CN109298459A - 四象限扫描毫米波人体安检系统 - Google Patents

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曹茂永
李磊
孙红雨
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Abstract

本发明公开了一种四象限扫描毫米波人体安检系统，包括毫米波人体安检系统本体，所述安检系统本体上的天线采用等间隔圆周排列的四象限收发天线模块，所述四象限收发天线模块中的每个收发天线模块用于分别完成人体圆周方向范围内90°的图像扫描。所述安检系统中每个收发天线模块在扫描驱动平台的驱动下完成人体圆周90°的扫描，可有效减少扫描时间，将目前的扫描成像时间由2秒减少到1秒，成像时间缩减50%，成像时间短。

Description

四象限扫描毫米波人体安检系统
技术领域
本发明涉及安检装置技术领域，尤其涉及一种四象限扫描毫米波人体安检系统。
背景技术
毫米波是指频率在 26.50GHz-300GHz范围内的电磁波，毫米波天然具有对非金属和非极性物质的穿透性，非常适用于探测人体，探测人体皮肤及衣服中间所隐藏的各种危险品。同时毫米波具有人体安全性，这是因为毫米波的光子能量非常小，对人体细胞不会造成电离性伤害，对人体是安全的。相比低频的微波频段，毫米波波长更短，兹具有高分辨率特性。在毫米波众多应用中，目前与人类安全息息相关的就是毫米波安检技术。毫米波人体安检技术是利用毫米波对日常衣物材料（棉、麻、化纤等）特殊的穿透性，填补了人体安检领域的空白，是对当前人体安检手段的重要补充。
目前常用的安全检测手段为金属探测门和X光机，金属探测们无法有效探测除金属外的违禁品，典型的危险品探不出（陶瓷刀具、粉末炸药、液体炸药、汽油柴油煤油），探得出的不是危险品（手机、钢镚、钥匙、金属化妆用具），X光由于其光子能量太大，可对人体细胞造成电离性伤害，人体危害性极大。目前欧美已禁用。因此毫米波安检有很大的潜在市场价值。
目前毫米波的安检系统主要分为两大类，一类是被动式安检系统，一类是主动式安检系统。被动式安检特点：一是非接触，不用搜身，尊重被检人员个人隐私；二是检测效率高，速度快、无停留，被检人员在指定的安检通道内正常行走通过即能完成安检，大大提高安检效率；三是安全无辐射，类似普通照相机、监控摄像头，不产生电磁、电离辐射，对人体无害。其缺点是分辨率不高，信噪比不高。主动式安检系统是通过主动发射一定剂量的毫米波（可接受范围剂量内），对人体进行成像，较被动式安检仪来讲，信噪比更高。虽有一定的辐射剂量，但由于毫米波光子能量小，不会对人体细胞造成电离性伤害。
目前主动式的毫米波人体安检系统中，以美国L3系统为代表的圆柱扫描系统和德国罗德施瓦茨公司的QPS系统为代表，其中德国系统为平板扫描，即在人的前方和后方各有一个毫米波收发阵列墙，美国L3系统是一个圆柱扫描，在人的前方和后方，分成两个半圆进行扫描。每个扫描阵列负责的扫描区域是180°，扫描时间大约是2秒。扫描时间影响了整个成像时间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种成像时间短的四象限扫描毫米波人体安检系统。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种四象限扫描毫米波人体安检系统，包括毫米波人体安检系统本体，其特征在于：所述安检系统本体上的天线采用等间隔圆周排列的四象限收发天线模块，所述四象限收发天线模块中的每个收发天线模块用于分别完成人体圆周方向范围内90°的图像扫描。
进一步的技术方案在于：所述安检系统本体包括四个扫描驱动平台、四个毫米波信号收发一体机及中央控制装置，所述四个毫米波信号收发一体机呈等间距的圆周状排列，使得其上的收发天线模块呈等间距圆周状排列；所述扫描驱动平台，与所述中央控制装置连接，用于安装并带动所述毫米波收发一体机按照中央控制装置设置的距离参数和移动方向参数沿水平面进行圆弧运动；所述毫米波信号收发一体机，与所述中央控制装置连接，用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号，接收并处理被检对象返回的回波信号，得到数字中频信号；所述中央控制装置，用于设置所述扫描驱动平台的距离参数和移动方向参数，并对接收的数字中频信号进行成像处理、可疑物识别及显示。
进一步的技术方案在于：所述毫米波信号收发一体机包括：收发天线模块，用于发射毫米波信号及接收回波信号；毫米波收发模块，与所述收发天线模块相连，包括用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号的发射链路，以及用于接收被检对象返回的回波信号，并将所述回波信号和发射信号进行混频，得到模拟中频信号的接收链路；信号处理模块，与所述毫米波收发模块相连，用于对所述模拟中频信号进行处理，得到数字中频信号；第一通信模块，与所述信号处理模块连接，用于发送所述数字中频信号给中央控制装置及接收中央控制装置的控制指令。
进一步的技术方案在于：所述扫描驱动平台包括第三通信模块、电机控制器、伺服驱动器以及伺服电机，所述第三通信模块与所述中央控制装置双向连接，用于接收所述中央控制装置下传的控制命令，并接收电机控制器上传的信息，所述电机控制器与所述第三通信模块连接，用于对所述第三通信模块接收的控制命令进行处理；所述伺服驱动器与所述电机控制器的控制输出端连接，用于根据电机控制器下传的控制命令控制电机动作。
