CN105572667A - 包裹安全检测系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种包裹安全检测系统，包括：发射天线，用于向被测包裹发送毫米波发射信号；接收天线，用于接收从被测包裹返回的回波信号；毫米波收发模块，用于生成发送给被测包裹的毫米波发射信号并接收和处理来自接收天线的回波信号；扫描装置，用于固定并移动毫米波收发模块、发射天线和接收天线；数据采集和处理模块，用于采集和处理从毫米波收发模块输出的回波信号以生成被测包裹的三维图像；以及图像显示单元，用于显示由数据采集和处理模块生成的三维图像。此外，本发明还提供了包裹安全检测方法。本发明的技术方案具有结构简单、分辨率高、成像时间短、视场较大等优势。

Description

包裹安全检测系统和方法

技术领域

本发明涉及基于线性调频技术、超外差探测原理和全息成像原理的毫米波三维成像系统，具体地，涉及包裹安全检测系统和方法。

背景技术

毫米波的频率为30GHz到300GHz(波长从1mm到10mm)，在实际工程应用中，常把毫米波的低端频率降到26GHz。在电磁波谱中，毫米波频率的位置介于微波与红外之间。与微波相比，毫米波的典型特点是波长短、频带宽(具有很广阔的利用空间)以及在大气中的传播特性。与红外相比，毫米波具有全天候工作的能力并且可用于烟尘，云雾等恶劣环境下。在微波频段越来越拥挤的情况下，毫米波兼顾微波的优点，并且还具备低频段微波所不具备的一些优点。

具体来说，毫米波主要有以下几个特点：1、精度高，毫米波雷达更容易获得窄的波束和大的绝对带宽，使得毫米波雷达系统抗电子干扰能力更强；2、在多普勒雷达中，毫米波的多普勒频率分辨率高；3、在毫米波成像系统中，毫米波对目标的形状结构敏感，区别金属目标和背景环境的能力强，获得的图像分辨率高，因此可提高对目标识别与探测能力4、毫米波能够穿透等离子体；5、与红外激光相比，毫米波受恶劣自然环境的影响小；6、毫米波系统体积小、重量轻，因此与微波电路相比，毫米波电路尺寸要小很多，从而毫米波系统更易集成。正是这些独特的性质赋予了毫米波技术的广泛应用前景，尤其是在无损检测和安检领域。

在毫米波成像发展初期，毫米波成像系统都使用单通道的机械扫描体制，这种成像体制结构简单但扫描时间比较长。为了缩短扫描时间，Millivision公司研制了Veta125成像仪，该成像仪除发射扫描系统外，还具有8×8的阵列接收机制，但这种成像仪更适合于室外大范围的远程监测，而且视场不到50厘米。Trex公司还研制了一套PMC-2成像系统，此成像系统中的天线单元采用了3mm相控阵天线的技术。PMC-2成像系统采用了中心频率为84GHz的毫米波，这种成像系统的工作频率由于接近太赫兹频段，因而成本较高。LockheedMartin公司也研制了一套焦平面成像阵列成像系统，其采用的毫米波的中心频率为94GHz。TRW公司研制了一套被动的毫米波成像系统，此套系统采用的毫米波的中心频率为89GHz。LockheedMartin和TRW这两家公司的成像系统的视场都较小，通常也不到50厘米。

现阶段在毫米波成像领域，毫米波成像研究成果主要集中在西北太平洋实验室(PacificNorthwestNationalLaboratory)。此实验室中的McMakin等人，开发了一套三维全息成像扫描系统，此套成像系统的扫描机制是基于圆柱扫描，并且这套系统已经实现了毫米波成像系统的商业化。该成像系统采用的是主动成像机制，通过全息算法反演得到目标的三维毫米波图像。此项技术已经授权L-3Communications和SaveView有限公司，他们生产出的产品分别用于车站码头等场所的安检系统中和试选服装之中。但是由于这种系统采用了384个收发单元，因而成本始终没法降下来。目前西北太平洋实验室正致力于更高频率的毫米波成像系统的开发研制。

