CN103235342A - 一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种人体隐匿武器监控的毫米波探头装置及控制方法，毫米波探头由工作于毫米波频率的毫米波天线、毫米波放大器、毫米波检波器，工作于低频频率的直流放大器、信号处理单元以及电源供给单元，PC机组成。毫米波探头进行监控时，人体向毫米波探头方向行进，从人体进入毫米波探头监控区域，到人体出毫米波探头监控区域，毫米波探头向PC机输出监控信号，如果人体未隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一近似的钟形脉冲信号，PC机做出人体未隐匿武器的判断，发布放行指令，如果人体隐匿武器，则毫米波探头向PC机输出的监控信号非钟形脉冲信号，其特征为信号顶部有凹陷，则PC机做出人体隐匿武器的判断，发布告警指令。

Description

一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置及控制方法

技术领域

本发明属于监控设备技术领域，尤其涉及一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置及控制方法。

背景技术

现有监控技术，监控技术已具有悠久的历史，在传统上广泛应用于安防与反恐领域，是协助公共安全部门打击犯罪、维持社会安定的重要手段，随着技术的发展，各种监控技术正越来越广泛地得到应用；

视频监控技术是利用视频摄像探头探测、监视设防区域，实时显示、记录现场图像，检索和显示历史图像的电子系统或网络系统，具有实时、清晰度高、容易解读等特点，因而在安防与反恐监控技术领域得到最广泛应用，其不足之处在于：

不能全天候工作，因而在无光线的环境无法工作；

不具有烟、尘、雾等恶劣环境的穿透能力，因而在上述环境中无法工作；

不具有人体衣物穿透能力，因而不能发现人体衣物下隐匿武器。

红外监控技术：自然界中，一切物体都会辐射不同波长的红外线，因此能够利用红外探测装置检测出监控目标本身和背景之间的红外辐射，从而得到红外图像，红外监控技术具有分辨率高、全天候的工作特点，不论是在白天还是黑夜，都可以进行人员监控，其不足之处在于：

对烟、尘、雾等恶劣环境无穿透能力，因而在上述环境中无法工作；

具有一定的人体衣物穿透能力，但不能穿透厚重的人体衣物或一些人造合成材料，因而在人体隐匿武器的监控领域应用有局限；

不能够分辨出人体隐匿的一些具有现代化特点的武器，如塑料枪支、陶瓷刀具、塑胶炸药等；

微波监控技术：微波监控技术一般采用微波雷达探头，向监控目标发射微波，并接收目标的散射微波，来进行目标的识别与判断，这种微波雷达探头，具有烟、尘、雾的穿透性，也具有穿透人体衣物的能力，因而能够全天候工作，进行人体隐匿武器的远程监控，其不足之处在于：

分辨率较低，因而对一些较小的人体隐匿武器无法判断和识别；

必须向监控目标发射微波，容易被对方发觉，并带来积累性的辐射伤害，一般不容易为公众接受。

因此，应用于安防与反恐领域的人体隐匿武器监控，急需一种能够全天候工作、穿透能力强、能识别非金属制武器、具有较高分辨率的探头装置与方法。

现有人体隐匿武器的毫米波近程检测与远程监控技术

毫米波是指频率介于30～300GHz(波长介于10～1mm)的电磁波，其频谱介于微波与红外之间，因而兼有微波与红外探测器的优点，并具有二者没有的特点：

与微波探测相似，毫米波探测不仅具有穿透烟、雾、尘等恶劣环境探测目标的能力，而且具有穿透人体衣物、合成树脂、塑料、木制品、皮革等材料探测目标的能力；

与红外探测相似，毫米波探测具有较高的探测分辨率；

与微波探测器相比，毫米波探测设备的尺寸要小的多，更容易小型化；

与红外探测器相比，毫米波的传播受气候的影响要小的多，可以认为毫米波探测具有全天候的工作特性；

由于毫米波及其探测技术的上述特点，基于毫米波的探测装置与方法得到了迅速的发展，

在人体隐匿武器检测中应用毫米波技术，已得到极大的发展，在极近距离(0.5～1米)的毫米波人体安检技术方面，美国交通运输局(TSA)从2008年起，已批准在美国各大机场已投入使用美国L-3公司的毫米波全息成像安检系统产品；在近距离(1～5米)的毫米波人体安检技术方面，美国Brijot公司的被动毫米波成像安检系统产品已在海关等重要场合应用。

