CN102630300B - 确定电介质物体的电介质介电常数的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电子工程领域，且更具体地涉及电介质的电介质介电常数的远程测量。为了确定电介质物体相对于反射体背景的电介质介电常数，利用N个频率的相干微波辐射来照射电介质物体，以便产生电介质物体和反射体的三维微波图像，并且与微波辐射源同步地利用两个或多个视频摄像机来产生视频图像。所述视频图像被转换为数字形式并且构造出给定区域的三维视频图像。三维视频图像和微波图像被转换到一般坐标系统中。计算微波辐射源与没有电介质物体的反射体之间的距离Z₁以及微波辐射源与电介质物体区域中反射体的微波图像部分之间的距离Z₂。基于视频图像，在一般坐标系统中确定微波辐射源与电介质物体的视频图像之间的距离Z₃。随后根据关系（I）来确定电介质物体的电介质介电常数。本发明使得能够远程地确定运动的不规则形状的电介质物体的电介质介电常数。

Description

确定电介质物体的电介质介电常数的方法

技术领域

本发明涉及电子工程领域，且更具体地涉及电介质的电介质介电常数的远程测量。

背景技术

确定材料的电介质介电常数的一种公知方法包括使用双臂发射器利用电磁波来照射一取样、改变发射器双臂中的信号相位之间的差并且测量以一角度发射的波的幅度、以及确定电介质介电常数。通过改变发射器双臂中的信号相位之间的差，会消除所发射波的幅度对所述臂的长度的依赖。通过下列公式来确定电介质介电常数：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{{\mathrm{\λ}}_0^2}{{\mathrm{Sin}}^{2}Q}\·{(\frac{1}{\mathrm{\Δ}}-\frac{1}{{\mathrm{\λ}}_b})}^2,$

其中λ_o是自由空间波长；λ_b是双臂发射器中的波长；Δ是针对所发射波的“零”幅度的周期，以及角度θ是根据下列关系选择的：

$(\frac{d_k}{{\mathrm{\&lambda;}}_b}-1)<\frac{d_k}{{\mathrm{\&lambda;}}_0}\sqrt{\mathrm{\&epsiv;}}\mathrm{Sin\&theta;}<(\frac{d_k}{{\mathrm{\&lambda;}}_b}+1),$

其中d_k是发射器的臂的最大尺寸，请参看USSR专利No.SU 1800333A1。

这种方法的缺点是它需要发射器与其电介质介电常数将要确定的物体之间的接触。而且，该取样必须表面平坦以便确保与发射器相接触。这些要求并不允许使用这种方法用于远程确定物体的电介质介电常数。

确定电介质物体的电介质介电常数的另一种公知方法采用N个频率的相干微波辐射（coherent microwave radiation）来照射电介质物体。相对于反射体的背景进行照射，从而物体的层之间的边界、或者电介质物体与空气之间的边界、或者其上放置被测试电介质物体的物理本体用作反射体。从电介质物体和反射体反射的信号被记录。检测到的信号在时域上被转换。确定时间谱中的高峰时间分量（Peak temporal component）并且测量所确定的高峰时间分量的时间。使用这些数据来确定电介质介电常数和层的厚度。在角度象限上进行探测（Probing）和接收。随后通过下列公式来确定电介质介电常数和层的厚度：

${\mathrm{\&epsiv;}}_i=\frac{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_1}\mathrm{Sin}{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}*c*(t_i-\frac{2}{c}\underset{p=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_p}\mathrm{\&Delta;}{1}_p}{\sqrt{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_1/{\mathrm{\&epsiv;}}_p*{\mathrm{Sin}}^2{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}}})}{2*(\frac{d}{2}-\underset{p-1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\mathrm{\&Delta;}{1}_p*\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_1\mathrm{Sin}{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}}{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_p-{\mathrm{\&epsiv;}}_1{\mathrm{Sin}}^2{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}}})};$

$\mathrm{\&Delta;}{1}_i=(t_i-\frac{2}{c}\underset{p=1}{\overset{i-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\frac{\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_{p_1}}*\mathrm{\&Delta;}{1}_p}{\sqrt{1-{\mathrm{\&epsiv;}}_1/{\mathrm{\&epsiv;}}_p*{\mathrm{Sin}}^2{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}}})*\frac{c*\sqrt{1-\frac{{\mathrm{\&epsiv;}}_1}{{\mathrm{\&epsiv;}}_i}{\mathrm{Sin}}^2{\mathrm{\&theta;}}_{\mathrm{nao}1}^{\left(i\right)}}}{2\sqrt{{\mathrm{\&epsiv;}}_i}},$

其中i是层的数量；ε_i和ε_p是层i和p的电介质介电常数；ε₁是其上进行信号的探测和接收的媒介的电介质介电常数；Δl_i是i层的厚度；其中h₁和h₂分别是第一层与第二层的边界到从中进行探测的点以及信号接收点之间的高度；是从层i与i+1之间的边界反射的接收信号的角度；c是光速；t_i是与来自层i与i+1之间的边界的信号的反射对应的时间谱的高峰i组分的频率；以及d是探测的点与信号接收点之间的距离的探测表面上的投影，请参考俄罗斯专利No.RU 2039352 C1。

用作本发明的原型的这种方法的缺点是需要电介质物体的层的平行结构。如果物体由单层组成，则它的侧面应当平行。因此这种方法可被仅用于具有所需特征的定制物体。而且，这种方法也要求微波辐射朝向电介质物体的入射和反射的角度是明确的。

