CN110133743A - 一种新型毫米波单面扫描人体安检设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型毫米波单面扫描人体安检设备及方法，设备包括一个发射弧形天线阵列、一个接收弧形天线阵列、至少两根导向杆、传动装置、电机装置、运动控制卡、射频发射前端电路、信号处理装置、三维成像装置和显控设备。本发明提供的安检设备中采用大圆弧短阵列结构的毫米波发射和接收阵列，对比现有的柱面扫描覆盖人体身高的直线长阵列设计，整体长度缩减，可节约天线阵列加工成本，而且相对于现有直线天线阵列结构，本发明采用的阵列结构可以有效克服检测死角的问题，提高人体两侧违禁品的检出率。

Description

一种新型毫米波单面扫描人体安检设备及方法

技术领域

本发明涉及安检设备技术领域，具体涉及一种新型毫米波单面扫描人体安检设备及方法。

背景技术

当前运用最广泛的成像式人体或物品安检技术主要是X射线成像技术和毫米波成像技术，而且当前毫米波成像技术越来越受到市场的认可。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。

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。市场上还有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新型毫米波单面扫描人体安检设备及方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型毫米波单面扫描人体安检设备，包括一个发射弧形天线阵列、一个接收弧形天线阵列、至少两根导向杆、传动装置、电机装置、运动控制卡、射频发射前端电路、信号处理装置、三维成像装置和显控设备；所述发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列、射频发射前端电路、三维成像装置均通讯连接于所述信号处理装置，所述电机装置通讯连接于所述运动控制卡，所述信号处理装置和运动控制卡均通讯连接于所述显控设备；所述射频发射前端电路连接于所述发射弧形天线阵列；

所述发射弧形天线阵列和接收弧形天线阵列并列地设于一弧度与之相同的弧形固定板的一面；所述弧形固定板的两端分别可活动地连接于一导向杆，所述传动装置连接于所述弧形固定板，所述电机装置连接于所述传动装置，所述电机装置可通过驱动所述传动装置，带动弧形固定板沿着导向杆活动；

所述发射弧形天线阵列用于向空间发射毫米波信号；

所述接收弧形天线阵列用于接收空间中的毫米波回波信号；

所述射频发射前端电路用于产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列；

所述信号处理装置用于采集所述接收弧形天线阵列接收到的毫米波回波信号，将毫米波回波信号上传至三维成像装置进行三维成像，并将得到的三维图像传输至显控设备进行显示；还用于产生对发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列、射频发射前端电路、三维成像装置的控制命令；

所述运动控制卡用于对电机装置发出控制指令，驱动电机装置工作。

作为一种优选方案，所述传动装置采用丝杠，其一端固定连接于所述电机装置的输出轴，另一端穿过所述弧形固定板并与之螺纹传动连接。

作为另一种优选方案，所述传动装置采用皮带或钢丝绳，所述皮带或钢丝绳一端绕设于线轮上，所述线轮和所述电机装置的输出轴同轴固定；所述皮带或钢丝绳的另一端与所述弧形固定板固定连接。

本发明还提供一种新型毫米波单面扫描人体安检设备的方法，具体为：

人体进入发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的前方，正向或背向发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列站立；

通过显控设备向信号处理装置和运动控制卡设置检测参数，然后启动信号处理装置和运动控制卡工作；

运动控制卡控制电机装置工作，电机装置驱动传动装置，传动装置带动弧形固定板沿着导向杆运动；

信号处理装置向射频发射前端电路发送控制指令，射频发射前端电路产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列，发射弧形天线阵列向空间中发射毫米波信号；

毫米波信号到达人体后产生毫米波回波信号，接收弧形天线阵列接收到毫米波回波信号后被信号处理装置采集，信号处理装置进行预处理后将毫米波回波信号上传至三维成像装置进行三维成像；信号处理装置将三维成像装置得到的人体三维图像传输至显控设备中显示出来；

工作人员根据显示的人体三维图像判断人体是否携带有违禁品。

本发明的有益效果在于：本发明提供的安检设备中采用单面弧形阵列结构的可直线移动扫描的毫米波发射和接收阵列，对比现有的柱面扫描覆盖人体身高的直线长阵列设计，整体长度缩减，可节约天线阵列加工成本，而且相对于现有直线天线阵列结构，本发明采用的阵列结构可以有效克服检测死角的问题，提高人体两侧违禁品的检出率。

