CN107238868B - 毫米波实时成像安全检测系统及安全检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种毫米波实时成像安全检测系统及安全检测方法。其中安全检测系统包括：传送装置、毫米波收发模块、天线阵列、开关阵列、开关控制单元、正交解调和数据采集模块和图像显示单元。本发明的毫米波实时成像安全检测系统通过采用逆合成孔径雷达(ISAR)成像原理，在被检对象移动时对其实时成像，不仅提高了成像速度，还扩大了视场，安检人员通过观测被检人员身体的三维图就可判断其是否携带危险物品，从而消除了安检人员使用安检设备在被检人员的身体上来回移动产生的不方便的问题。

Description

毫米波实时成像安全检测系统及安全检测方法
技术领域
本发明属于安检系统领域，更具体地说，是涉及一种毫米波实时成像安全检测系统及安全检测方法。
背景技术
近年来，安全问题日益得到世界人民的关注，对安检系统的可靠性与智能化也提出了更高的要求。
传统的金属探测器只能对近距离小范围目标进行检测，效率低，已远远不能满足安检的需求。尽管X光等各种射线具有很强的穿透力，但会对被测人体造成辐射伤害，即使当前存在低辐射剂量的X光机，但其依然不容易被公众接受。红外线是靠物体表面温度成像，在有织物遮挡的情况下无法清晰成像。而毫米波成像系统不仅可以检测出隐藏在织物下的金属物体，还可以检测出塑料手枪，炸药等危险品，获得的信息更加详尽、准确，可以大大地降低误警率。因此，近年来毫米波成像技术在人员安检等方面得到了更加广泛的应用。
毫米波成像技术会使用到毫米波雷达。毫米波雷达是指雷达发射信号频率在毫米波频段，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。Lockheed Martin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(Pacific Northwest National Laboratory)。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Save View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，因而成本较高。
并且，目前在人员安检方面采用的毫米波成像技术都是运用雷达运动、目标不动的合成孔径雷达(SAR)成像原理，在安检时存在成像速度慢、视场小的问题。并且，现有的安检系统在安检人体时，安检人员需要使用安检设备在被检人员的身体上来回移动，这对于安检人员和被检人员而言存在不方便的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种毫米波实时成像安全检测系统，以解决现有安检中使用的毫米波成像安全检测系统存在成像速度慢、视场小的问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种毫米波实时成像安全检测系统，包括：传送装置，传送装置用于传送被检对象；毫米波收发模块，毫米波收发模块用于生成发送给被检对象的毫米波发射信号并接收和处理回波信号；天线阵列，天线阵列与毫米波收发模块连接，天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列，发射天线阵列包括多个发射天线，接收天线阵列包括多个接收天线，各发射天线和各接收天线一一对应，以发送毫米波发射信号和接收回波信号；开关阵列，开关阵列包括发射开关阵列和接收开关阵列，发射开关阵列由多个发射开关组成，接收开关阵列由多个接收开关组成；开关控制单元，开关控制单元包括发射开关控制单元和接收开关控制单元，发射开关控制单元与发射开关阵列电连接，接收开关控制单元与接收开关阵列电连接，以根据预设的时序控制各发射开关和各接收开关的通断；正交解调和数据采集模块，正交解调和数据采集模块的输入端与毫米波收发模块连接，以对回波信号进行采集、校正和处理；图像显示单元，图像显示单元与正交解调和数据采集模块的输出端连接，以将回波信号生成并显示被检对象的三维图像。
进一步地，毫米波实时成像安全检测系统还包括报警装置，与正交解调和数据采集模块连接，报警装置用于提示有无危险物品的存在。
进一步地，毫米波实时成像安全检测系统还包括门装置，传送装置穿过门装置，毫米波收发模块、天线阵列设置在门装置上。
