CN109375218A - 一种毫米波人体安检设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种毫米波人体安检设备，包括第一毫米波收发弧形天线阵列、第二毫米波收发弧形天线阵列、第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块、运动控制卡、导向杆、驱动装置、数据信号处理模块和上位机；所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列相对设置。本发明采用了一种毫米波收发弧形天线阵列结构，相对于直线天线阵列来说，波束相对比较集中，图像分辨率较高，由于圆弧的张角较大，而且是顺着人体移动扫描，可以降低天线阵列成本，也具备高分辨率的特点。

Description

一种毫米波人体安检设备

技术领域

本发明涉及安检设备技术领域，具体涉及一种毫米波人体安检设备。

背景技术

目前，传统的安检设备在面对新式威胁时存在一些缺点。例如，用于人体安检的金属探测器只能检测金属物品(如金属刀具、普通手枪等)，其有效性依赖于金属的材质和藏匿位置等，并且不能将危险物品与一些日常携带的无危害物品(如眼镜、皮带扣和钥匙等)进行区分。而对一些新式的危险物品，如塑料或陶瓷制手枪、刀具，以及更具危险性的液体爆炸物等，金属探测器均不能进行有效检测。又如，X射线安检系统可以穿透普通衣物，对上述隐匿物品进行成像检测，但是X射线属于电离辐射，对人体健康有害，因此只用于物品检测。

由上述分析可见，传统的安检设备已不能满足当前需求，对各种新型安防技术和产品的研制已经广泛展开并取得应用。例如采用毫米波以及更高频段的太赫兹(THz)成像技术进行人体安全检查。毫米波是频段在30-300GHz范围内的电磁波，对衣服、纸箱和皮革等具有一定的穿透性。因此，利用毫米波成像技术可以检测多种材料制成的隐匿危险物品，包括武器、爆炸物、毒品和其他违禁品等。由于毫米波的波长较短(1-10mm)，所以毫米波成像具有较高的空间分辨率。另外，毫米波是非电离的，在适当的功率下对人体没有伤害。因此，毫米波成像系统可以用作机场、使馆等关键场所的人体安检设备。毫米波成像技术又主要分为被动式毫米波成像技术和主动式毫米波成像技术，而主动式毫米波成像技术又以全息成像技术为主。

当前运用于人体安检的主动式毫米波三维全息成像技术中，柱面扫描成像技术运用较为广泛，但其采用的竖直的天线阵列，天线阵列较长，天线单元较多，大大抬高了设备的成本。而目前市面上存在的一种平面扫描成像技术，虽然阵列单位较少，成本较低，但相对人体两侧探测存在死区。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种毫米波人体安检设备，采用弧形短阵列单元的天线结构，既可以减少成本，又可以解决人体两侧探测死区的问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种毫米波人体安检设备，包括第一毫米波收发弧形天线阵列、第二毫米波收发弧形天线阵列、第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块、运动控制卡、导向杆、驱动装置、数据信号处理模块和上位机；所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列相对设置；

所述第一毫米波收发模块用于向第一毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号和接收第一毫米波收发弧形天线阵列所获取的毫米波回波信号，所述第二毫米波收发模块用于向第二毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号和接收第二毫米波收发弧形天线阵列所获取的毫米波回波信号；第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列分别连接于驱动装置，并分别可活动地连接有导向杆，所述驱动装置用于驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列沿着导向杆作相同方向的运动；所述运动控制卡通讯连接于所述驱动装置；所述第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块分别通讯连接于所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块和所述运动控制卡均通讯连接于上位机。

进一步地，所述驱动装置包括电机、传动机构和引导机构，所述电机的输出轴传动连接于所述传动机构，所述传动机构传动连接于所述引导机构。

更进一步地，所述传动机构包括蜗轮蜗杆副，所述蜗轮蜗杆副的蜗杆与所述电机的输出轴连接，所述引导机构传动连接于所述蜗轮蜗杆副的蜗轮。

再进一步地，所述引导机构包括两根丝杆、主动带轮、从动带轮和同步带，所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列分别传动连接于一根丝杆，其中一根丝杆同轴连接于所述主动带轮，另一根丝杆同轴连接于所述从动带轮；所述主动带轮和从动带轮通过同步带传动连接，并在同步带的传动下作相同方向的转动；所述主动带轮同轴连接于所述蜗轮。

本发明还提供一种利用上述毫米波人体安检设备进行安检的方法，包括如下步骤：

S1、待测目标进入第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列之间的中心位置，正面朝向第一毫米波收发弧形天线阵列或第二毫米波收发弧形天线阵列，背面朝向第二毫米波收发弧形天线阵列或第一毫米波收发弧形天线阵列；

S2、开始测试，上位机同时向运动控制卡和数据信号处理模块发出启动命令；运动控制卡控制驱动装置工作，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动；同时数据信号处理模块驱动第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块工作，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块分别向第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列均在运动过程中持续将毫米波信号发射到待测目标上，毫米波信号到达待测目标上后会反射出毫米波回波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时在运动过程中持续获取毫米波回波信号并分别传输至第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块将毫米波回波信号传输至数据信号处理模块；

