弧形天线臂旋转扫描安检成像装置的制作方法

本发明涉及毫米波安检成像领域，尤其涉及一种弧形天线臂毫米波安检设备。

背景技术：

近年来国内外的恐怖袭击事件频繁发生，危险物品的种类也越来越多，传统的安检手段已经不满足当前安检市场的需求。传统的金属探测器仅能探测金属违禁品，对塑料炸弹、陶瓷刀具都无能为力；x光安检设备虽然能检测所有的违禁物品，但是对人体健康有一定的威胁，不是最佳的安检手段。目前毫米波三维成像技术是一种替代传统安检手段的有效方法。目前常见的圆柱扫描三维成像系统通过两个垂直的天线臂旋转扫描来成像，该装置存在收不到人体头顶、肩膀和脖子回波的问题。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题是：解决原有毫米波安检成像装置对人体头部与胸部角度敏感性差，所获得的图像存在头顶、脖子和肩部部份回波信息缺失从而导致安检图像信息缺失的问题。

本发明解决技术的方案是：弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，包括天线臂以及处理机；所述的天线臂具有一个固定的旋转轴，包括两个垂直天线臂以及连接两个垂直天线臂的弧形天线臂；每个天线臂上按照预设间隔排布一列发射天线单元和一列接收天线单元；天线臂绕旋转轴旋转到预设角度后开始电扫描，扫描数据发送至处理机，由处理机得到三维成像结果。

优选的，天线单元之间的距离选择等间隔或者非等间隔排布。

优选的，旋转轴带动天线臂的旋转角度范围90°～140°。

优选的，相邻两次扫描旋转轴的旋转角度差0.3°～0.7°。

优选的，旋转轴的旋转角度差为0.5°。

优选的，弧形天线臂上排布的天线单元从左到右，或者从右到左每次只有一个发射天线单元工作，每次只有一个接收天线单元工作。

优选的，每次扫描时，两个垂直天线臂同时或者分别开始电扫描，采用由上到下每列天线臂只有一个发射天线单元工作和一个接收天线单元工作的收发时序。

优选的，所述的弧形天线臂优选半球形天线臂。

优选的，非等间隔排布为周期性，即每个周期内天线阵列单元非等间隔排列，整条天线阵列由若干个周期组成。

优选的，非等间隔排布的等效相位中心满足奈奎斯特采样定律，等效相位中心指发射天线单元和相应的接收天线单元连线的中心。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明提出了一种基于弧形天线臂的旋转扫描三维成像装置，通过增加弧形天线臂解决了原有毫米波安检成像装置在被检人头顶、肩部和颈部回波信号弱，在相应头部、肩部和颈部成像效果差，甚至出现部分部位缺失的问题。

附图说明

图1弧形天线臂示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步阐述。

目前的毫米波安检设备采用垂直天线臂圆周扫描来获得三维回波数据，该方式获得的回波数据存在人体头顶、脖子和肩膀的回波数据缺失导致安检图像部分缺失的问题。

本技术：
提出一种弧形天线悬臂的方法，解决了原有毫米波安检成像装置在被检人头顶、肩部和颈部回波信号弱，在相应头部、肩部和颈部成像效果差，甚至出现部分部位缺失的问题。

如图1所示，本发明装置包括天线臂以及处理机；所述的天线臂具有一个固定的旋转轴，包括两个垂直天线臂以及连接两个垂直天线臂的弧形天线臂；每个天线臂上按照预设间隔排布一列发射天线单元和一列接收天线单元；天线臂绕旋转轴旋转到预设角度后开始电扫描，扫描数据发送至处理机，由处理机得到三维成像结果。天线阵列的预设间隔排布可以是周期性的，即每个周期内天线阵列单元非等间隔排列，整条天线阵列由若干个周期组成。非等间隔排布的等效相位中心需要满足奈奎斯特采样定律。等效相位中心指发射天线单元和相应的接收天线单元连线的中心。为了尽量避免发射信号的互相干扰并节约扫描获取信号的时间，在发射接收时序上，针对图1中的弧形阵列201上按一定间隔排布一列发射天线阵列和一列接收天线阵列，采用由左到右每次只有一个发射单元工作，每次只有一个接收单元工作的单发单收工作方式，所述的单发单收指只有一个天线单元工作，只有一个接收单元工作。针对图1的垂直左天线臂202和垂直右天线臂203采用由上到下同时每列天线只有一个发射天线单元和一个接收天线单元工作的收发时序。待伺服电机控制天线臂旋转到固定角度时开始电扫描，首先控制弧形天线臂完成从左到右的电扫描，然后控制左边的垂直天线阵列和右边的天线阵列，同时完成从上到下的电扫描，旋转天线臂到下个角度，再完成此角度下天线臂的电扫描。重复上述过程，依次完成m个角度的电扫描过程，获得三维回波数据。m＝a/△a，其中a为旋转角度范围，取值90°～140°，△a为相邻旋转角度差0.3°～0.7°，优选0.5°。