除上面介绍的实验室和公司外，在英国、美国等国家，也有很多的科研院所和企业参与了毫米波成像技术的研究，如美国的陆军海军空军研究实验室和海军沿海基地等公司以及Delaware，Arizona等大学、英国的Reading大学、Durham大学和Farran公司等。

除英美国之外，德国的微波与雷达研究所(MicrowaveandRadarInstitute)和德国的航空中心(GermanAerospaceCenter)也有参与毫米波成像技术的研究。澳大利亚的ICT中心，日本的NEC公司等都有相关毫米波成像研究成果的报道。但是，这些单位的毫米波研究要么处于实验室阶段，要么研制出的产品价格非常高昂，或者检测的视场较小。

国际上由于政治和民族的原因引起的争端不断，爆炸等恐怖袭击不断，毒品走私的不法犯罪活动也日益猖獗。随着科学技术的发展，不法犯罪份子的犯罪手段越来越隐蔽和多样化，安全问题变得日益突出。如何减少恐怖袭击和走私等违法犯罪活动成为各方关注的问题，而毫米波三维全息成像检测系统能够识别装在容器或包裹内的违禁品。

传统的安检设备往往采用的是被动式的毫米波安检系统，利用物体自身的物理性能和温度高低辐射的电磁波来进行成像。例如毫米波摄像机，毫米波可以穿透任何绝缘材料、所有衣物布料及大多数建筑材料，所以在毫米波摄像机面前，包裹中藏匿的手枪、炸弹、毒品等违禁物就能够分辨出来。但是被动式的毫米波安检系统只能进行二维成像，且被动式的并不能将吸收能力强的较薄的物体(例如金属)和吸收能力弱的较厚的物体(例如爆炸品)区分开来。

目前，安检系统也有采用主动式的微波成像装置，主动式的微波成像装置与毫米波摄像机不同之处是微波成像装置不是利用物体本身的辐射，而是采用微型雷达发射微波脉冲和接受回波的安检系统。由于微波物体，所以微波成像装置可以轻而易举地发现物体内部隐秘部位藏匿的违禁品等物体。但是此种方法也是只能进行二维成像，并且其分辨率不高。

因此，需要一种价格低、视场大的毫米波三维成像检测系统来实现对包裹的安全检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、分辨率高、成像时间短的包裹安全检测系统，其结合毫米波的优点及线性调频技术可对包裹进行高分辨率的三维成像。

根据本发明的一个方面，提供了一种包裹安全检测系统，包括：发射天线，用于向被测包裹发送毫米波发射信号；接收天线，用于接收从被测包裹返回的回波信号；毫米波收发模块，用于生成发送给被测包裹的毫米波发射信号并接收和处理来自接收天线的回波信号；扫描装置，用于固定并移动毫米波收发模块、发射天线和接收天线；数据采集和处理模块，用于采集和处理从毫米波收发模块输出的回波信号以生成被测包裹的三维图像；以及图像显示单元，用于显示由数据采集和处理模块生成的三维图像。

进一步地，扫描装置包括：两块平面检测面板，用于支撑毫米波收发模块、发射天线和接收天线，被测包裹置于两块平面检测面板之间；两对导轨，分别设置在每块平面检测面板的两侧，毫米波收发模块、发射天线和接收天线沿导轨上下移动；以及电机，用于控制毫米波收发模块、发射天线和接收天线沿导轨的上下移动。

进一步地，在每块平面检测面板上设置N个毫米波收发模块、N个发射天线和N个接收天线，每一个毫米波收发模块对应一个发射天线和一个接收天线，N个毫米波收发模块并排设置以形成一排毫米波收发系统，N个发射天线并排设置以形成发射天线阵列，以及N个接收天线并排设置以形成接收天线阵列其中N是大于等于2的整数。