在远程(＞5米)监控技术领域，毫米波全息成像安检系统产品无法进行成像检测，被动毫米波成像安检系统产品虽然能够成像，但是图像的分辨率远达不到目标识别的要求，因此，毫米波技术目前尚未应用在人体隐匿武器的远程监控技术上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置及控制方法，旨在解决毫米波技术目前尚未应用在人体隐匿武器的远程监控技术上的问题。

本发明是这样实现的，一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置及控制方法，所述毫米波人体隐匿武器监控的探头装置包括：毫米波天线、毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元、PC机、电源供给单元；

毫米波天线，用于接收人体发射的毫米波；

毫米波放大器，与所述毫米波天线连接，接收所述毫米波天线的毫米波信号，用于对接收的毫米波信号进行放大处理；

毫米波检波器，与所述毫米波放大器连接，接收所述毫米波放大器的放大的毫米波信号，用于进行毫米波能量的平方率检波，输出表征人体目标毫米波辐射特征的直流电压信号；

直流放大器，与所述毫米波检波器连接，接收所述毫米波检波器的直流电压信号，用于对直流电压信号进行放大处理；

信号处理单元，与所述直流放大器连接，接收经过所述直流放大器放大的直流电压信号，用于对放大的直流电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号处理；

PC机，与所述信号处理单元连接，接收所述信号处理单元处理的直流电压信号，用于通过对人体目标信号的特征识别，进行人体有无隐匿武器的判断，并发出相应指令；

电源供给单元，与所述毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元连接，用于提供电源动力给所述的毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元。

进一步、所述毫米波放大器、毫米波检波器均为微波/毫米波单片集成电路芯片。

进一步、所述毫米波放大器芯片，采取级联的方式，级联多片(≥1片)毫米波放大器芯片。

进一步、所述毫米波放大器和毫米波检波器的芯片，采用多芯片集成技术，集成在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

进一步、所述毫米波天线为单一接收天线，平面微带结构，制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

进一步、所述直流放大器、信号处理单元、电源供给单元集成在单片低频电路板上。

进一步、所述毫米波天线所在的单片毫米波电路板、毫米波放大器与毫米波检波器所在的单片毫米波电路板和直流放大器与信号处理单元、电源供给单元所在的单片低频电路板，为层状平行结构，探针进行垂直通孔连接，层间有一定厚度的空气介质空间。

进一步、所述毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，可单个使用，亦可多个使用、组网使用。

本发明的另一目的在于提供一种毫米波人体隐匿武器监控方法，所述毫米波人体隐匿武器监控方法包括以下步骤：

步骤一、毫米波探头进行监控，人体向毫米波探头方向行进，之后执行步骤二；

步骤二、人体进入毫米波探头监控区域，人体出毫米波探头监控区域，毫米波探头向PC机输出监控信号，之后执行步骤三；

步骤三、人体未隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一钟形脉冲信号，PC机做出人体未隐匿武器的判断，发布放行指令，则结束，否则执行步骤四；

步骤四、人体隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一非钟形脉冲信号，信号顶部有凹陷，则PC机做出人体隐匿武器的判断，发布告警指令，则结束。

本发明的人体隐匿武器监控的毫米波探头装置，毫米波探头由工作于毫米波频率的毫米波天线、毫米波放大器、毫米波检波器，工作于低频频率的直流放大器、信号处理单元以及电源供给单元，PC机组成。毫米波探头进行监控时，人体向毫米波探头方向行进，从人体进入毫米波探头监控区域，到人体出毫米波探头监控区域，毫米波探头向PC机输出监控信号，如果人体未隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一近似的钟形脉冲信号，PC机做出人体未隐匿武器的判断，发布放行指令，如果人体隐匿武器，则毫米波探头向PC机输出的监控信号非钟形脉冲信号，其特征为信号顶部有凹陷，则PC机做出人体隐匿武器的判断，发布告警指令。此外，本发明结构简单，操作方便，稳定性高，提供了一种性能优良的人体隐匿武器监控的毫米波探头装置。

附图说明

图1是本发明实施例提供的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的毫米波人体隐匿武器监控的方法的流程图。

图中：1、毫米波天线；2、毫米波放大器；3、毫米波检波器；4、直流放大器；5、信号处理单元；6、PC机；7、电源供给单元。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1示出了本发明提供的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置结构。为了便于说明，仅仅示出了与本发明相关的部分。