弧形天线臂获得的三维回波数据与原来的柱面三维成像三维数据相比，多了上部的半球面三维数据。

处理机分别对弧形天线臂和垂直天线臂每个角度下电扫描得到的数据进行处理，每个角度下的成像结果相干相加分别得到球面成像结果和柱面成像结果，将同一成像区域的球面成像结果和柱面成像结果相干相加得到最终的三维成像结果；

处理机针对垂直天线臂和弧形天线臂的数据处理采用目前常用的天线处理方式，下面给出一种推荐的处理方式，具体为：

对垂直天线臂电扫描得到数据处理可以参照如下步骤：

对垂直天线臂当前角度电扫描得到的圆柱天线阵回波信号完成方位维数据补偿后，在高程方向进行非均匀傅里叶变换，之后进行匹配滤波，得到处理后波束域的数据；

把所述处理后波束域的数据做距离向插值，从非均匀插值到均匀，之后进行两维逆傅里叶变换，得到垂直天线臂在当前角度下的成像结果；

将垂直天线臂在当前角度下的成像结果利用角度维bp算法，得到柱面三维成像结果；

对弧形天线臂电扫描得到数据处理可以参照如下步骤：

针对弧形天线臂当前角度下的电扫描数据完成方位维数据补偿后，依次通过距离方向傅里叶变换和方位高程方向bp成像，得到弧面三维成像结果。

弧面成像结果和球面成像结果所选的三维成像区域大小必须完全相同，以便于最后的相干叠加成像，为了提高计算速度，对于弧面成像结果，由于弧形天线阵列对下半部分区域的成像贡献有限，我们可以只计算成像区域的上半部分，下半部分补零后扩展到与柱面成像结果的成像区域相同，最后再矢量相加得到最后的成像结果。同理对于被检人的头顶部分，对其成像起主要作用的弧形天线阵列，柱面天线阵列可以对人的头顶以下的成像区域进行成像，头顶以上的部分通过弧形天线阵列进行三维成像。然后通过补零或者其他操作使得成像区域补齐后，完成矢量相加从而得到最终的成像结果。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员的公知常识。

技术特征：

1.弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：包括天线臂以及处理机；所述的天线臂具有一个固定的旋转轴，包括两个垂直天线臂以及连接两个垂直天线臂的弧形天线臂；每个天线臂上按照预设间隔排布一列发射天线单元和一列接收天线单元；天线臂绕旋转轴旋转到预设角度后开始电扫描，扫描数据发送至处理机，由处理机得到三维成像结果。

2.根据权利要求1所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：天线单元之间的距离选择等间隔或者非等间隔排布。

3.根据权利要求1所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：旋转轴带动天线臂的旋转角度范围90°～140°。

4.根据权利要求3所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：相邻两次扫描旋转轴的旋转角度差0.3°～0.7°。

5.根据权利要求4所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：旋转轴的旋转角度差为0.5°。

6.根据权利要求1所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：弧形天线臂上排布的天线单元从左到右，或者从右到左每次只有一个发射天线单元工作，每次只有一个接收天线单元工作。

7.根据权利要求1所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：每次扫描时，两个垂直天线臂同时或者分别开始电扫描，采用由上到下每列天线臂只有一个发射天线单元工作和一个接收天线单元工作的收发时序。

8.根据权利要求1所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：所述的弧形天线臂为半球形天线臂。

9.根据权利要求2所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：非等间隔排布为周期性，即每个周期内天线阵列单元非等间隔排列，整条天线阵列由若干个周期组成。

10.根据权利要求2或9所述的弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，其特征在于：非等间隔排布的等效相位中心满足奈奎斯特采样定律，等效相位中心指发射天线单元和相应的接收天线单元连线的中心。

技术总结
弧形天线臂旋转扫描安检成像装置，包括天线臂以及处理机；所述的天线臂具有一个固定的旋转轴，包括两个垂直天线臂以及连接两个垂直天线臂的弧形天线臂；每个天线臂上按照预设间隔排布一列发射天线单元和一列接收天线单元；天线臂绕旋转轴旋转到预设角度后开始电扫描，扫描数据发送至处理机，由处理机得到三维成像结果。

技术研发人员：任百玲;孙兆阳;阙凯峰;刘昊;许戎戎
受保护的技术使用者：北京遥测技术研究所;航天长征火箭技术有限公司;北京航天金泰星测技术有限公司
技术研发日：2020.06.30
技术公布日：2021.06.11