进一步地，N个毫米波收发模块根据时序控制逐个进行毫米波的发射和接收。

进一步地，毫米波收发模块包括：发射链路，用于生成发送给被测包裹的毫米波发射信号；以及接收链路，用于接收被测包裹返回的回波信号并对回波信号进行处理以发送给数据采集和处理模块。

进一步地，发射链路包括：第一信号源，第一信号源是工作在第一频率范围内的调频信号源；第一定向耦合器，第一定向耦合器的输入端连接至第一信号源，直通端连接至第一功率放大器；第一功率放大器，对第一定向耦合器的输出信号的功率进行放大以达到第一二倍频器的安全输入功率范围；以及第一二倍频器，将第一功率放大器输出的信号二倍频至第二频率范围，并将二倍频后的信号输出至发射天线。

进一步地，接收链路包括：第二信号源，第二信号源是工作在第一频率的点频信号源；第二定向耦合器，第一定向耦合器的输入端连接至第二信号源；第一混频器，第一混频器的中频端连接至第二定向耦合器的直通端，射频端连接至第一定向耦合器的耦合端，以产生第一信号源和第二信号源的差频信号；第二功率放大器，第二功率放大器的输入端连接至第一混频器的本振端以接收差频信号，并对差频信号的功率进行放大以达到第二二倍频器的安全输入功率范围；第二二倍频器，第二二倍频器的输入端连接至第二功率放大器的输出，对第二功率放大器的输出信号进行二倍频至第二频率；第二混频器，第二混频器的本振端连接至第二二倍频器的输出端，射频端接收接收天线所接收的回波信号以生成首次下变频信号；第三功率放大器，第三功率放大器的输入端连接至第二定向耦合器的耦合端，对来自第二定向耦合器的信号进行功率放大；第三二倍频器，第三二倍频器的输入端连接至第三功率放大器的输出端，对来自第三功率放大器的信号进行二倍频操作至第二频率；第三混频器，第三混频器的本振端连接至第三二倍频器的输出端，射频端连接至第二混频器的中频端以生成二次下变频信号；以及低噪声放大器，低噪声放大器的输入端连接至第三混频器的中频端，对接收到的二次下变频信号进行放大并输出至数据采集和处理模块。

进一步地，第一频率范围为13.5GHz-16.5GHz，第二频率范围为27GHz-33GHz，第一频率为35MHz，以及第二频率为70MHz。

进一步地，在数据采集和处理模块中，采集来自毫米波收发模块的回波信号，将回波信号与空间位置信号联系到一起，然后进行傅里叶变换和傅里叶逆变换来得到三维图像。

根据本发明的另一方面，提供了一种利用上述包裹安全检测系统进行的包裹安全检测方法，包括以下步骤：扫描装置移动毫米波收发模块、发射天线和接收天线来扫描被测包裹；毫米波收发模块生成毫米波发射信号；发射天线将毫米波收发模块生成的毫米波发射信号发射给被测包裹；接收天线接收被测包裹返回的回波信号并将回波信号发送给毫米波收发模块；毫米波收发模块对回波信号进行处理并发送给数据采集和处理模块；数据采集和处理模块对来自毫米波收发模块的信号进行处理以生成被测包裹的三维图像；以及图像显示单元显示由数据采集和处理模块生成的三维图像。

通过本发明的技术方案，与现有的毫米波三维成像检测系统相比，简化了系统结构，提高了分辨率，缩短了成像时间，并具有较大的视场。

附图说明

图1是本发明的包裹安全检测系统的组成框图。

图2是本发明的包裹安全检测系统的结构性示意图。

图3是本发明的包裹安全检测系统中的毫米波收发模块的电路图。

图4是本发明的包裹安全检测系统的数据采集和处理模块中进行的全息三维成像算法的流程图。

图5是本发明的包裹安全检测系统的三维目标成像原理图。

图6是本发明的包裹安全检测方法的流程图。

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，以下结合附图及实施例，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。

