奈奎斯特采用定理，即天线单元间隔半波长间距要求，当工作频率较低时，物理实现难度不大，但随着工作频率的提高，实现难度将逐步增加。
奈奎斯特采用定理指的是，沿孔径需要的采样数量由几种因素确定，包括波长、孔径尺寸、目标尺寸以及到目标的距离。如果从一个采样点至下一个采样点的相移小于π，则满足奈奎斯特法则。最坏的情况将会是，目标非常接近孔径并且采样点接近孔径的边缘。对于空间取样间隔δx，最坏的情况将是相移不超过2kδx。因此，取样法则可以表示为：
δx<(λ/4)
其中，λ＝2π/k是波长。
这个结果比通常的要求严格，因为目标(例如人体)通常距离孔径距离较近，天线波束宽度通常小于180度。基于此原因，应用的成像系统通常采用的取样间隔在λ/2的量级。
以工作频率24-30ghz和70-80ghz为例进行对比，对应波长分别为10mm和4mm，要实现图1所示一维阵列，则要求收发天线间距为分别为5mm和2mm，假设天线孔径长度为1m时，收发一体天线阵列分别需要200和500个天线单元，收发分置天线阵列需要400和1000个天线单元。可以看到随着频率的增加天线间隔变小，所需天线数目急剧增加。天线间隔变小使得天线单元的设计以及阵列布局设计都存在极大的难度，同时还会限制收发天线性能。天线数目的增加，不仅增加了硬件成本，增加了系统的复杂度，而且数据量增加，采集时间变成。因此，图1所示一维阵列在高频毫米波(50ghz-300ghz)人体成像安检方面应用实现的可行性不高，不具备工程实现价值。
图2示出一种稀疏分布多输入多输出的天线布局方式，其中t表示发射天线，r表示接收天线，这种天线布局方式虽然可以降低天线的数目，但是有缺点：例如，由于等效相位中心与收发天线距离较大，只能采用后向投影算法，而后向投影算法计算速度慢，图像重建时间长。后向投影起源于计算机断层扫描技术是一种基于时域信号处理的精确的成像算法。其基本思想是对成像区域内每一成像点，通过计算该点到收、发天线之间的延时，将所有回波对它的贡献相干叠加从而得到该点在图像中对应的像素值，这样对整个成像区域逐点地进行相干叠加处理，即可获得成像区域的图像。这种算法最大的缺点是需要对整个成像区间每一个点重建，重建速度慢，耗时长；此外，两端的接收天线是密集分布的，间隔需满足奈奎斯特采用定理。如170ghz-260ghz频段,典型的发射天线和接收天线口径为10.8mm，而中心频率对应的半波长为1.36mm。显然，这种天线排布方式是不适合的。一种解决方法就是稀疏接收天线，使得等效相位中心间隔比半波长大，但是天线采样不足会导致重建图像的伪影严重。
为解决上述不足，本公开提出一种稀疏多发多收阵列布置方案，通过多发多收阵列稀疏化设计与控制技术，可大幅提高数据采集速度与天线单元利用率；沿阵列方向完全地实现电扫描(即通过开关控制天线的一个接一个天线工作或通过开关控制天线逐个使用频率扫描)，无需机械扫描，可以实现快速扫描，提高成像速度；而且可以采用基于快速傅里叶变化的重建算法，进而显著提高重建速度；同时降低硬件复杂度，提高工程可实现性。
根据本公开的实施例，提供一种用于主动式毫米波成像的稀疏多发多收阵列布置，其中通过单站等效与电开关控制，等效单元间距被设置为略大于或者等于工作频率对应波长的一半，所述等效单元为等效相位中心。
为了方便解释，参照图3示出了一种多发多收系统，构件x-y坐标系统，设定在x轴上设置稀疏进行收发组合，用at(xt，yt)和ar(xr，yr)分别表示一对收发组合的发射天线和接收天线及其所在的位置坐标。
对于目标区域内的一个点目标，i表示位于i(xn,yn)处的散射的点目标，定义i与发射天线at的距离为rt,n,i与接收天线ar间的距离为rr,n,r0为目标区域中心与直线阵列之间的垂直距离，也即成像距离。
经过点目标散射后的回波信号可以表示为
sn(xt，yt；xr，yr；kω)＝σ(xn，yn)exp[-jkω(rt，n+rt，n)]
其中，σ(x，y)是人体的散射系数，kω为频率步进信号的空间频率，j为虚数单位。
对于收发组合atar接收到目标区域的回波信号为:
其中d为成像区域。
