CN101646956B - 利用电磁波对检测对象进行成像的装置 - Google Patents

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Abstract

为了利用电磁波对检测对象进行成像、尤其是检查人员是否携带可疑物品，给出了具有下列特征的装置：发射电磁波、尤其是毫米波的天线(1)，对发射波进行三维聚焦的装置，以及在高聚焦点(5)对波进行适当操控的装置，使得该点(5)可作为用来进行SAR分析的虚拟运动天线，用于进行三维聚焦的装置包括可旋转安装的、聚焦或散焦的准光学元件，用于在高聚焦点(5)对波进行操控的装置包括反射器(4)。按照本发明，准光学元件(3)和反射器可围绕一个共同的旋转轴(8)以相同的角速度旋转。

Description

利用电磁波对检测对象进行成像的装置
技术领域
本发明涉及一种利用电磁波对检测对象进行成像的装置，具有下列特征：
-发射电磁波、尤其是毫米波的天线(1)，
-对发射波进行三维聚焦的装置，以及
-在高聚焦点(5)对波进行适当操控的装置，使得该点(5)可作为用来进行SAR分析的虚拟运动天线，
--用于进行三维聚焦的装置包括一个旋转安装的、聚焦或散焦的准光学元件，且
--用于在高聚焦点(5)对波进行操控的装置包括反射器(4)。
背景技术
德国专利申请10 2005 042 463描述了这样一种用来检查人员或者行李(以下称作检测对象)是否藏匿危险物品(武器，爆炸物)的装置，使用毫米波扫描检测对象，以便检测可疑物品。使用毫米波沿着检测对象的周围连续地对其进行照射，接收散射波并且进行分析，以根据SAR原理对检测对象进行成像。
DE 10 2005 042 463所描述的装置可以应用二维SAR方法，既可以在X方向、也可以在Y方向实现很高的分辨率。采用可移动的虚拟天线即可实现SAR方法，不需要复杂的天线控制。
发明内容
本发明的任务在于，对这种类型的装置进行适当改进，以比较少的设备开销提高其分辨率，同时减少失真。
采用准光学聚焦或散焦元件以及能够围绕一个共同的旋转轴以相同角速度旋转的反射器，即可解决这一任务。这种结构可以使电磁辐射的张角变大。这样不仅能增大检测对象的扫描范围，而且也会使得用于进行SAR分析的虚拟天线孔径变大。聚焦或散焦元件的旋转轴与虚拟天线之间的间距可以设计得尽可能大，以便在检测对象上获得较大的扫描范围。
将准光学聚焦或散焦元件以及反射器布置在共同的可旋转部件之中的方式具有结构性优点。
通过将反射器设计成对电磁波聚焦或散焦的形式，就可得到望远镜那样的两个聚焦或散焦元件。这样就能以无失真的方式形成运动的虚拟源。
既可以设计成准光学元件，也可设计成聚焦反射器，从而产生一种望远镜式的紧凑结构。
最好是将准光学元件和反射器设计成反射镜。如果适当设计和布置准光学元件和反射器，使得入射到准光学元件的中心射线平行于离开反射器的中心射线，就能以尽可能简单的方式对虚拟天线的运动进行控制、分析。
附图说明
以下将根据两种实施例对本发明进行详细解释。
图1本发明所述装置的功能原理图，
图2后视图以及
图3具有Z形射线路径的装置的正视图，
图4射线路程横截面图，
图5具有U形射线路径的另一种装置，
图6这种装置的射线路径的横截面图。
具体实施方式
附图所示的装置分别为在机场用来检查飞机乘客的检测装置的一部分。在机场办理登机手续时利用检测装置检查飞机乘客是否携带了可疑物品，如武器或爆炸物。用来照射检测对象的电磁波具有1GHz～10THz之间的频率。最好使用频率在30GHz～300GHz之间的毫米波。使用发射天线本身或者使用独立的接收天线来接收反射波。
检测装置最好包括一个平台，检测对象(例如飞机乘客)在检查过程中位于平台上。按照一种实施方式所述，发射与接收系统围绕静止的检测对象转动，利用毫米波沿着检测对象的周边对其进行照射。作为替代，也可以让检测对象本身在固定安装的发射与接收系统前面的平台上转动。
检测装置还包括一个具有相应运算能力的分析系统，分析系统按照SAR原理对检测对象散射的波进行分析，以便获得检测对象的图像显示。在相应的显示设备上向操作人员显示所形成的图像。
图1和2所示的实施方式包括一个天线1，尤其是发射毫米波2的喇叭天线。毫米波2射向旋转安装的聚焦或散焦准光学元件3，该光学元件将其反射并同时聚焦。元件3最好是一个旋转聚焦的反射镜，该反射镜将射线2朝向反射器4偏转，并且在该反射器上聚焦，使得最高聚焦点5在反射器4上，并且与其一起沿着一个圆圈运动。反射器4具有适当形状，从而与旋转的元件3相互作用对成像面6作圆形扫描，如图1所示。
最高聚焦点5也就是反射器4上的反射点具有很小范围，从而可将其看成是虚拟的天线，在远场形成具有较大张角的射线束7。借助SAR算法进行分析时，需要这种大张角来获得良好的分辨率。所产生的射线束7对检测对象进行圆形扫描。