进一步地，传送装置包括：皮带，皮带穿过门装置，皮带用于传送被检对象；电机，电机与皮带驱动连接，以驱动皮带运动。
进一步地，毫米波收发模块包括：发射链路，发射链路用于生成发送给被检对象的毫米波发射信号；接收链路，接收链路用于接收被检对象返回的回波信号，并对回波信号进行处理以发送给正交解调和数据采集模块；校正回路，校正回路用于校正第一振荡源的输入电压的线性度，并对毫米波发射信号的频率进行校正。
进一步地，发射链路包括：第一振荡源，第一振荡源是工作在第一频率范围内的压控振荡源器；第一功分器，第一功分器的输入端与压控振荡源器连接；第一功率放大器，第一功率放大器与第一功分器的输出端连接，以对第一功分器的一路输出信号的功率进行放大以达到第一二倍频器的驱动功率范围；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第一滤波器；第一滤波器，对第一二倍频器产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第二功率放大器；第二功率放大器，对第一滤波器输出的信号进行功率放大以达到第二二倍频器的驱动功率范围；第二二倍频器，将第二功率放大器输出的信号二倍频至第三频率范围，并将二倍频后的信号输出至第二滤波器；第二滤波器，对第二二倍频器产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第三功率放大器；第三功率放大器，对第二滤波器输出的信号进行功率放大，放大后的信号输出至第二功分器的输入端口；第二功分器，将第三功率放大器的输出信号通过其中一个输出端口输出至第四功率放大器；第四功率放大器，将第二功分器中其中一个输出端口的信号输出至第一正交混频器的本振端口；第一正交混频器，将发射中频链路的发射中频信号和第四功率放大器的输出信号进行正交混频，射频端得到混频的毫米波信号并输出至第五功率放大器；第五功率放大器，将正交混频器的射频端的混频信号进行功率放大并输出至发射天线。
进一步地，接收链路包括：第一低噪声放大器，第一低噪声放大器放大来自接收天线接收的毫米波信号，并输出至第二正交混频器的射频输入端口；第二正交混频器，第二正交混频器的本振端口输入来自第二功分器的第二个输出端口并经第六功率放大器放大的的发射信号与来自第一低噪声放大器的信号并进行正交混频得到输出中频信号；输出中频信号将携带有被检对象信息的信号送入正交解调和数据采集模块进行处理和分析。
进一步地，校正回路包括：第七功率放大器，第七功率放大器放大来自第一功分器的另外一路输出信号，并输出至第一除法器，第一除法器输出频率范围是第四频率范围；第一除法器将输出信号输出至第三滤波器进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至第二除法器，第二除法器的输出频率范围是第五频率范围；第二除法器，将输出信号输出至第四滤波器进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至正交解调和数据采集模块进行压控振荡源输入电压的校正。
进一步地，第一频率范围为F1～F2，第二频率范围为2F1～2F2，第三频率范围为4F1～4F2，第四频率范围为F1/x～F2/x，第五频率范围为F1/xy～F2/xy，其中x、y是大于1的整数。
进一步地，在正交解调和数据采集模块中，解调和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。
为实现上述目的，本发明还提供一种使用上述的毫米波实时成像安全检测系统对被检对象进行检测的安全检测方法，包括以下步骤：S1：传送装置移动被检对象；S2：毫米波收发模块生成毫米波发射信号；S3：开关控制单元根据预设的时序控制开关阵列；S4：开关阵列根据预设的时序控制天线阵列的发射和接收，以使各对应设置的发射天线和接收天线依次进行毫米波的发射和接收；其中，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检对象，接收天线接收被检对象返回的回波信号并将回波信号发送给毫米波收发模块；S5：毫米波收发模块对回波信号进行处理并发送给正交解调和数据采集模块；S6：正交解调和数据采集模块对来自毫米波收发模块的信号进行采集、校正和处理；S7：经处理后的信号在图像显示单元生成并显示被检对象的三维图像。