发射和接收信号的等效位置可以由天线的相位中心来表示，该等效位置为两个独立天线或孔径的物理中心。在多发多收系统中，一个发射天线对应着多个接收天线，本公开的实施例中，接收天线单元和发射天线单元被设置为不处于同一位置，这种发射和接收天线空间分离的系统可以使用一个虚拟的系统模拟，在虚拟系统中，在每一组发射与接收天线之间添加一个虚拟位置，这个位置被称为等效相位中心。收发天线组合所采集的回波数据，可以等效为其等效相位中心ae(xe,ye)所在位置自发自收天线所采集的回波。
对于该收发组合，各天线之间物理坐标的关系可以表示为：
采用等效相位中心原理，等效回波信号可以表示为：
根据本公开的上述的主动式毫米波成像的稀疏多发多收阵列布置原理，图4示出一个实施例。图4中的稀疏多发多收阵列布置具体可以通过以下步骤来构造：
先根据成像指标参数如工作频率(波长λ)、天线阵列长度，也就是天线孔径lap等要求，确定所需的等效单元数目n及间隔d；
然后，按照收发分置方式布置实际天线单元，发射天线/接收天线分别按照相互平行的两条直线分布,间隔为dtr；
接着，设计发射天线单元的布置，发射天线总数nt为任意数，由天线孔径lap决定；每个发射天线的间距为mλ(在本实施例中为4λ)；
接下来，设计接收天线单元的布置，接收天线总数为任意数nr，接收天线等间距分布，间距为λ。
根据以上步骤构造的用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线。在本实施例中，所述一组发射天线包括沿第一行排列的多个发射天线，所述一组接收天线包括沿第二行排列的多个接收天线，第一行所述一组发射天线平行于第二行所述一组接收天线，且第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开，且位于同一平面；其中，第一行中两个相邻的发射天线之间的间隔长度对应地在第二行中布置多于两个接收天线，从而可以在保证图像清晰度的同时减少接收天线的数量，发射天线的数量比接收天线的数量少，从而减少了总的元件数量，因而降低制造难度和成本。
在稀疏多发多收阵列布置工作时，可以有多种形式。例如，在一个实施例中，第一行的多个发射天线从左向右(即，从一端部的发射天线开始)逐个/步进发射电磁波信号，每个发射天线的电磁波信号被最靠近它的例如6个或8个接收天线接收(保证等效相位中心之间的间隔为半波长)。最后所有的发射天线完成一次信号的发射即完成了一行的扫描。在一个实施例中，(例如)另一种工作形式，第一行的多个发射天线同时发射一个频率的电磁波信号，每个发射天线发射的信号都被编码，接收天线接收到的信号将需要解码后进行图像应用，完成一次电磁波信号的发射和接收即完成一次一维扫描。在一个实施例中，第一行的多个发射天线从左向右(即，从一端部的发射天线开始)逐个/步进发射电磁波信号，每个发射天线的电磁波信号被最靠近它的例如6个或8个接收天线接收，并且发射天线发射的电磁波信号的频率逐渐增大。最后所有的发射天线完成一次信号的发射即完成了一行的扫描。在一个实施例中，(例如)还有一种工作形式，第一行多个发射天线从左向右逐个发射电磁波信号，在完成一次一维扫描之后，第一行发射天线沿横向方向平移一定位移后，再次逐个发射电磁波信号，电磁波信号的频率与前次发射不同。
发射天线和接收天线还可以有其他工作方式。
在一个实施例中，至少一个发射天线与至少一个接收天线对齐使得两者之间的连线垂直于所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向；然而，应该知道这并不是必须的。
然而，在另一实施例中，任意一个发射天线与任意一个接收天线的连线与所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向成一定角度；这可以是有利的，可以有效利用发射天线和附近的接收天线之间的空间，不会使得一对发射天线与接收天线靠得太近。
在一个实施例中(作为示例)，多个发射天线以4倍的辐射波的波长的距离间隔开。所述一组接收天线包括多个接收天线，以一倍的辐射波的波长的距离间隔开。发射天线和接收天线在满足上述条件的情况下，根据阵列布置的长度或所谓的孔径确定数量。