此外还使得发射与接收系统水平移动(在图1中从图面向外运动)，或者垂直运动(在图1中上下运动)，从而对检测对象进行二维扫描。如果使整个发射与接收装置围绕检测对象来回运动，则也可以从不同的视角进行扫描。
本发明的要点在于：对来自天线1的波进行聚焦或散焦的准光学元件3以及反射器4可以围绕一个共同的旋转轴以相同的角速度转动。这些实施例均为优选实施方式，准光学元件3和反射器4均为具有聚焦作用的反射镜。为了实现尽可能紧凑的结构和简化的分析，准光学元件3和反射器4均经过适当设计和布置，使得从天线1射向准光学元件3的中心射线平行于离开反射器4的发散射线束的中心射线。
附图所示两种实施方式的准光学元件3和反射器4布置在一个可以围绕旋转轴8转动的共同的部件之中。该部件最好与一个旋转传动机构相连，使其旋转轴8与从天线1射出的射线束的中心射线大致重合。旋转轴8大致在中央穿过元件3，并且与其反射面9斜交，如图1所示。包含元件3和反射器4的部件用一种低惯量轻质材料制成。其包括准光学元件3的反射面9，从天线1射入的射线被该反射面聚焦到反射器4的反射面10。围绕旋转轴转动的反射器4的反射面10因此可作为进行SAR分析所需的虚拟天线。这两种实施方式中的准光学元件3和反射器4的反射面9、10经过适当设计和布置，使得入射到准光学元件的中心射线平行于离开反射器4的中心射线。
图2和3所示的部件包含呈Z形布置的准光学元件3和反射器4。元件3的反射面9以及反射器的反射面10经过适当布置，使得从后面入射的射线(箭头11)射向反射面9，被其聚焦后转向反射器4的反射面10，接着呈发射状平行于入射射线(箭头11)并且在入射射线的方向上从该部件中向前射出(箭头12)。
图5所示为另一种U形布置型式，入射射线11射向准光学元件3的反射面9，然后(与图2所示的实施方式一样)从该反射面向上转向反射器4的反射面10。反射面10经过适当布置，使得被其反射的散射射线束(箭头12)朝向与从天线1射入的射线的入射方向(箭头11)相反的方向从该部件中再次射出。这种实施方式中射出的散射射线束的中心射线(箭头12)也是平行于入射射线束的中心射线(箭头11)。
以上所述为发射情况。由于射线路径是互反的，因此该系统可在接收情况下工作。可通过适当的器件来分离发射与接收信号，例如可通过耦合器、环行器和/或通过极化栅组成的装置将天线1与发射或接收装置相连。
同样也可以使用两个空间上紧密相邻定位的天线或天线系统来替代具有发射或接收功能的单天线1。这样天线1将由至少一个发射天线和至少一个空间上分离的接收天线组成。

Claims (8)

1.一种利用电磁波对检测对象进行成像的装置，具有下列特征：
-发射电磁波的天线(1)，
-对发射波进行三维聚焦的装置，以及
-在高聚焦点(5)对波进行操控使得该高聚焦点(5)作为用来进行SAR分析的虚拟运动天线的装置，其中
--对发射波进行三维聚焦的装置包括一个旋转安装的、聚焦或散焦的准光学元件，且
--在高聚焦点(5)对波进行操控使得该高聚焦点(5)作为用来进行SAR分析的虚拟运动天线的装置包括反射器(4)，
其特征在于，所述准光学元件(3)和反射器能够围绕一个共同的旋转轴(8)以相同的角速度旋转。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述准光学元件(3)和反射器(4)均布置在一个能够转动的共同的部件之中。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，反射器(4)也设计成对电磁波进行聚焦或散焦。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，不仅所述准光学元件(3)、而且所述反射器(4)也设计成聚焦。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，准光学元件(3)和反射器(4)被设计成反射镜。
6.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述准光学元件(3)和反射器(4)被设计和布置为使得入射到准光学元件(3)的中心射线平行于离开反射器(4)的中心射线。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置用于检查人员是否携带可疑物品。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电磁波是毫米波。
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