毫米波成像体制主要分为毫米波主动成像和毫米波被动成像。这种被动毫米波成像系统的优点为结构比较简单，实现成本也较低，缺点就是成像时间太长，较差的成像分辨率。随着毫米波器件水平的提高和毫米波器件技术的发展，毫米波主动成像开始受到越来越多的重视。在毫米波主动成像中，主动合成孔径成像和主动全息成像是主要的成像体制。毫米波全息成像的方法是源于光学全息的方法，毫米波全息成像利用电磁波的相干原理，首先发射机要将发射高稳定的毫米波信号，接收机接受目标上每个点的发射信号并将回波信号与高度相干的参考信号进行相干处理，提取出回波信号的幅度和相位信息，从而得到目标点上的发射特性，最后在通过数据和图像处理的方法就可以得到场景中的目标毫米波图像。毫米波主动全息成像得到的毫米波图像分辨率好，在与机械扫描相配合可大大缩短成像时间，可实现工程化，所以毫米波全息成像特别适合毫米波近程主动成像。

以下参照附图详细描述本发明的实施例。

图1是本发明的包裹安全检测系统的组成框图。图2是本发明的包裹安全检测系统的结构性示意图。

如图1所示，本发明的包裹安全检测系统包括：发射天线14，用于向被测包裹发送毫米波发射信号；接收天线15，用于接收从被测包裹返回的回波信号；毫米波收发模块11，用于生成发送给被测包裹的毫米波发射信号并接收和处理来自接收天线15的回波信号；扫描装置10，用于固定并移动毫米波收发模块11、发射天线14和接收天线15；数据采集和处理模块12，用于采集和处理从毫米波收发模块11输出的回波信号以生成被测包裹的三维图像；以及图像显示单元13，用于显示由数据采集和处理模块12生成的三维图像。

如图2所示，扫描装置10由垂直方向导轨21、电机(例如，步进电机)22和平面检测面板23组成。具体来说，扫描装置10包括两块平面检测面板23来支撑毫米波收发模块11、发射天线14和接收天线15，被测包裹24置于两块平面检测面板23之间。扫描装置10还包括两对导轨21，分别设置在每块平面检测面板23的两侧，毫米波收发模块11、发射天线14和接收天线15沿导轨21上下移动。扫描装置10还包括位于检测面板23旁的控制电机22，其用于控制毫米波收发模块11、发射天线14和接收天线15沿导轨21的上下移动，从而对被测包裹24进行上下扫描。

进一步如图2所示，在每块平面检测面板23上设置N个毫米波收发模块11、N个发射天线14和N个接收天线15，每一个毫米波收发模块11对应一个发射天线14和一个接收天线15，N个毫米波收发模块11并排设置以形成一排毫米波收发系统，N个发射天线14并排设置以形成发射天线阵列，以及N个接收天线15并排设置以形成接收天线阵列，其中N是大于等于2的整数。

此外，按照时序控制N个毫米波收发模块11来逐个进行毫米波的发射和接收，从而完成对被测包裹的水平扫描。例如，对N个毫米波收发模块11的控制可以通过单刀多掷开关来实现，当然也可以采用本领域已知的任何时序控制装置。

此外，被测包裹也可以移动来提高成像速度。

还需要注意，一排毫米波收发系统所包括毫米波收发模块11以及对应的发射天线14和接收天线15的数量可以根据平面检测面板23的宽度以及所要实现的成像速度等参数来设置，而平面检测面板23的宽度又可以根据被测包裹24的尺寸来确定。此外，平面检测面板23与被测包裹24之间的距离可以根据天线参数等指标来确定。上面提及的尺寸的设置对于本领域技术人员来说是显而易见的，因此不再进行详细描述。

例如，1排毫米波收发系统可以包括64个毫米波收发模块11以及128个天线，其中1-64个发射天线组成发射天线阵列14，用于将64个毫米波收发模块11产生的线性调频连续波辐射到被测目标24上，而65-128个接收天线组成接收天线阵列15，用于接收由被测包裹反射回的信号并传输至64个毫米波收发模块11。每个发射天线对应一个接收天线，发射天线1、2、3、…、63和64分别对应接收天线65、66、67、…、127和128。如上所述，这64个毫米波收发模块11并非同时工作，而是例如通过两层单刀多掷开关来控制，使它们逐个地进行发射和接收，