上述内容呈现事实上不能使用这种方法来确定具有不平行层或侧面的运动和隐藏物体的电介质介电常数，尤其对于人体上隐藏的电介质爆炸化合物的存在的隐秘检测。已知的是，巨量的这种化合物的电介质介电常数介于2,9-3,1之间。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于远程确定不规则形状的运动电介质物体的电介质介电常数的方法。

本发明提供了一种用于确定电介质物体相对于反射体背景的电介质介电常数的方法，所述方法包括：

利用N个频率的相干微波辐射来照射电介质物体，

检测从电介质物体和反射体反射的信号，

相干处理检测到的信号并且接收电介质物体和反射体的三维微波图像；

使用两个或更多视频摄像机与微波辐射源同步地另外获得一区域的视频图像，所述电介质物体和反射体位于所述区域中；

将所获得的视频图像转换为数字形式并且构造所述区域的三维视频图像；

将三维视频图像和微波图像转换到一般坐标系统中；

根据一般坐标系统中的微波图像，确定微波辐射源与没有电介质物体的反射体的微波图像的部分之间的距离Z₁、以及微波辐射源与电介质物体的部分中的反射体的微波图像的部分之间的距离Z₂；

基于视频图像，在一般坐标系统中确定微波辐射源与电介质物体的视频图像之间的距离Z₃；从而

根据以下关系确定电介质物体的电介质介电常数ε：

$\mathrm{\&epsiv;}={\left(\frac{z_2-z_3}{z_1-z_3}\right)}^2.$

申请人不知道与请求保护的主题相同的任何技术方案。这暗示本发明符合新颖性的要求。

本发明的特征的实现导致请求保护的主题的新的重要特征。事实上，本发明使得能够远程地确定运动的不规则形状的电介质物体的电介质介电常数。

申请人不知道提供关于本发明的特征与所实现的技术效果之间的关系的任何知识的任何信息源。以申请人的角度来看，上面概述的请求保护的主题的新的特征论证本发明的主题符合非显而易见性的要求。

附图说明

下面，通过不参考附图的示例的详细描述来解释本发明。

具体实施方式

为了示范所述用于确定电介质物体相对于反射体背景的电介质介电常数的方法，使用试验模型（test dummy）来模仿用作反射体的人体。所述模型具有附着到身体的电介质物体（蜂蜡）。该实验的目的是确定蜂蜡的电介质介电常数。以频率范围从8到12GHz的14个等距频率的相干微波辐射来照射具有附着的电介质物体的测试模型。使用转换平面天线阵列来进行照射，该转换平面天线阵列具有六角形结构的发射元件并且包括256个初级发射器。被反射的信号以两个正交分量的形式被两个平行接收通道接收并且被12位的模数转换器检测。来自接收通道的输出的对应于检测到的散射电磁场的电分量的数据被传送到计算机，其中使用聚焦方法（相干处理）来形成微波图像。微波图像对应于仅一个三维表面，该三维表面是用对应于电介质物体的散射体和反射体的重构结构的最大密度值的点形成的。在通过微波照射进行辐射的同时，使用两个数字空间分离的视频摄像机SDU-415来获得电介质物体和反射体的视频图像。使用该数据，构造出具有电介质物体和反射体的部分的三维视频图像。该微波图像和三维视频图像被转换到一般坐标系统中。在这种特殊情况下，通过天线阵列平面和与其垂直的轴并且在它的中心交叉天线来设定一般坐标系统。在一般坐标系统中分析微波图像和三维视频图像。确定Z₁的值（微波辐射源与没有电介质物体的反射体的微波图像部分之间的距离），并且确定微波辐射源与其中电介质物体所在的反射体的微波图像的部分之间的距离Z₂。使用视频图像，确定微波辐射源与电介质物体的视频图像之间的距离Z₃。物体相对于反射体背景的电介质介电常数根据下列关系来确定：

$\mathrm{\&epsiv;}={\left(\frac{z_2-z_3}{z_1-z_3}\right)}^2.$

在我们的特殊示例中，距离如下：

Z₁=122cm，Z₂=128cm，Z₃=112cm，和

ε=2.56。

基于所确定的检验物体的值ε，人们可以得出该物体不属于广泛传播且当前使用的爆炸化合物，例如TNT、黑素金炸药、三硝基苯甲硝胺炸药或塑胶炸药。

本发明也可用于其他目的，例如用于确定电子工业中使用的电介质的物理特性。

工业实用性

为了执行本发明，使用了已知的材料和设备。因此在申请人的观念上，本发明符合工业实用性的需求。

Claims (1)

1.一种确定电介质物体相对于反射体背景的电介质介电常数的方法，所述方法包括：

利用N个频率的相干微波辐射来照射电介质物体，

检测从电介质物体和反射体反射的信号，从而所述方法进一步包括：

相干处理检测到的信号并且接收电介质物体和反射体的三维微波图像；

使用两个或更多视频摄像机与微波辐射源同步地另外获得一区域的视频图像，所述电介质物体和反射体位于所述区域中；

将所获得的视频图像转换为数字形式并且构造所述区域的三维视频图像；

将三维视频图像和微波图像转换到一般坐标系统中；

根据一般坐标系统中的微波图像，确定微波辐射源与没有电介质物体的反射体的微波图像的部分之间的距离Z₁、以及微波辐射源与电介质物体的部分中的反射体的微波图像的部分之间的距离Z₂；

基于视频图像，在一般坐标系统中确定微波辐射源与电介质物体的视频图像之间的距离Z₃；从而

根据以下关系确定电介质物体的电介质介电常数ε：

$\mathrm{\&epsiv;}={\left(\frac{z_2-z_3}{z_1-z_3}\right)}^2.$