本发明的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，该毫米波人体隐匿武器监控的探头装置包括：毫米波天线、毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元、PC机、电源供给单元；

毫米波天线，用于接收人体发射的毫米波；

毫米波放大器，与毫米波天线连接，接收毫米波天线的毫米波信号，用于对接收的毫米波信号进行放大处理；

毫米波检波器，与毫米波放大器连接，接收毫米波放大器的放大的毫米波信号，用于进行毫米波能量的平方率检波，输出表征人体目标毫米波辐射特征的直流电压信号；

直流放大器，与毫米波检波器连接，接收毫米波检波器的直流电压信号，用于对直流电压信号进行放大处理；

信号处理单元，与直流放大器连接，接收经过直流放大器放大的直流电压信号，用于对放大的直流电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号处理；

PC机，与信号处理单元连接，接收信号处理单元处理的直流电压信号，用于通过对人体目标信号的特征识别，进行人体有无隐匿武器的判断，并发出相应指令；

电源供给单元，与毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元连接，用于提供电源动力给的毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波放大器、毫米波检波器均为微波/毫米波单片集成电路芯片。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波放大器芯片，采取级联的方式，级联多片(≥1片)毫米波放大器芯片。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波放大器和毫米波检波器的芯片，采用多芯片集成技术，集成在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波天线为单一接收天线，平面微带结构，制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

作为本发明实施例的一优化方案，直流放大器、信号处理单元、电源供给单元集成在单片低频电路板上。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波天线所在的单片毫米波电路板、毫米波放大器与毫米波检波器所在的单片毫米波电路板和直流放大器与信号处理单元、电源供给单元所在的单片低频电路板，为层状平行结构，探针进行垂直通孔连接，层间有一定厚度的空气介质空间。

作为本发明实施例的一优化方案，毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，可单个使用，亦可多个使用、组网使用。

下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。

如图1所示，本发明实施例的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置主要由毫米波天线1、毫米波放大器2、毫米波检波器3、直流放大器4、信号处理单元5、PC机6、电源供给单元7组成；毫米波探头由工作于毫米波频率的毫米波天线1、毫米波放大器2、毫米波检波器3，工作于低频频率的直流放大器4、信号处理单元5以及电源供给单元7，PC机6组成。毫米波放大器、毫米波检波器均为微波/毫米波单片集成电路芯片。毫米波放大器2的芯片，采取级联的方式，级联多片(≥1片)毫米波放大器2芯片，毫米波放大器2和毫米波检波器3的芯片，采用多芯片集成技术，集成在高频低损耗的单片毫米波电路板上，毫米波天线1为单一接收天线，平面微带结构，制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上，直流放大器4、信号处理单元5、电源供给单元6集成在单片低频电路板上，毫米波天线1所在的单片毫米波电路板、毫米波放大器2与毫米波检波器3所在的单片毫米波电路板和直流放大器4与信号处理单元5、电源供给单元7所在的单片低频电路板，为层状平行结构，探针进行垂直通孔连接，层间有一定厚度的空气介质空间。

毫米波探头进行人体隐匿武器监控，被监控人员向毫米波探头行进的过程中，毫米波天线1不向目标发射毫米波，单纯接收人体目标的辐射毫米波，经级联的毫米波放大器2放大后，其毫米波信号的功率表述如下：

P＝kTΔf  (1)

式中，

k：玻耳兹曼常数＝1.38×10^-23J·K^-1；

T：表征目标辐射特征的毫米波辐射温度，单位K(开尔文)；

Δf：毫米波探头的接收机带宽，单位Hz，

放大后的毫米波信号进入毫米波检波器3，进行毫米波能量的平方率检波，输出表征人体目标毫米波辐射特征的直流电压信号，该电压信号与表征目标辐射特性的毫米波辐射温度之间成正比关系，即：

U∝T  (2)

直流电压信号经直流放大器4放大后，进入信号处理单元5进行去噪、平滑、模数变换，采样等信号处理后，送入PC机6，PC机6通过对人体目标信号的特征识别，进行人体有无隐匿武器的判断，并发出相应指令。