图3是本发明的包裹安全检测系统中的毫米波收发模块的电路图。

如图3所示，毫米波收发模块11包括：发射链路，由信号源301、定向耦合器302、功率放大器303、二倍频器304组成，用于生成发送给被测包裹24的毫米波发射信号；以及接收链路，由信号源307、定向耦合器309、混频器310、312、313、功率放大器311、314、二倍频器312、315以及低噪声放大器317组成，用于接收被测包裹24返回的回波信号并对回波信号进行处理以发送给数据采集和处理模块12。

具体来说，信号源301是工作频率在一定频率范围(例如，13.5GHz-16.5GHz)的调频信号源，可以表示为：

其中，A1表示为初始幅值，f₁为初始扫描频率13.5GHz，t为时间，为信号源301的初始相位值，B为调频信号带宽，T为调频周期。

此外，信号源307是工作频率在一固定频率(例如，35MHz)的单频率连续波信号源，可以表示为：

其初始幅值和相位分别为A2和频率为f2。

注意，上述信号源301的频率范围和信号源307的频率可以根据分辨率要求等来选择，这对于本领域技术人员来说是共知的，此处不再进行描述。

定向耦合器302是一个三端口器件，其输入端接收信号源301的输出信号，直通端连接至功率放大器303，从而使发射链路的功率达到二倍频器304安全输入功率范围。在经过二倍频器304后，发射链路的频率倍频至第二频率范围(在信号源301的频率范围为13.5GHz-16.5GHz的情况下，此处的频率范围为27GHz-33GHz)，最终由一个发射天线辐射到空间中到达被测包裹。此处，发射信号可以表示为：

其中，A₁′是发射信号的幅值。

第二信号源307的输出信号连接至定向耦合器309的输入端。混频器310是一个三端口器件，其中中频IF端连接定向耦合器309的直通端以输入例如35MHz的中频信号，射频RF端连接定向耦合器302的耦合端以输入例如13.5GHz-16.5GHz的调频信号，本振LO端则输出RF和IF端输入的信号的差频信号来提高给功率放大器311。功率放大器311使该信号功率放大到二倍频器312的安全工作范围内。此时，二倍频器312的输出信号为两信号源混频、然后再二倍频后的信号，可以表示为：

混频器313是一个三端口器件，其中本振LO端连接二倍频器312的输出信号S(t)，射频RF端得到接收天线15所接收的从被测包裹反射的回波信号。此时的回波信号可以表示为：

其中，α为回波信号衰减系数，τ＝2R/c为被测物体产生的回波延时，c为电磁波在空间的传播速度。

混频器313的中频IF端则输出本振LO与射频RF端接收的信号的超外差信号，其中该信号中带有一定的空间目标信息，可以表示为：

从(6)式中可以看出两个信号源的非相干性，为了得到相干信号，引入混频器316。混频器316输出带有目标信息的相干的超外差信号，其射频端输入来自混频器313的首次下变频信号S_IF(t)，本振端输入由信号源307经过定向耦合器309耦合端、功率放大器314以及二倍频器315输出的例如70MHz的连续波信号，即：

其中，A₂′为信号幅值。

混频器316中频IF端则输出带有目标信息的第二次下变频信号S_IF(t),即：

${S_{IF}}^{\′}\left(t\right)=\mathrm{\α}\frac{{A_1}^{\′}{A_2}^{\′}}{8}cos\[2\mathrm{\π}(2\frac{B}{T}\mathrm{\τ}t-\frac{B}{T}{\mathrm{\τ}}^2+2f_1\mathrm{\τ})\]---\left(8\right)$