进一步地，毫米波实时成像安全系统包括报警装置，安全检测方法还包括步骤S8：报警装置对存在危险物质的被检对象进行报警。
本发明提供的毫米波实时成像安全检测系统的有益效果在于：
1、采用雷达不动、目标运动的逆合成孔径雷达(ISAR)成像原理，在被检对象移动时对其实时成像，相比于现有安检系统使用的毫米波成像系统提高了成像速度。并且，相比于合成孔径雷达(SAR)成像一般只能获得不到50厘米的视场，逆合成孔径雷达(ISAR)成像的视场可以达到几米甚至几十米，大大扩大了视场，从而扩大了安检人员的观测范围。
2、通过传送装置10移动被检对象，当被检对象为人时，被检人员在移动过程中在图像显示单元13上生成并显示三维图形，安检人员通过观测被检人员身体的三维图就可判断其是否携带危险物品，从而消除了安检人员使用安检设备在被检人员的身体上来回移动产生的不方便的问题。
3、由多个开关组成开关阵列，由多个天线组成天线阵列，开关控制单元根据预设的时序控制开关阵列，使得开关阵列根据时序控制天线阵列中各个天线的发射和接收，进而使各对应设置的发射天线和接收天线可以根据被检对象的移动依次进行毫米波的发射和接收，从而只需一个毫米波收发模块11就能满足对被检对象在不同位置的不同部位进行扫描，相比于现有的需要给每对天线对应设置一个信号收发模块的成像系统来说减少了信号收发模块的数量，从而降低了使用成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的毫米波实时成像安全检测系统的组成框图；
图2为本发明实施例提供的毫米波实时成像安全检测系统的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的毫米波实时成像安全检测系统中的毫米波收发模块的电路图；
图4为本发明实施例提供的毫米波实时成像安全检测方法的流程图。
其中，图中各附图标记：
10、传送装置；11、毫米波收发模块；12、正交解调和数据采集模块；13、图像显示单元；14、报警装置；15a、发射开关控制单元；15b、接收开关控制单元；16a、发射开关阵列；16b、接收开关阵列；17、发射天线阵列；18、接收天线阵列；19、门装置；23、皮带；24、电机；301、第一振荡源；302、第一功分器；303、第一功率放大器；304、第一二倍频器；305、第一滤波器；306、第二功率放大器；307、第二二倍频器；308、第二滤波器；309、第三功率放大器；310、第二功分器；311、第四功率放大器；312、第一正交混频器；313、第五功率放大器；314、第一低噪声放大器；315、第二正交混频器；316、第六功率放大器；317、第七功率放大器；318、第一除法器；319、第三滤波器；320、第二除法器；321、第四滤波器。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
为了解决现有安检中使用的毫米波成像安全检测系统存在成像速度慢、视场小的问题，本发明提供了一种毫米波实时成像安全检测系统及安全检测方法。
如图1和图2所示，毫米波实时成像安全检测系统包括：传送装置10，传送装置10用于传送被检对象；毫米波收发模块11，毫米波收发模块11用于生成发送给被检对象的毫米波发射信号并接收和处理回波信号；天线阵列，天线阵列与毫米波收发模块11连接，天线阵列包括发射天线阵列17和接收天线阵列18，发射天线阵列17包括多个发射天线，接收天线阵列18包括多个接收天线，各发射天线和各接收天线一一对应，以发送毫米波发射信号和接收回波信号；开关阵列，开关阵列包括发射开关阵列16a和接收开关阵列16b，发射开关阵列16a由多个发射开关组成，接收开关阵列16b由多个接收开关组成；开关控制单元，开关控制单元包括发射开关控制单元15a和接收开关控制单元15b，发射开关控制单元15a与发射开关阵列16a电连接，接收开关控制单元15b与接收开关阵列16b电连接，以根据预设的时序控制各发射开关和各接收开关的通断；正交解调和数据采集模块12，正交解调和数据采集模块12的输入端与毫米波收发模块11连接，以对回波信号进行采集、校正和处理；图像显示单元13，图像显示单元13与正交解调和数据采集模块12的输出端连接，以将回波信号生成并显示被检对象的三维图像。