附图说明

图1为本发明实施例1中的设备结构示意图；

图2为图1中弧形固定板、发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的设置示意图；

图3为本发明实施例1中设备的电路连接关系示意图；

图4为本发明实施例1中射频发射前端电路的连接关系示意图；

图5为本发明实施例2中的检测示意图；

图6为本发明实施例2中的检测平面示意图；

图7为本发明实施例2中弧度较大的天线阵列示意图；

图8为本发明实施例2中弧度较小的天线阵列示意图；

图9为本发明实施例2中弧长较长的天线阵列示意图。

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

本实施例提供一种新型毫米波单面扫描人体安检设备，如图1-3 所示，包括一个发射弧形天线阵列1、一个接收弧形天线阵列2、至少两根导向杆3、传动装置4、电机装置5、运动控制卡6、射频发射前端电路7、信号处理装置8、三维成像装置9和显控设备10；所述发射弧形天线阵列1、接收弧形天线阵列2、射频发射前端电路7、三维成像装置9均通讯连接于所述信号处理装置8，所述电机装置5 通讯连接于所述运动控制卡6，所述信号处理装置8和运动控制卡6 均通讯连接于所述显控设备10；所述射频发射前端电路7连接于所述发射弧形天线阵列1；

所述发射弧形天线阵列1和接收弧形天线阵列2并列地设于一弧度与之相同的弧形固定板11的一面；所述弧形固定板11的两端分别可活动地连接于一导向杆3，所述传动装置4连接于所述弧形固定板 11，所述电机装置5连接于所述传动装置4，所述电机装置5可通过驱动所述传动装置4，带动弧形固定板11沿着导向杆3活动；

所述发射弧形天线阵列1用于向空间发射毫米波信号；

所述接收弧形天线阵列2用于接收空间中的毫米波回波信号；

所述射频发射前端电路7用于产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列1；

所述信号处理装置8用于采集所述接收弧形天线阵列2接收到的毫米波回波信号，将毫米波回波信号上传至三维成像装置9进行三维成像，并将得到的三维图像传输至显控设备10进行显示；还用于产生对发射弧形天线阵列1、接收弧形天线阵列2、射频发射前端电路 7、三维成像装置9的控制命令；

所述运动控制卡6用于对电机装置5发出控制指令，驱动电机装置5工作。

上述安检设备中，弧形固定板的运动方向可以是上下、左右或任意方向，导向杆根据所需的运动方向相应设置。发射弧形天线阵列和接收弧形天线阵列的运动轨迹为直线形，弧度大于0°且小于180°。弧形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，而且弧形天线阵列的扫描范围能够覆盖到人体的两侧，顺着人体直线扫描时能够避免扫描两侧死角的出现，降低天线阵列成本的同时，也具备探测效率高、准确度好的特点。

在本实施例中，所述传动装置4采用丝杠、皮带或钢丝绳。

当所述传动装置采用丝杠时，其一端固定连接于所述电机装置的输出轴，另一端穿过所述弧形固定板并与之螺纹传动连接。

当所述传动装置采用皮带或钢丝绳时，所述皮带或钢丝绳一端绕设于线轮上，所述线轮和所述电机装置的输出轴同轴固定；所述皮带或钢丝绳的另一端与所述弧形固定板固定连接。

在本实施例中，如图4所示，所述射频发射前端电路包括时钟单元、本阵模块、DDS扫频单元、混频单元、发射多倍频单元(本实施例中为16倍)。

实施例2

本实施例提供一种利用上述新型毫米波单面扫描人体安检设备的方法，具体如下：

人体进入发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的前方(发射弧形天线阵列和接收弧形天线阵列的中点M和弧心P之间，即图6所示 O点上)，正向或背向发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列站立；如图5-6所示；

图6中，A、B为发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的两个端点，L为发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的弧长，D为A点和B点之间的直线距离，R为半径。

通过显控设备向信号处理装置和运动控制卡设置检测参数，然后启动信号处理装置和运动控制卡工作；

运动控制卡控制电机装置工作，电机装置驱动传动装置，传动装置带动弧形固定板沿着导向杆运动(本实施例中为上下运动)；

信号处理装置向射频发射前端电路发送控制指令，射频发射前端电路产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列，发射弧形天线阵列向空间中发射毫米波信号；

毫米波信号到达人体后产生毫米波回波信号，接收弧形天线阵列接收到毫米波回波信号后被信号处理装置采集，信号处理装置进行预处理后将毫米波回波信号上传至三维成像装置进行三维成像；信号处理装置将三维成像装置得到的人体三维图像传输至显控设备中显示出来；