从公式(8)可以看出，采用该方法消除了非相干双信号源引入的相位不同步。

低噪声放大器317能够使经过两次下变频的微弱中频信号进行放大，提高输出信号的信噪比、探测灵敏度，其输出信号被送入数据采集和处理模块12。

图4是本发明的包裹安全检测系统的数据采集和处理模块中进行的全息三维成像算法的流程图。

如图4所示，数据采集和处理模块12将采集得到的信号首先进行回波信息的采集(401)，将其与空间位置信号联系在一起。然后利用傅里叶变换进行几何特性的傅里叶变换(402)，化简变形后进行傅里叶逆变换(403)，最终得到目标三维像(404)，结合空间域位置信息进行最终数据的获取。

图5是本发明的包裹安全检测系统的三维目标成像原理图。

如图5所示，毫米波经过目标502的位置点(x,y,z)处的散射后，位置为(X,Y,Z0)的接收天线501开始接收散射后的宽带回波信号。天线将接收到的信号送入毫米波电路和高度相干的本振信号进行下变频，再通过低噪声放大器317。设得到的信号为E(X,Y,ω)，其中ω是发射源的瞬时角频率，E(X,Y,ω)是关于ω的函数，其表达式为：

$E(X,Y,\mathrm{\ω})=\∫\∫\∫\frac{1}{r}f(x,y,z)e^{(-j\stackrel{\→}{K}\·\stackrel{\→}{r})}dxdydz---\left(9\right)$

其中，是天线与目标点之间的距离，为电磁波波束，指数部分表示目标散射的球面波信号，对目标三维散射成像起重要作用。且：

$\stackrel{\→}{K}\·\stackrel{\→}{r}=(x-X){\stackrel{\→}{K}}_x+(y-Y){\stackrel{\→}{K}}_y+(z-Z){\stackrel{\→}{K}}_z---\left(10\right)$

E(X,Y,ω)为时域信号，它是对时间维信号E(X,Y,t)进行傅里叶变换后的表达式，即：

E(X,Y,ω)＝FT[E(X,Y,t)](11)

将式(10)带入式(9)，将式(9)的矢量运算简化成标量运算，从物理意义上理解，可以看成把一个球面波展开，表示成平面波的叠加，得到：

$E(X,Y,\mathrm{\ω})=\∫\∫f^F(K_x,K_y,K_z)e^{(-{\mathrm{jZ}}_0{K}_z)}{e}^{\[j({\mathrm{XK}}_x+{\mathrm{YK}}_y)\]}{\mathrm{dK}}_x{\mathrm{dK}}_y---\left(12\right)$

式(12)中使用了三维傅里叶变换，即：

$f^F(K_x,K_y,K_z)={\mathrm{FT}}_3\[f(x,y,z)\]=\∫\∫\∫f(x,y,z)e^{\[-j({\mathrm{xK}}_x+{\mathrm{yK}}_y+{\mathrm{zK}}_z)\]}dxdydz---\left(13\right)$

也是一个逆傅里叶变换，即：

$E(X,Y,\mathrm{\ω})={\mathrm{IFT}}_2\[f^F(K_x,K_y,K_z)e^{(-{\mathrm{jZ}}_0{K}_z)}\]---\left(14\right)$

式(13)中忽略了常数项，把(13)式代入(12)式可以得到：

$E(X,Y,\mathrm{\ω})={\mathrm{IFT}}_2\{{\mathrm{FT}}_3\[f(x,y,z)\]e^{(-{\mathrm{jZ}}_0{K}_z)}\}---\left(15\right)$

对式(15)进行逆变换，可以得到最终的宽带毫米波全息成像公式为：

$f(x,y,z)={\mathrm{IFT}}_3\{{\mathrm{FT}}_2\[E(X,Y,\mathrm{\ω})\]e^{\left({\mathrm{jZ}}_0{K}_z\right)}\}---\left(16\right)$