参见图4，使用该毫米波实时成像安全检测系统检测被检对象时，包括以下步骤：S1：传送装置10移动被检对象；S2：毫米波收发模块11生成毫米波发射信号；S3：开关控制单元控制开关阵列；S4：开关阵列根据时序控制天线阵列的发射和接收，以使各对应设置的发射天线和接收天线依次进行毫米波的发射和接收；其中，发射天线将毫米波收发模块11生成的毫米波发射信号发射给被检对象，接收天线接收被检对象返回的回波信号并将回波信号发送给毫米波收发模块11；S5：毫米波收发模块11对回波信号进行处理并发送给正交解调和数据采集模块12；S6：正交解调和数据采集模块12对来自毫米波收发模块11的信号进行采集、校正和处理；S7：经处理后的信号在图像显示单元13生成并显示被检对象的三维图像。
该毫米波实时成像安全检测系统采用雷达不动、目标运动的逆合成孔径雷达(ISAR)成像原理，通过静止雷达对运动目标进行成像，可以对移动目标进行实时准确的成像，因此，在安检过程中，通过传送装置10移动被检对象，被检对象在移动过程中，毫米波收发模块11首先生成发射信号经发射天线发送给被检对象，被检对象返回带有其信息的回波信号给接收天线，接收天线接收到回波信号再依次发送给毫米波收发模块11和正交解调和数据采集模块12，带有被检对象信息的回波信号经正交解调和数据采集模块12采集、校正和处理后被发送至图像显示单元13，在图像显示单元13中生成和显示被检对象的三维图像。安检人员通过观察被检对象的三维图像就可知道被检对象是否藏有危险物品。这种毫米波实时成像安全检测系统存在以下优点：
1、采用雷达不动、目标运动的逆合成孔径雷达(ISAR)成像原理，在被检对象移动时对其实时成像，相比于现有安检系统使用的毫米波成像系统提高了成像速度。并且，相比于合成孔径雷达(SAR)成像一般只能获得不到50厘米的视场，逆合成孔径雷达(ISAR)成像的视场可以达到几米甚至几十米，大大扩大了视场，从而扩大了安检人员的观测范围。
2、通过传送装置10移动被检对象，当被检对象为人时，被检人员在移动过程中在图像显示单元13上生成并显示三维图形，安检人员通过观测被检人员身体的三维图就可判断其是否携带危险物品，从而消除了安检人员使用安检设备在被检人员的身体上来回移动产生的不方便的问题。
3、由多个开关组成开关阵列，由多个天线组成天线阵列，开关控制单元根据预设的时序控制开关阵列，使得开关阵列根据时序控制天线阵列中各个天线的发射和接收，进而使各对应设置的发射天线和接收天线可以根据被检对象的移动依次进行毫米波的发射和接收，从而只需一个毫米波收发模块11就能满足对被检对象在不同位置的不同部位进行扫描，相比于现有的需要给每对天线对应设置一个信号收发模块的成像系统来说减少了信号收发模块的数量，从而降低了使用成本。
可选的，为了节省人力，毫米波实时成像安全检测系统还包括报警装置14，报警装置14与正交解调和数据采集模块12连接，安全检测时还包括S8：当图像显示单元13显示的三维图像中存在危险物品的信息时，报警装置14发出报警信号，提醒安检人员用于提示有危险物品的存在。可选的，报警装置14可以是蜂鸣器。
参见图2，毫米波实时成像安全检测系统还包括门装置19，传送装置10穿过门装置19，毫米波收发模块11、天线阵列设置在门装置19上。传送装置10包括：皮带23，皮带23穿过门装置19，皮带23用于传送被检对象；电机24，电机24与皮带23驱动连接，以驱动皮带23运动。
具体而言，在每侧门装置19上固定有N个发射天线组成一列发射天线阵列17和N个接收天线组成一列接收天线阵列18，在天线阵列后侧装有开关阵列、开关控制单元以及正交解调和数据采集单元12，在门装置19一侧装有图像显示单元13以及报警装置14。其中N是大于等于2的整数。
此外，按照时序控制N个毫米波发射天线和N个接收天线进行多次毫米波信号的发射和接收，从而完成对移动的被检对象的前后面的回波信号的采集。例如，对N个毫米波发射天线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。
还需要注意，发射天线以及对应的接收天线的数量可以根据门装置19的高度以及所要实现的成像速度等参数来设置，而门装置19的高度又可以根据被检对象的高度来确定。此外，门装置19的侧壁与被检人员的脚印之间的水平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，一个毫米波收发模块11可以给一个单刀四掷开关输入毫米波信号，而这个单刀四掷开关又可以给四个单刀四掷开关输入毫米波信号，而这四个单刀四掷开关又可以给16个单刀四掷开关输入毫米波信号，这样就可以有64个发射天线，从而组成发射天线阵列17，用于将发射的毫米波信号发射到人体的不同位置处。如上所述，这64个发射天线并非同时工作，而是例如通过三层单刀四掷开关来控制，使它们逐个地进行发射，当然也可以采用单刀五掷或者其他单刀多掷开关进行发射天线和接收天线的数量控制。