图4示出一种布置方式，一组发射天线的一个发射天线和一组接收天线的对应的一个接收天线的连线的中点被看作这一对发射天线-接收天线的虚拟的等效相位中心，相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的一半。在图4(下面的图5也类似)中，正方形t表示的发射天线与圆形r表示的接收天线之间用虚线连接，t和r的中点用三角形表示，三角形位置就表示虚拟的等效相位中心。一个发射天线一般可以对应多个接收天线，例如一个发射天线可以对应3个、4个、5个、6个、7个或8个接收天线，即一个发射天线发出的信号被最靠近它的3个、4个、5个、6个、7个或8个接收天线接收并识别。实际上发射天线的信号可能还被其他接收天线接收到，然而在实际应用中并不考虑其他接收天线的信号，也就是说每个发射天线与固定对应的接收天线配对实施测量。每一对发射天线-接收天线之间具有一个虚拟的等效相位中心，这些虚拟的等效相位中心，即图4中的三角形所示的等效相位中心的位置彼此间隔开的距离为辐射波的波长的一半。为了减少发射天线和接收天线的数量，并且一般避免等效相位中心的重叠，相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的大约一半可以满足最终构成清晰的图像，例如相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的0.3至0.7倍。换句话说，相邻的等效相位中心之间的距离大于辐射波的波长的一半太多的时候，则可能图像不清晰。
根据本公开的实施例，第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离可以是任意的，但是，第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离尽可能小是有利的，因为距离过大会造成等效相位中心条件(相邻等效相位中心的间距为波长的一半或接近波长的一半)不成立；然而，在实际应用中，距离过短会造成实现困难，串扰与空间排布不下的问题。在一个实施例中，第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离小于成像距离的10％。
在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置还包括可以控制开关，用于控制所述一组发射天线依次发射毫米波。
在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置配置成通过所述一组发射天线依次发射辐射波完成一组发射天线的扫描，通过多发多收阵列布置沿与所述一组发射天线的行的方向的正交方向位移逐步完成人体二维扫描；以及基于傅里叶变换的合成孔径全息算法完成成像。如图4所示，从左侧第一个发射天线开始，发射毫米量级辐射波，接收天线接收返回信号，随后第二个发射天线发射辐射波，依次操作，完成一次扫描。随后，沿纸面的向上或向下方向移动一个步进距离，再次重复上述扫描，逐步扫描人体。
在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置配置成基于傅里叶变换的合成孔径全息算法，一次对正确成像区域完成图像重建，成像公式为：
其中，σ(x，y)是人体的散射系数，r0是成像距离，ft2d为二维傅里叶变换，
为一对发射天线-接收天线组合接收到人体的回波信号；kω为频率步进信号的空间频率。
工作时，通过控制开关，多个发射天线依次发射辐射波。第1个发射天线工作时，第1到第4个接收天线采集回波数据；第2个发射天线工作时，第1到第8个接收天线采集回波数据；第3个发射天线工作时，第5到第12个接收天线采集回波数据；依次地，每一个发射天线对应8个接收天线采集数据；直到最后一个发射天线，即第nt个发射天线，最后4个接收天线采集数据。
当所有发射天线依次发射后，完成一次横向数据采集，最终得到(nt-1)×8个回波数据。根据上述等效相位中心原理，这些回波数据可以等效为(nt-1)×8个等效相位中心所采集到的回波数据。并且，这些等效相位中间的间隔为0.5λ，满足奈奎斯特采样定律要求的等效元分布。