进一步的技术方案在于：所述中央控制装置包括第二通信模块，所述第二通信模块与控制模块双向连接，用于接收扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机上传的信息并向扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机发送控制信息；按键模块与所述控制模块的输入端连接，用于输入控制命令；控制模块的输出端与图像处理模块的信号输入端连接，图像处理模块的输出端与所述图像显示模块的输入端连接，经过图像处理模块后的数据通过所述图像显示模块进行显示；报警模块与所述控制模块的信号输出端连接，用于在所述控制模块的控制下发出报警信号。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述安检系统中每个收发天线模块在扫描驱动平台的驱动下完成人体圆周90°的扫描，可有效减少扫描时间，将目前的扫描成像时间由2秒减少到1秒，成像时间缩减50%，成像时间短。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述系统中收发天线模块的排列示意图；
图2是本发明实施例所述系统的结构示意图；
图3是本发明实施例所述系统的原理框图；
其中：1、收发天线模块的俯视运功轨迹；2、收发天线模块。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明实施例公开了一种四象限扫描毫米波人体安检系统，包括毫米波人体安检系统本体，所述安检系统本体上的天线采用等间隔圆周排列的四象限收发天线模块，所述四象限收发天线模块中的每个收发天线模块2用于分别完成人体圆周方向范围内90°的图像扫描，收发天线模块的俯视运功轨迹1如图1所示。
本发明所提出的四象限扫描毫米波人体安检系统，每个收发天线模块完成人体90°扫描，可有效减少扫描时间，将目前的扫描成像时间由2秒减少到1秒。该安检系统可采用24GHz-32GHz的K/Ka波段收发系统采用超外差的的模式，为实现5mm的横向分辨率，共设计96个发射通道和96个接收通道，圆弧方向共191个采样点，天线有效口径1m，收发天线共用，分时工作。工作时，每个毫米波扫描阵列只负责整个圆弧内的90°的扫描范围。
采用该四象限扫描，即将360°的扫描范围分成4个区域，可使得对扫描区域实现无死角覆盖，如果用于检测人体，则可以将人的侧面都清晰的进行检测。所提出的一种三辐式扫描毫米波人体安检系统具有以下特点：1）该系统与现有市面上主流的安检系统兼容；2）成本较原系统增加约10%，成像时间缩减50%。
如图3所示，所述安检系统本体包括四个扫描驱动平台、四个毫米波信号收发一体机及中央控制装置，所述四个毫米波信号收发一体机呈等间距的圆周状排列，使得其上的收发天线模块呈等间距圆周状排列；所述扫描驱动平台，与所述中央控制装置连接，用于安装并带动所述毫米波收发一体机按照中央控制装置设置的距离参数和移动方向参数沿水平面进行圆弧运动；所述毫米波信号收发一体机，与所述中央控制装置连接，用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号，接收并处理被检对象返回的回波信号，得到数字中频信号；所述中央控制装置，用于设置所述扫描驱动平台的距离参数和移动方向参数，并对接收的数字中频信号进行成像处理、可疑物识别及显示。所述安检系统通过控制所述扫描驱动平台带动所述毫米波信号收发一体机完成人体的扫描，当发现违禁物品时进行报警。
如图3所示，所述毫米波信号收发一体机包括：收发天线模块，用于发射毫米波信号及接收回波信号；毫米波收发模块，与所述收发天线模块相连，包括用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号的发射链路，以及用于接收被检对象返回的回波信号，并将所述回波信号和发射信号进行混频，得到模拟中频信号的接收链路；信号处理模块，与所述毫米波收发模块相连，用于对所述模拟中频信号进行处理，得到数字中频信号；第一通信模块，与所述信号处理模块连接，用于发送所述数字中频信号给中央控制装置及接收中央控制装置的控制指令。
如图3所示，所述扫描驱动平台包括第三通信模块、电机控制器、伺服驱动器以及伺服电机，所述第三通信模块与所述中央控制装置双向连接，用于接收所述中央控制装置下传的控制命令，并接收电机控制器上传的信息，所述电机控制器与所述第三通信模块连接，用于对所述第三通信模块接收的控制命令进行处理；所述伺服驱动器与所述电机控制器的控制输出端连接，用于根据电机控制器下传的控制命令控制电机动作。
如图3所示，所述中央控制装置包括第二通信模块，所述第二通信模块与控制模块双向连接，用于接收扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机上传的信息并向扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机发送控制信息；按键模块与所述控制模块的输入端连接，用于输入控制命令；控制模块的输出端与图像处理模块的信号输入端连接，图像处理模块的输出端与所述图像显示模块的输入端连接，经过图像处理模块后的数据通过所述图像显示模块进行显示；报警模块与所述控制模块的信号输出端连接，用于在所述控制模块的控制下发出报警信号。