在本实施例中，毫米波收发模块11包括发射链路、接收链路和校正回路。其中，发射链路用于生成发送给被检对象的毫米波发射信号；接收链路用于接收被检对象返回的回波信号，并对回波信号进行处理以发送给正交解调和数据采集模块12；校正回路用于校正第一振荡源的输入电压的线性度，并对毫米波发射信号的频率进行校正。
进一步地，如图3所示，发射链路包括依次连接的第一振荡源301、第一功分器302、第一功率放大器303、第一二倍频器304、第一滤波器305、第二功率放大器306、第二二倍频器307、第二滤波器308、第三功率放大器309、第二功分器310、第四功率放大器311、第一正交混频器312和第五功率放大器313。其中，第一振荡源301是工作在第一频率范围内的压控振荡源器；第一功率放大器303对第一功分器302的一路输出信号的功率进行放大以达到第一二倍频器304的驱动功率范围；第一二倍频器304将第一功率放大器303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第一滤波器305；第一滤波器305对第一二倍频器304产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第二功率放大器306；第二功率放大器306对第一滤波器305输出的信号进行功率放大以达到第二二倍频器307的驱动功率范围；第二二倍频器307将第二功率放大器306输出的信号二倍频至第三频率范围，并将二倍频后的信号输出至第二滤波器308；第二滤波器308对第二二倍频器307产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第三功率放大器309；第三功率放大器309对第二滤波器308输出的信号进行功率放大，放大后的信号输出至第二功分器310的输入端口；第二功分器310将第三功率放大器309的输出信号通过其中一个输出端口输出至第四功率放大器311；第四功率放大器311将第二功分器310中其中一个输出端口的信号输出至第一正交混频器312的本振端口；第一正交混频器312将发射中频链路的发射中频信号和第四功率放大器311的输出信号进行正交混频，射频端得到混频的毫米波信号并输出至第五功率放大器313；第五功率放大器313将第一正交混频器312的射频端的混频信号进行功率放大并输出至发射天线。
通过对发射信号的多级二倍频、多级放大以及多级滤波，提高了发射信号的频率及功率。
进一步地，接收链路包括相连接的第一低噪声放大器314和第二正交混频器315。第一低噪声放大器314放大来自接收天线接收的毫米波信号，并输出至第二正交混频器315的射频输入端口；第二正交混频器315的本振端口输入来自第二功分器310的第二个输出端口并经第六功率放大器316放大的发射信号与来自第一低噪声放大器314的信号并进行正交混频得到输出中频信号。输出中频信号将携带有被检对象信息的信号送入正交解调和数据采集模块12进行处理和分析。
再进一步地，校正回路包括第七功率放大器317、第一除法器318和第二除法器320。其中，第七功率放大器317放大来自第一功分器302的另外一路输出信号，并输出至第一除法器318，第一除法器318输出频率范围是第四频率范围；第一除法器318将输出信号输出至第三滤波器319进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至第二除法器320，第二除法器320的输出频率范围是第五频率范围；第二除法器320将输出信号输出至第四滤波器321进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至正交解调和数据采集模块12进行压控振荡源输入电压的校正。
在本实施例中，第一频率范围为F1～F2，第二频率范围为2F1～2F2，第三频率范围为4F1～4F2，第四频率范围为F1/x～F2/x，第五频率范围为F1/xy～F2/xy，其中x、y是大于1的整数，具体数值根据数据采集单元的处理能力选择。
进一步地，在正交解调和数据采集模块12中，解调和采集来自毫米波收发模块11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。