S3、数据信号处理模块将毫米波回波信号回传至上位机，上位机对毫米波回波信号进行实时处理得到待测目标的人体三维图像，并显示在显示模块上供工作人员查看和判断待测目标是否携带有违禁品。

进一步地，步骤S2中，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动的过程为：

所述电机驱动蜗轮蜗杆副中的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动；主动带轮在蜗轮的带动下转动，并通过同步带带动从动带轮同步、同向转动；与主动带轮和从带带轮同轴连接的两根丝杆分别在主动带轮和从动带轮的带动下转动，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列则在两根丝杆的带动下，沿着丝杆和导向杆运动，对待测目标进行扫描。

本发明的有益效果在于：

1、本发明采用了一种毫米波收发弧形天线阵列结构，相对于直线天线阵列来说，波束相对比较集中，图像分辨率较高，由于圆弧的张角较大，而且是顺着人体移动扫描，可以降低天线阵列成本，也具备高分辨率的特点。

2、本发明采用了毫米波收发弧形天线阵列双面结构，可一次分别呈出人体正面和背面两幅图像，既节省时间又加大了身体探测的覆盖范围，探测率更高。

附图说明

图1为本发明实施例1的设备结构总体示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

实施例1

本实施例提供一种毫米波人体安检设备，包括第一毫米波收发弧形天线阵列1、第二毫米波收发弧形天线阵列2、第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块、运动控制卡、导向杆、驱动装置3、数据信号处理模块和上位机；所述第一毫米波收发弧形天线阵列1和第二毫米波收发弧形天线阵列2相对设置；

所述第一毫米波收发模块用于向第一毫米波收发弧形天线阵列1发送毫米波信号和接收第一毫米波收发弧形天线阵列1所获取的毫米波回波信号，所述第二毫米波收发模块用于向第二毫米波收发弧形天线阵列2发送毫米波信号和接收第二毫米波收发弧形天线阵列2所获取的毫米波回波信号；第一毫米波收发弧形天线阵列1和第二毫米波收发弧形天线阵列2分别连接于驱动装置3，并分别可活动地连接有导向杆，所述驱动装置3用于驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列1和第二毫米波收发弧形天线阵列2沿着导向杆作相同方向的运动；所述运动控制卡通讯连接于所述驱动装置3；所述第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块分别通讯连接于所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块和所述运动控制卡均通讯连接于上位机。

呈弧形的天线阵列相对于直线天线阵列来说，波束相对比较集中，图像分辨率较高，由于圆弧的张角较大，而且是顺着人体移动扫描，可以降低天线阵列成本，也具备高分辨率的特点。

在本实施例中，所述第一毫米波收发弧形天线阵列1的两端和第二毫米波收发弧形天线阵列2的两端分别可活动地连接于一导向杆。如图1所示，第一毫米波收发弧形天线阵列1的两端分别连接于导向杆8和导向杆9，第二毫米波收发弧形天线阵列2的两端分别连接于导向杆6和另一根导向杆(图中未示)。

由于在本实施例中，所述安检设备为直立式安检设备，因此所述导向杆为竖向导向杆，可引导第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列上下运动。当然也可以根据安检设备的实际设置方式设置导向杆的方向，即第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列的运动方向。第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列会分别形成一个半圆柱面的运动轨迹。

在本实施例中，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列的形状为椭圆弧，离心率区间为0到1，弧长范围为0.7米到3米，圆心角为0到180度。

进一步地，所述驱动装置3包括电机、传动机构和引导机构，所述电机的输出轴传动连接于所述传动机构，所述传动机构传动连接于所述引导机构。

更进一步地，所述传动机构包括蜗轮蜗杆副，所述蜗轮蜗杆副的蜗杆与所述电机的输出轴连接，所述引导机构传动连接于所述蜗轮蜗杆副的蜗轮。

再进一步地，所述引导机构包括两根丝杆10、11、主动带轮4、从动带轮5和同步带12，所述第一毫米波收发弧形天线阵列1和第二毫米波收发弧形天线阵列2分别传动连接于一根丝杆10、11，其中一根丝杆10同轴连接于所述主动带轮4，另一根丝杆11同轴连接于所述从动带轮5；所述主动带轮4和从动带轮5通过同步带12传动连接，并在同步带12的传动下作相同方向的转动；所述主动带轮4同轴连接于所述蜗轮。

通过上述引导机构，可以由一个电机和传动机构同时带动第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列作相同方向的运动，可以保证第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列运动的同步性。

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1所述的毫米波人体安检设备进行安检的方法，包括如下步骤：

S1、待测目标进入第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列之间的中心位置，正面朝向第一毫米波收发弧形天线阵列或第二毫米波收发弧形天线阵列，背面朝向第二毫米波收发弧形天线阵列或第一毫米波收发弧形天线阵列；

S2、开始测试，上位机同时向运动控制卡和数据信号处理模块发出启动命令；运动控制卡控制驱动装置工作，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动；同时数据信号处理模块驱动第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块工作，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块分别向第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列均在运动过程中持续将毫米波信号发射到待测目标上，毫米波信号到达待测目标上后会反射出毫米波回波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时在运动过程中持续获取毫米波回波信号并分别传输至第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块将毫米波回波信号传输至数据信号处理模块；