然后在阵列正交方向进行合成孔径扫描，即机械扫描，完成对二维孔径的扫描，扫描的步长同样需要满足采用定理，即半波长0.5λ。
完成二维孔径扫描后，采集到的回波数据可以表示为s(xt，yt；xr，yr；kω)。
最后，结合基于快速傅里叶变化的合成孔径全息算法，可以实现快速重建，完成成像。
成像算法的目的就是从回波表达式中反演出目标的像，即目标的散射系数σ(x，y)，基于傅里叶变换的合成孔径全息算法，无需像后续投影算法一样对整个成像区域逐点重建，而是利用快速傅里叶变换的优势，一次对正确成像区域重建完成。成像公式为：
其中r0为成像距离。
在另一实施例中，如图5所示，发射天线阵列与接收天线阵列进行错位设计，发射天线阵列左首第一个天线与接收天线阵列左首第一个天线间距为λ。
本公开中提出的稀疏多发多收阵列布置是基于单站等效原理，即设计阵列通过单站等效并结合控制开关的控制，使得最终形成的等效相位中心(本公开中也称等效单元或等效天线单元)满足奈奎斯特采样定律，也就是，收发天线阵列最终形成的等效天线单元的间距略大于或者等于为工作频率对应波长的一半。本公开的实施例依据上述原则，考虑到高频段毫米波波长较短，为兼顾工程可实现性，同时采用阵列稀疏化设计与阵列开关控制技术，最终实现半波长间距等效天线单元分布要求。
下面参照图4，以63个发射天线与248个接收天线组成阵列的设计过程为例，介绍本公开的稀疏多发多收阵列布置方法，本领域技术人员可以根据本发明的教导进行稀疏阵列的布置。
首先，根据成像指标参数要求，如成像分辨率、旁瓣电平等参数确定所需的等效单元数目及间隔，也就是确定等效虚拟阵列的分布。等效阵元的间隔需要最大略大于或者等于工作波长的一半。
然后，按照收发分置方式布置实际天线单元，发射天线/接收天线分别按照相互平行的两条直线分布，直线间距可以是任意值，但是尽可能的小(可以是λ、1.5λ、2λ、3λ、4λ等)，以实际设计天线单元尺寸与阵列尺寸设计要求合理选择，本发明阵列尺寸1m设计。
接着，如图4所示，设计发射天线单元的布置，发射天线总数为63(可扩展为其他任意数，具体数目由成像分辨率、成像范围等因素决定)，每个发射天线间距为4λ。
接下来，设计接收天线单元的布置，接收天线总数为248(可扩展为其他任意数，具体数目由成像分辨率、成像范围等因素决定，每个接收天线间距为λ。发射天线阵列与接收天线阵列首位对其时如图4所示。
图5示出的实施例中，发射天线阵列与接收天线阵列首位错位设计，发射天线阵列左首第一个天线与接收天线阵列左首第一个天线间距为λ(可以是其他任意值，一般取为[-5λ,5λ]之间的任意值)。
工作时，第一个发射天线对前应m/2(即4)个接收天线进行差值；第二个至nt-1个发射天线分布对应m(即8)个接收天线进行差值；第nt个发射天线对最后m/2(即4)个接收天线进行差值，得到等间隔0.5λ的等效单元分布，最终得到满足奈奎斯特采样定律要求的等效元分布；通过电开关控制，依次切换发射天线完成一次数据采集。然后在阵列正交方向进行合成孔径扫描，完成对二维孔径的扫描。最后，结合基于快速傅里叶变化的合成孔径全息算法，可以实现快速重建，完成成像测试。
图6示出本公开的另一实施例，与图4的实施例不同的是，每个发射天线的间距为3λ，每个接收天线之间的间距为λ，其中图6a中，首个发射天线和首个接收天线对齐，图6b中，首个发射天线和首个接收天线错开一个λ。
图7示出本公开的另一实施例，与图4的实施例不同的是，每个发射天线的间距为2λ，每个接收天线之间的间距为λ，其中图7a中，首个发射天线和首个接收天线对齐，图7b中，首个发射天线和首个接收天线错开一个λ。
图8示出本公开的另一实施例，与图4的实施例不同的是，每个发射天线的间距为5λ，每个接收天线之间的间距为λ，其中图8a中，首个发射天线和首个接收天线对齐，图8b中，首个发射天线和首个接收天线错开一个λ。工作时，第一个发射天线对前应5个接收天线进行差值；第二个至nt-1个发射天线分布对应10个接收天线进行差值；第nt个发射天线对最后5个接收天线进行差值，得到等间隔0.5λ的等效单元分布，最终得到满足奈奎斯特采样定律要求的等效元分布；通过电开关控制，依次切换发射天线完成一次数据采集。然后在阵列正交方向进行合成孔径扫描，完成对二维孔径的扫描。最后，结合基于快速傅里叶变化的合成孔径全息算法，可以实现快速重建，完成成像测试。例如，可以设置51个发射天线和250个接收天线，形成1m的阵列。