本发明通过采用上述毫米波实时成像安全检测系统，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：本发明利用电机使传送带装置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：本发明采用多个单刀多掷开关控制毫米波收发天线的工作顺序，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、超外差技术以及逆合成孔径成像技术，提高了三维图像平面和深度的分辨率。
(4)成像时间快：本发明采用传送带传送被检对象向前进方向运动，从门装置的一侧移动到另一侧即可实现成像，节约了用户时间同时也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，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。
以上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 (10)

1.一种毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，包括：
传送装置，所述传送装置用于传送被检对象；
毫米波收发模块，所述毫米波收发模块用于生成发送给所述被检对象的毫米波发射信号并接收和处理回波信号；
天线阵列，所述天线阵列与所述毫米波收发模块连接，所述天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列，所述发射天线阵列包括多个发射天线，所述接收天线阵列包括多个接收天线，各所述发射天线和各所述接收天线一一对应，以发送所述毫米波发射信号和接收所述回波信号；
开关阵列，所述开关阵列包括发射开关阵列和接收开关阵列，所述发射开关阵列由多个发射开关组成，所述接收开关阵列由多个接收开关组成；
开关控制单元，所述开关控制单元包括发射开关控制单元和接收开关控制单元，所述发射开关控制单元与所述发射开关阵列电连接，所述接收开关控制单元与所述接收开关阵列电连接，以根据预设的时序控制各所述发射开关和各所述接收开关的通断；
正交解调和数据采集模块，所述正交解调和数据采集模块的输入端与所述毫米波收发模块连接，以对所述回波信号进行采集、校正和处理；
图像显示单元，所述图像显示单元与所述正交解调和数据采集模块的输出端连接，以将所述回波信号生成并显示所述被检对象的三维图像；
所述毫米波收发模块包括：
发射链路，所述发射链路用于生成发送给所述被检对象的毫米波发射信号；
接收链路，所述接收链路用于接收被检对象返回的回波信号，并对所述回波信号进行处理以发送给所述正交解调和数据采集模块；
校正回路，所述校正回路用于校正第一振荡源的输入电压的线性度，并对所述毫米波发射信号的频率进行校正；
所述发射链路包括：
所述第一振荡源，所述第一振荡源是工作在第一频率范围内的压控振荡源器；
第一功分器，所述第一功分器的输入端与所述压控振荡源器连接；
第一功率放大器，所述第一功率放大器与所述第一功分器的输出端连接，以对所述第一功分器的一路输出信号的功率进行放大以达到第一二倍频器的驱动功率范围；
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第一滤波器；
所述第一滤波器，对所述第一二倍频器产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第二功率放大器；
所述第二功率放大器，对所述第一滤波器输出的信号进行功率放大以达到第二二倍频器的驱动功率范围；
所述第二二倍频器，将所述第二功率放大器输出的信号二倍频至第三频率范围，并将二倍频后的信号输出至第二滤波器；
所述第二滤波器，对所述第二二倍频器产生的杂散信号进行抑制，并将滤波后的信号输出至第三功率放大器；
所述第三功率放大器，对所述第二滤波器输出的信号进行功率放大，放大后的信号输出至第二功分器的输入端口；
所述第二功分器，将所述第三功率放大器的输出信号通过其中一个输出端口输出至第四功率放大器；
所述第四功率放大器，将所述第二功分器中其中一个输出端口的信号输出至第一正交混频器的本振端口；
所述第一正交混频器，将发射中频链路的发射中频信号和所述第四功率放大器的输出信号进行正交混频，射频端得到混频的毫米波信号并输出至第五功率放大器；