S3、数据信号处理模块将毫米波回波信号回传至上位机，上位机对毫米波回波信号进行实时处理得到待测目标的人体三维图像，并显示在显示模块上供工作人员查看和判断待测目标是否携带有违禁品。

具体地，在本实施例中，步骤S2中，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动的过程为：

所述电机驱动蜗轮蜗杆副中的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动；主动带轮在蜗轮的带动下转动，并通过同步带带动从动带轮同步、同向转动；与主动带轮和从带带轮同轴连接的两根丝杆分别在主动带轮和从动带轮的带动下转动，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列则在两根丝杆的带动下，沿着丝杆和导向杆运动，对待测目标进行扫描。

在实际应用中，为了避免第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵的信号干扰，将第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵的发射信号正交或调整发射时序。

在本实施例中，数据信号处理模块的作用一是采集经第一或第二毫米波收发模块下变频后的中频回波信号和数字下变频，作用二是产生脉冲控制命令控制天线阵列开关工作时序以及产生脉冲控制命令控制DDS产生信号，作用三是根据基准时钟产生成像系统的工作时序，作用四是对采集到待测目标的中频回波数据作成像算法的预处理，目的是加快成像时间。最后经过预处理的数据通过网线传给上位机，上位机对数据进行成像算法的处理得到人体三维图像并显示在显示模块上。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种毫米波人体安检设备，其特征在于，包括第一毫米波收发弧形天线阵列、第二毫米波收发弧形天线阵列、第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块、运动控制卡、导向杆、驱动装置、数据信号处理模块和上位机；所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列相对设置；

所述第一毫米波收发模块用于向第一毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号和接收第一毫米波收发弧形天线阵列所获取的毫米波回波信号，所述第二毫米波收发模块用于向第二毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号和接收第二毫米波收发弧形天线阵列所获取的毫米波回波信号；第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列分别连接于驱动装置，并分别可活动地连接有导向杆，所述驱动装置用于驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列沿着导向杆作相同方向的运动；所述运动控制卡通讯连接于所述驱动装置；所述第一毫米波收发模块、第二毫米波收发模块分别通讯连接于所述数据信号处理模块；所述数据信号处理模块和所述运动控制卡均通讯连接于上位机。

2.根据权利要求1所述的毫米波人体安检设备，其特征在于，所述驱动装置包括电机、传动机构和引导机构，所述电机的输出轴传动连接于所述传动机构，所述传动机构传动连接于所述引导机构。

3.根据权利要求2所述的毫米波人体安检设备，其特征在于，所述传动机构包括蜗轮蜗杆副，所述蜗轮蜗杆副的蜗杆与所述电机的输出轴连接，所述引导机构传动连接于所述蜗轮蜗杆副的蜗轮。

4.根据权利要求3所述的毫米波人体安检设备，其特征在于，所述引导机构包括两根丝杆、主动带轮、从动带轮和同步带，所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列分别传动连接于一根丝杆，其中一根丝杆同轴连接于所述主动带轮，另一根丝杆同轴连接于所述从动带轮；所述主动带轮和从动带轮通过同步带传动连接，并在同步带的传动下作相同方向的转动；所述主动带轮同轴连接于所述蜗轮。

5.一种利用上述任一权利要求所述的毫米波人体安检设备进行安检的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、待测目标进入第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列之间的中心位置，正面朝向第一毫米波收发弧形天线阵列或第二毫米波收发弧形天线阵列，背面朝向第二毫米波收发弧形天线阵列或第一毫米波收发弧形天线阵列；

S2、开始测试，上位机同时向运动控制卡和数据信号处理模块发出启动命令；运动控制卡控制驱动装置工作，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动；同时数据信号处理模块驱动第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块工作，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块分别向第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列发送毫米波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列均在运动过程中持续将毫米波信号发射到待测目标上，毫米波信号到达待测目标上后会反射出毫米波回波信号，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时在运动过程中持续获取毫米波回波信号并分别传输至第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块，第一毫米波收发模块和第二毫米波收发模块将毫米波回波信号传输至数据信号处理模块；

S3、数据信号处理模块将毫米波回波信号回传至上位机，上位机对毫米波回波信号进行实时处理得到待测目标的人体三维图像，并显示在显示模块上供工作人员查看和判断待测目标是否携带有违禁品。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤S2中，驱动装置驱动所述第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列同时沿着导向杆作相同方向的运动的过程为：

所述电机驱动蜗轮蜗杆副中的蜗杆转动，蜗杆带动蜗轮转动；主动带轮在蜗轮的带动下转动，并通过同步带带动从动带轮同步、同向转动；与主动带轮和从带带轮同轴连接的两根丝杆分别在主动带轮和从动带轮的带动下转动，第一毫米波收发弧形天线阵列和第二毫米波收发弧形天线阵列则在两根丝杆的带动下，沿着丝杆和导向杆运动，对待测目标进行扫描。