根据本公开的另一实施例，与以上实施例不同的是，一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置包括用于发射波长为毫米波的平行排列的多行发射天线和用于接收被人体反射的波长为毫米波的平行排列的多行接收天线，从而，发射天线能够发射更强的信号，接收天线能够获得更强的信号，扫描精度被改善。每一行发射天线包括多个发射天线，每一行接收天线包括多个接收天线。这样，多行发射天线依次发射毫米量级辐射波，完成一次扫描，大大提高了扫描效率，一次扫描覆盖的人体面积增加，提高扫描速度。在本实施例中，发射天线发射的电磁波信号可以进行编码，使得预定接收其信号的接收天线接收到的信号可以被识别并解码以便用于生成图像。
在本实施例中，所述多行发射天线平行于所述多行接收天线；所述多行发射天线和所述多行接收天线彼此间隔开。多行发射天线的一行发射天线与多行接收天线中的一行接收天线构成上述的稀疏多发多收阵列布置。
在本公开的一个实施例中，还提供一种人体安检设备，包括一个或多个上述的稀疏多发多收阵列布置。
在一个实施例中，如图9所示，人体安检设备包括第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200，其中第一稀疏多发多收阵列布置和第二稀疏多发多收阵列布置相对地布置以便在两者之间限定实施人体安检的检查空间s。第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置配置成能够在竖直平面内沿上下方向平移以实施扫描。
例如，如图9所示，第一稀疏多发多收阵列布置100在其所在竖直平面内由上向下，第二稀疏多发多收阵列布置200分别在其所在竖直平面内由下向上扫描。
在一个实施例中，如图10所示，人体安检设备包括第一框架101，第一稀疏多发多收阵列布置100在第一框架101上，从而能够在第一框架101上上下移动；人体安检设备包括第二框架201，第二稀疏多发多收阵列布置200在第二框架201上，从而能够在第二框架201上上下移动。具体地，第一框架101上可以设置第一导轨装置104，第一稀疏多发多收阵列布置100以能够滑移的方式连接至所述第一导轨装置104从而能够沿着所述第一导轨装置104移动以对待测对象(人体)进行第一扫描；第二框架201上可以设置第二导轨装置204，所述第二稀疏多发多收阵列布置200以能够滑移的方式连接至所述第二导轨装置204从而能够沿着所述第二导轨装置204移动以对所述待测对象(人体)进行第二扫描。所述第一导轨装置104和所述第二导轨装置204可以相互平行。
人体安检设备可以包括驱动装置400，用于驱动所述第一稀疏多发多收阵列布置100沿着所述第一导轨装置104移动和/或驱动所述第二稀疏多发多收阵列布置200沿着所述第二导轨装置204移动。人体安检设备还可以包括约束装置，所述约束装置用于约束所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200的运动关系以使所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200只能沿相反的方向移动。在一个实施例中，所述约束装置对所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200的位置关系进行约束以使所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200只能以相等的速率移动。具体地，所述约束装置是连接所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200的刚性的连接线带300。所述第一导轨装置104设有第一定滑轮103，所述第二导轨装置204设有第二定滑轮203，所述连接线带从所述第一稀疏多发多收阵列布置100依次经过第一定滑轮103和第二定滑轮203连接至所述第二稀疏多发多收阵列布置200。