从式(16)中可以看出，只要得到各个频率点的回波信号的电磁信息，就可以通过一系列反演得到f(x,y,z)，最后得到成像目标的三维毫米波全息图像。

图6是本发明的包裹安全检测方法的流程图。

如图6所述，利用上述包裹安全检测系统进行被测包裹的毫米波全息三维成像检测方法包括以下步骤：扫描装置移动毫米波收发模块、发射天线和接收天线来扫描被测包裹；毫米波收发模块生成毫米波发射信号；发射天线将毫米波收发模块生成的毫米波发射信号发射给被测包裹；接收天线接收被测包裹返回的回波信号并将回波信号发送给毫米波收发模块；毫米波收发模块对回波信号进行处理并发送给数据采集和处理模块；数据采集和处理模块对来自毫米波收发模块的信号进行处理以生成被测包裹的三维图像；以及图像显示单元显示由数据采集和处理模块生成的三维图像。

本发明通过采用上述包裹安全检测系统和方法，与现有的毫米波成像仪器相比，具有以下突出的优点：

(1)价格低廉：本发明利用驱动电机使一维阵列天线实现面阵列的扫描效果，极大地降低了成本。

(2)结构简单，易集成：本发明例如采用单刀多掷开关等控制毫米波收发模块通道的工作顺序，并且采用调频信号源及毫米波器件进行系统的搭建，大大降低了系统的复杂度，同时也提高了系统的集成度。

(3)分辨率高：本发明采用调频连续波技术、超外差技术以及全息成像技术，提高了三维图像平面和深度的分辨率。

(4)成像时间快：本发明采用电机带动收发天线上下移动的同时也可以让被测包裹以一定的速度向前运动，大大提高了成像速度。

(5)视场增加：与现有的50厘米以下的视场相比，本发明的实施例可以达到几米，甚至几十米的视场。

(6)信噪比高：系统采用主动式毫米波成像，通过控制各个毫米波器件的输出功率范围来提高天线的发射功率，当然，发射功率在安全辐射范围之内，使得回波信号信噪比远远高于被动式毫米波成像系统接收信号的信噪比，进而获得更高的成像质量。

(7)用途广泛：利用毫米波成像技术高分辨率及结构简单等优点，除了进行包裹的安全检测之外，还可以进行各类大型仪器外层损伤的检测，也适用于违禁品的检测。

需要说明的是，以上参照附图所描述的各个实施例仅用以说明本发明而非限制本发明的范围，本领域的普通技术人员应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的前提下对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的范围之内。此外，除上下文另有所指外，以单数形式出现的词包括复数形式，反之亦然。另外，除非特别说明，那么任何实施例的全部或一部分可结合任何其它实施例的全部或一部分来使用。

Claims (10)

1.一种包裹安全检测系统，其特征在于，所述包裹安全检测系统包括：

发射天线，用于向被测包裹发送毫米波发射信号；

接收天线，用于接收从所述被测包裹返回的回波信号；

毫米波收发模块，用于生成发送给所述被测包裹的毫米波发射信号并接收和处理来自所述接收天线的所述回波信号；

扫描装置，用于固定并移动所述毫米波收发模块、所述发射天线和所述接收天线；

数据采集和处理模块，用于采集和处理从所述毫米波收发模块输出的回波信号以生成所述被测包裹的三维图像；以及

图像显示单元，用于显示由所述数据采集和处理模块生成的所述三维图像。

2.根据权利要求1所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述扫描装置包括：

两块平面检测面板，用于支撑所述毫米波收发模块、所述发射天线和所述接收天线，所述被测包裹置于所述两块平面检测面板之间；

两对导轨，分别设置在每块平面检测面板的两侧，所述毫米波收发模块、所述发射天线和所述接收天线沿导轨上下移动；以及

电机，用于控制所述毫米波收发模块、所述发射天线和所述接收天线沿所述导轨的上下移动。

3.根据权利要求2所述的包裹安全检测系统，其特征在于，在每块平面检测面板上设置N个毫米波收发模块、N个发射天线和N个接收天线，每一个毫米波收发模块对应一个发射天线和一个接收天线，所述N个毫米波收发模块并排设置以形成一排毫米波收发系统，所述N个发射天线并排设置以形成发射天线阵列，以及所述N个接收天线并排设置以形成接收天线阵列，其中N是大于等于2的整数。