毫米波监控探头工作时，人体向探头方向行进，

当未隐匿武器的人体经过毫米波探头监控区域时：人体逐渐进入毫米波探头区域，因人体的毫米波辐射温度大于背景的辐射温度，探头输出逐渐上升的电压信号；人体全部进入毫米波探头区域，探头原来输出的逐渐上升的电压信号达到最大点，并随着人体逐渐走出毫米波探头区域，电压信号出现拐点；当人体逐渐走出毫米波探头区域，探头输出逐渐下降的电压信号；

在上述未隐匿武器的人体经过毫米波探头区域是，毫米波探头输出的是一逐渐上升至最大点，然后逐渐下降的近似钟形脉冲的电压信号。

当隐匿有武器(包含金属或非金属制武器)的人体经过毫米波探头监控区域时：虽然人体的毫米波辐射温度大于背景的辐射温度，但无论是金属还是非金属制的武器的毫米波辐射温度要小于背景辐射温度，并远小于人体辐射温度，所以探头原来输出的单调上升，到达最高点后，单调下降的近似钟形脉冲电压信号将不再出现，而是出现一非钟形脉冲电压信号，其特征为上升沿非单调上升，其下降沿非单调下降，顶部有凹陷，

如图2所示，当人体逐渐进入毫米波探头监控区域时，毫米波探头开始监控到人体，如人体未隐匿武器，毫米波探头向PC机6输出的监控信号为一近似钟形脉冲信号，PC机6做出人体未隐匿武器的判断，发布放行指令；如人体隐匿有武器，毫米波探头向PC机6输出的监控信号为一非钟形脉冲信号，其特征为信号顶部有凹陷，则PC机6做出人体隐匿武器的判断，发布告警指令。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波人体隐匿武器监控的探头装置包括：毫米波天线、毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元、PC机、电源供给单元；

毫米波天线，用于接收人体发射的毫米波；

毫米波放大器，与所述毫米波天线连接，接收所述毫米波天线的毫米波信号，用于对接收的毫米波信号进行放大处理；

毫米波检波器，与所述毫米波放大器连接，接收所述毫米波放大器的放大的毫米波信号，用于进行毫米波能量的平方率检波，输出表征人体目标毫米波辐射特征的直流电压信号；

直流放大器，与所述毫米波检波器连接，接收所述毫米波检波器的直流电压信号，用于对直流电压信号进行放大处理；

信号处理单元，与所述直流放大器连接，接收经过所述直流放大器放大的直流电压信号，用于对放大的直流电压信号进行去噪、平滑、模数变换，采样信号处理；

PC机，与所述信号处理单元连接，接收所述信号处理单元处理的直流电压信号，用于通过对人体目标信号的特征识别，进行人体有无隐匿武器的判断，并发出相应指令；

电源供给单元，与所述毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元连接，用于提供电源动力给所述的毫米波放大器、毫米波检波器、直流放大器、信号处理单元。

2.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波放大器、毫米波检波器均为微波/毫米波单片集成电路芯片。

3.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波放大器芯片，采取级联的方式，级联多片毫米波放大器芯片。

4.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波放大器和毫米波检波器的芯片，采用多芯片集成技术，集成在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

5.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波天线为单一接收天线，平面微带结构，制作在高频低损耗的单片毫米波电路板上。

6.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述直流放大器、信号处理单元、电源供给单元集成在单片低频电路板上。

7.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波天线所在的单片毫米波电路板、毫米波放大器与毫米波检波器所在的单片毫米波电路板和直流放大器与信号处理单元、电源供给单元所在的单片低频电路板，为层状平行结构，探针进行垂直通孔连接，层间有一定厚度的空气介质空间。

8.如权利要求1所述的毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，其特征在于，所述毫米波人体隐匿武器监控的探头装置，可单个使用，亦可多个使用、组网使用。

9.一种毫米波人体隐匿武器监控方法，其特征在于，所述毫米波人体隐匿武器监控方法包括以下步骤：

步骤一、毫米波探头进行监控，人体向毫米波探头方向行进，之后执行步骤二；

步骤二、人体进入毫米波探头监控区域，人体出毫米波探头监控区域，毫米波探头向PC机输出监控信号，之后执行步骤三；

步骤三、人体未隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一钟形脉冲信号，PC机做出人体未隐匿武器的判断，发布放行指令，则结束，否则执行步骤四；

步骤四、人体隐匿武器，毫米波探头向PC机输出的监控信号为一非钟形脉冲信号，信号顶部有凹陷，则PC机做出人体隐匿武器的判断，发布告警指令，则结束。

Images