在另一实施例中，如图11所示，人体安检设备包括第一框架101，第一稀疏多发多收阵列布置100在第一框架101上，从而能够在第一框架101上上下移动。人体安检设备包括第二框架201，第二稀疏多发多收阵列布置200在第二框架201上，从而能够在第二框架201上上下移动。第一框架101上可以设置第一导轨装置104，第一稀疏多发多收阵列布置100以能够滑移的方式连接至所述第一导轨装置104从而能够沿着所述第一导轨装置104移动以对待测对象(人体)进行第一扫描；第二框架201上可以设置第二导轨装置204，所述第二稀疏多发多收阵列布置200以能够滑移的方式连接至所述第二导轨装置204从而能够沿着所述第二导轨装置204移动以对所述待测对象(人体)进行第二扫描。驱动装置包括直接驱动所述第一稀疏多发多收阵列布置100的第一驱动装置401，所述第一稀疏多发多收阵列布置100通过第一驱动装置连接至第一导轨装置104。所述驱动装置包括直接驱动所述第二稀疏多发多收阵列布置200的第二驱动装置402，所述第二稀疏多发多收阵列布置200通过第二驱动装置连接至第二导轨装置204。通过这种布置，第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200可以被独立控制，例如两者的移动方向可以相同或相反，移动速度可以相同或不同。在本实施例中，不设置例如第一滑轮和第二滑轮以及刚性的连接线带300的约束装置。
在第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200一起对待测对象进行扫描的整个过程中，所述第一稀疏多发多收阵列布置100和所述第二稀疏多发多收阵列布置200发射毫米波的时刻不同。例如，当开始扫描时，通过控制开关，第一稀疏多发多收阵列布置100的发射天线依次发射毫米波信号，所述第二稀疏多发多收阵列布置200的发射天线依次发射毫米波信号。例如，当开始扫描时，通过控制开关，第一稀疏多发多收阵列布置100由最低频到最高频发射毫米波，第二稀疏多发多收阵列布置200由最高频到最低频发射毫米波；或者，第二稀疏多发多收阵列布置200由最低频到最高频，第一稀疏多发多收阵列布置100由最高频到最低频。在本实施例中，第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200可以单独扫描，两者的扫描信号被用于形成人体的图像。
根据本公开的实施例的人体安检设备还包括处理器或控制器，用于控制驱动装置以实施扫描操作，还用于处理收到的毫米波信号以将第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200的毫米波回波信号处理成人体表面的图像，还可以用于接收外部输入的指令等。
使用本公开的人体安检设备对人体例如旅客等进行安检时，仅需要人体停留在人体安检设备中，即第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200之间，第一稀疏多发多收阵列布置100和第二稀疏多发多收阵列布置200同时扫描或分别扫描人体的一侧，然后将扫描所得的信号发送给处理器或控制器，经过处理器或控制器进行图像处理形成人体的图像，完成方便快捷的检查。
在本公开的一个实施例中，还提供一种使用如上述的稀疏多发多收阵列布置对人体实施检测的方法。
虽然本总体专利构思的一些实施例已被显示和说明，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体专利构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本公开的范围以权利要求和它们的等同物限定。
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