所述第五功率放大器，将所述正交混频器的射频端的混频信号进行功率放大并输出至所述发射天线。
2.如权利要求1所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述毫米波实时成像安全检测系统还包括报警装置，与所述正交解调和数据采集模块连接，所述报警装置用于提示有无危险物品的存在。
3.如权利要求1所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述毫米波实时成像安全检测系统还包括门装置，所述传送装置穿过所述门装置，所述毫米波收发模块、所述天线阵列设置在所述门装置上。
4.如权利要求3所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述传送装置包括：
皮带，所述皮带穿过所述门装置，所述皮带用于传送所述被检对象；
电机，所述电机与所述皮带驱动连接，以驱动所述皮带运动。
5.如权利要求1所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述接收链路包括：
第一低噪声放大器，所述第一低噪声放大器放大来自所述接收天线接收的毫米波信号，并输出至第二正交混频器的射频输入端口；
所述第二正交混频器，所述第二正交混频器的本振端口输入来自所述第二功分器的第二个输出端口并经第六功率放大器放大的发射信号与来自所述第一低噪声放大器的信号并进行正交混频得到输出中频信号；
所述输出中频信号将携带有被检对象信息的信号送入所述正交解调和数据采集模块进行处理和分析。
6.如权利要求1所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述校正回路包括：
第七功率放大器，所述第七功率放大器放大来自所述第一功分器的另外一路输出信号，并输出至第一除法器，所述第一除法器输出频率范围是第四频率范围；
所述第一除法器，将输出信号输出至第三滤波器进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至第二除法器，所述第二除法器的输出频率范围是第五频率范围；
所述第二除法器，将输出信号输出至第四滤波器进行滤波处理，并将滤波后的信号输出至正交解调和数据采集模块进行所述压控振荡源输入电压的校正。
7.如权利要求6所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，所述第一频率范围为F1～F2，所述第二频率范围为2F1～2F2，所述第三频率范围为4F1～4F2，所述第四频率范围为F1/x～F2/x，所述第五频率范围为F1/xy～F2/xy，其中x、y是大于1的整数。
8.如权利要求1所述的毫米波实时成像安全检测系统，其特征在于，在所述正交解调和数据采集模块中，解调和采集来自所述毫米波收发模块的回波信号，将所述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所述三维图像。
9.一种使用权利要求1至8中任一项所述的毫米波实时成像安全检测系统对被检对象进行检测的安全检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：传送装置移动被检对象；
S2：毫米波收发模块生成毫米波发射信号；
S3：开关控制单元根据预设的时序控制开关阵列；
S4：开关阵列根据预设的时序控制天线阵列的发射和接收，以使各对应设置的所述发射天线和所述接收天线依次进行毫米波的发射和接收；
其中，所述发射天线将所述毫米波收发模块生成的毫米波发射信号发射给所述被检对象，所述接收天线接收所述被检对象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；
S5：所述毫米波收发模块对所述回波信号进行处理并发送给正交解调和数据采集模块；
S6：所述正交解调和数据采集模块对来自所述毫米波收发模块的信号进行采集、校正和处理；
S7：经处理后的信号在图像显示单元生成并显示被检对象的三维图像。
10.如权利要求9所述的安全检测方法，其特征在于，所述毫米波实时成像安全系统包括报警装置，所述安全检测方法还包括步骤S8：所述报警装置对存在危险物质的被检对象进行报警。
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