工作人员根据显示的人体三维图像判断人体是否携带有违禁品。

进一步地，三维成像装置可采用的三维全息成像数据处理方式包括以下几种：反向投影算法、基于相位近似与补偿的平面三维ωk算法和基于相位近似与补偿的柱面三维ωk算法。其中，反向投影算法最为精确，而计算量大，可结合并行计算技术提高计算速度。在发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的弧度小于90度时，可采用基于相位近似与补偿的平面三维ωk算法，误差较小而计算效率较高。当发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的弧度大于或等于90度时，可采用基于相位近似与补偿的柱面三维ωk算法，误差较小而计算效率较高。此外，当阵列的弧长较长时，还可以通过弧长划分与数据拼接的方式进行数据处理。

如图7所示为弧度较大的椭圆轨迹阵列俯视图(即图中的实心轨迹)，将其近似为圆轨迹柱面阵列(即图中的空心轨迹)，在数据处理过程中对各阵元做相应的相位补偿，减小相位误差。

如图8所示为弧度较小的椭圆轨迹阵列俯视图(即图中的实心轨迹)，将其近似为平面阵列(即图中的空心轨迹)，在数据处理过程中对各阵元做相应的相位补偿，减小相位误差。

如图9所示，对于弧长较长的椭圆阵列，可将阵列分段(如图中用虚线所划分成的三段)，不同段对应的曲率半径不同，可近似为不同半径的柱面阵列，在数据处理中可进行频谱拼接，图像融合等操作。

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 (4)

1.一种新型毫米波单面扫描人体安检设备，其特征在于，包括一个发射弧形天线阵列、一个接收弧形天线阵列、至少两根导向杆、传动装置、电机装置、运动控制卡、射频发射前端电路、信号处理装置、三维成像装置和显控设备；所述发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列、射频发射前端电路、三维成像装置均通讯连接于所述信号处理装置，所述电机装置通讯连接于所述运动控制卡，所述信号处理装置和运动控制卡均通讯连接于所述显控设备；所述射频发射前端电路连接于所述发射弧形天线阵列；

所述发射弧形天线阵列和接收弧形天线阵列并列地设于一弧度与之相同的弧形固定板的一面；所述弧形固定板的两端分别可活动地连接于一导向杆，所述传动装置连接于所述弧形固定板，所述电机装置连接于所述传动装置，所述电机装置可通过驱动所述传动装置，带动弧形固定板沿着导向杆活动；

所述发射弧形天线阵列用于向空间发射毫米波信号；

所述接收弧形天线阵列用于接收空间中的毫米波回波信号；

所述射频发射前端电路用于产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列；

所述信号处理装置用于采集所述接收弧形天线阵列接收到的毫米波回波信号，将毫米波回波信号上传至三维成像装置进行三维成像，并将得到的三维图像传输至显控设备进行显示；还用于产生对发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列、射频发射前端电路、三维成像装置的控制命令；

所述运动控制卡用于对电机装置发出控制指令，驱动电机装置工作。

2.根据权利要求1所述的新型毫米波单面扫描人体安检设备，其特征在于，所述传动装置采用丝杠，其一端固定连接于所述电机装置的输出轴，另一端穿过所述弧形固定板并与之螺纹传动连接。

3.根据权利要求1所述的新型毫米波单面扫描人体安检设备，其特征在于，所述传动装置采用皮带或钢丝绳，所述皮带或钢丝绳一端绕设于线轮上，所述线轮和所述电机装置的输出轴同轴固定；所述皮带或钢丝绳的另一端与所述弧形固定板固定连接。

4.一种利用上述任一权利要求所述的新型毫米波单面扫描人体安检设备的方法，其特征在于，具体为：

人体进入发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列的前方，正向或背向发射弧形天线阵列、接收弧形天线阵列站立；

通过显控设备向信号处理装置和运动控制卡设置检测参数，然后启动信号处理装置和运动控制卡工作；

运动控制卡控制电机装置工作，电机装置驱动传动装置，传动装置带动弧形固定板沿着导向杆运动；

信号处理装置向射频发射前端电路发送控制指令，射频发射前端电路产生毫米波信号发送给发射弧形天线阵列，发射弧形天线阵列向空间中发射毫米波信号；

毫米波信号到达人体后产生毫米波回波信号，接收弧形天线阵列接收到毫米波回波信号后被信号处理装置采集，信号处理装置进行预处理后将毫米波回波信号上传至三维成像装置进行三维成像；信号处理装置将三维成像装置得到的人体三维图像传输至显控设备中显示出来；

工作人员根据显示的人体三维图像判断人体是否携带有违禁品。