Claims (5)

1.一种四象限扫描毫米波人体安检系统，包括毫米波人体安检系统本体，其特征在于：所述安检系统本体上的天线采用等间隔圆周排列的四象限收发天线模块，所述四象限收发天线模块中的每个收发天线模块（2）用于分别完成人体圆周方向范围内90°的图像扫描。
2.如权利要求1所述的四象限扫描毫米波人体安检系统，其特征在于：所述安检系统本体包括四个扫描驱动平台、四个毫米波信号收发一体机及中央控制装置，所述四个毫米波信号收发一体机呈等间距的圆周状排列，使得其上的收发天线模块呈等间距圆周状排列；所述扫描驱动平台，与所述中央控制装置连接，用于安装并带动所述毫米波收发一体机按照中央控制装置设置的距离参数和移动方向参数沿水平面进行圆弧运动；所述毫米波信号收发一体机，与所述中央控制装置连接，用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号，接收并处理被检对象返回的回波信号，得到数字中频信号；所述中央控制装置，用于设置所述扫描驱动平台的距离参数和移动方向参数，并对接收的数字中频信号进行成像处理、可疑物识别及显示。
3.如权利要求2所述的四象限扫描毫米波人体安检系统，其特征在于：所述毫米波信号收发一体机包括：收发天线模块，用于发射毫米波信号及接收回波信号；毫米波收发模块，与所述收发天线模块相连，包括用于生成并发送被检对象所需要的毫米波信号的发射链路，以及用于接收被检对象返回的回波信号，并将所述回波信号和发射信号进行混频，得到模拟中频信号的接收链路；信号处理模块，与所述毫米波收发模块相连，用于对所述模拟中频信号进行处理，得到数字中频信号；第一通信模块，与所述信号处理模块连接，用于发送所述数字中频信号给中央控制装置及接收中央控制装置的控制指令。
4.如权利要求2所述的四象限扫描毫米波人体安检系统，其特征在于：所述扫描驱动平台包括第三通信模块、电机控制器、伺服驱动器以及伺服电机，所述第三通信模块与所述中央控制装置双向连接，用于接收所述中央控制装置下传的控制命令，并接收电机控制器上传的信息，所述电机控制器与所述第三通信模块连接，用于对所述第三通信模块接收的控制命令进行处理；所述伺服驱动器与所述电机控制器的控制输出端连接，用于根据电机控制器下传的控制命令控制电机动作。
5.如权利要求2所述的四象限扫描毫米波人体安检系统，其特征在于：所述中央控制装置包括第二通信模块，所述第二通信模块与控制模块双向连接，用于接收扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机上传的信息并向扫描驱动平台以及毫米波信号收发一体机发送控制信息；按键模块与所述控制模块的输入端连接，用于输入控制命令；控制模块的输出端与图像处理模块的信号输入端连接，图像处理模块的输出端与所述图像显示模块的输入端连接，经过图像处理模块后的数据通过所述图像显示模块进行显示；报警模块与所述控制模块的信号输出端连接，用于在所述控制模块的控制下发出报警信号。
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