4.根据权利要求3所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述N个毫米波收发模块根据时序控制逐个进行毫米波的发射和接收。

5.根据权利要求1所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述毫米波收发模块包括：

发射链路，用于生成发送给所述被测包裹的毫米波发射信号；以及

接收链路，用于接收所述被测包裹返回的回波信号并对所述回波信号进行处理以发送给所述数据采集和处理模块。

6.根据权利要求5所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述发射链路包括：

第一信号源，所述第一信号源是工作在第一频率范围内的调频信号源；

第一定向耦合器，所述第一定向耦合器的输入端连接至所述第一信号源，直通端连接至所述第一功率放大器；

第一功率放大器，对所述第一定向耦合器的输出信号的功率进行放大以达到第一二倍频器的安全输入功率范围；以及

所述第一二倍频器，将所述第一功率放大器输出的信号二倍频至第二频率范围，并将二倍频后的信号输出至所述发射天线。

7.根据权利要求6所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述接收链路包括：

第二信号源，所述第二信号源是工作在第一频率的点频信号源；

第二定向耦合器，所述第一定向耦合器的输入端连接至所述第二信号源；

第一混频器，所述第一混频器的中频端连接至所述第二定向耦合器的直通端，射频端连接至所述第一定向耦合器的耦合端，以产生所述第一信号源和所述第二信号源的差频信号；

第二功率放大器，所述第二功率放大器的输入端连接至所述第一混频器的本振端以接收所述差频信号，并对所述差频信号的功率进行放大以达到第二二倍频器的安全输入功率范围；

第二二倍频器，所述第二二倍频器的输入端连接至所述第二功率放大器的输出，对所述第二功率放大器的输出信号进行二倍频至第二频率；

第二混频器，所述第二混频器的本振端连接至所述第二二倍频器的输出端，射频端接收所述接收天线所接收的回波信号以生成首次下变频信号；

第三功率放大器，所述第三功率放大器的输入端连接至所述第二定向耦合器的耦合端，对来自所述第二定向耦合器的信号进行功率放大；

第三二倍频器，所述第三二倍频器的输入端连接至所述第三功率放大器的输出端，对来自所述第三功率放大器的信号进行二倍频操作至所述第二频率；

第三混频器，所述第三混频器的本振端连接至所述第三二倍频器的输出端，射频端连接至所述第二混频器的中频端以生成二次下变频信号；以及

低噪声放大器，所述低噪声放大器的输入端连接至所述第三混频器的中频端，对接收到的所述二次下变频信号进行放大并输出至所述数据采集和处理模块。

8.根据权利要求7所述的包裹安全检测系统，其特征在于，所述第一频率范围为13.5GHz-16.5GHz，所述第二频率范围为27GHz-33GHz，所述第一频率为35MHz，以及所述第二频率为70MHz。

9.根据权利要求1所述的包裹安全检测系统，其特征在于，在所述数据采集和处理模块中，采集来自所述毫米波收发模块的回波信号，将回波信号与空间位置信号联系到一起，然后进行傅里叶变换和傅里叶逆变换来得到三维图像。

10.一种使用权利要求1至9中任一项所述的包裹安全检测系统进行的包裹安全检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

所述扫描装置移动所述毫米波收发模块、所述发射天线和所述接收天线来扫描所述被测包裹；

所述毫米波收发模块生成毫米波发射信号；

所述发射天线将所述毫米波收发模块生成的所述毫米波发射信号发射给所述被测包裹；

所述接收天线接收所述被测包裹返回的回波信号并将所述回波信号发送给所述毫米波收发模块；

所述毫米波收发模块对所述回波信号进行处理并发送给所述数据采集和处理模块；

所述数据采集和处理模块对来自所述毫米波收发模块的信号进行处理以生成所述被测包裹的三维图像；以及

所述图像显示单元显示由所述数据采集和处理模块生成的所述三维图像。