CN111025407A - 一种无感知高通量毫米波雷达安检装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无感知高通量毫米波雷达安检装置和方法，其包括：稀疏天线阵列(包括多块天线阵列模块，每个模块中至少有一个发射天线单元，一个接收天线单元)，射频收发前端、信号处理模块、显示模块。该通过式安检装置采用向外张角的设计方案，该设计具有更好的开放性，相比与向内张角的设计方案，能够从更远的距离开始对被检人进行成像和检测。根据无感知高通量毫米波雷达安检装置的特点，将通过区域划分为两个区域，分别为进入区和离开区，在进入区通过靠近入口的天线阵列，对被检人正面进行扫描；在离开区通过靠近出口的天线阵列，对被检人背面进行扫描。本发明采用更少的天线阵列收发模块降低硬件成本，通过单个子阵选通降低数据采集和处理时间，提高了检测效率。

Description

一种无感知高通量毫米波雷达安检装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无感知高通量毫米波雷达安检装置及方法，涉及毫米波安检成像领域。

背景技术

近年来国内外的恐怖袭击事件频繁发生，危险物品的种类也越来越多，传统的安检手段已经不能满足当前安检市场的需求。传统的金属探测器仅能探测金属违禁品，对塑料炸弹、陶瓷刀具都无能为力；X光安检设备虽然能检测所有的违禁物品，但是对人体健康有一定的威胁，也不是最佳的安检手段。目前毫米波三维成像技术是一种替代传统安检手段的有效方法。L3公司的圆柱扫描三维成像系统、RS公司的QPS三维成像系统以及Smith公司的反射面天线阵成像系统，都是目前市场上的主要毫米波三维成像系统。目前市面上的毫米波安检设备多是配合式的安检设备，另外一些通过式毫米波安检门，多是被动的，分辨率和灵敏度受到很大制约。主动成像设备阵列单元数多，数据采集和处理时间长，成本昂贵不利于实现通过式安检的市场化需求。本专利提出一种阵列单元数少，低成本、检测速度快、体积小、重量轻的无感知高通量毫米波雷达安检装置。其张角朝外的两边形结构设计以及相控阵和数字相控阵相结合的信号处理方式，可以实现1～10m人体检测。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种无感知高通量毫米波雷达安检装置及方法。

本发明的技术解决方案是：

一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，包括：稀疏天线阵列、射频收发前端、信号处理模块和显示模块；射频收发前端又包括频率合成模块、发射模块和接收模块；信号处理模块包括控制模块、检测模块、DA模块和校准模块；稀疏天线阵列包括多块天线阵列模块，每个天线阵列模块中至少有一个发射天线单元和一个接收天线单元；

发射链路具体为：信号处理模块中的控制模块控制DA模块为频率合成模块提供调谐电压，从而使频率合成模块中产生压控振荡器FMCW信号，经倍频后的FMCW信号功分为两路，一路传送给射频收发前端中的发射模块，在发射模块做两倍频处理后，作为发射信号；另外一路经功分网络功分为12M₁路后，经射频电缆分别传输给射频收发前端中的接收模块，在接收模块中做两倍频处理后，作为接收本振；在信号处理模块中控制模块的控制下，同时打开指定天线阵列的1到12N₁个发射天线单元，发射天线单元将信号辐射到空间，发射信号与目标相互作用后，被接收天线单元接收；

接收链路具体为：在信号处理模块中控制模块的控制下，打开指定天线阵列区域的12N₁个发射天线单元，指定区域的发射单元工作时，同时打开指定天线阵列区域的12M₁个接收天线单元；

将安检装置的通过区域划分为两个区域，分别为进入区和离开区，在进入区通过靠近入口的天线阵列，对被检人正面进行扫描；在离开区通过靠近出口的天线阵列，对被检人背面进行扫描。

进一步的，稀疏天线阵列从上到下的第一个天线阵列模块负责被检人上部的检测，第二个天线阵列模块负责被检人中部的检测，第三个天线阵列模块负责被检人下部的检测。

进一步的，稀疏天线阵列的接收通道接收到与目标相互作用的回波信号后，将回波信号发送到射频收发前端的接收模块中，并在接收模块中与接收本振信号混频得到中频回波信号，将中频回波信号传送到信号处理模块中；切换发射单元的配幅配相方式，再次重复上述过程，完成该状态对应的接收单元回波数据获取，直到完成该指定区域内所有发射单元配幅配相方式对应的接收通道的回波信号获取，并将所有回波信号传送到信号处理模块中。

进一步的，回波信号在信号处理模块中的校准模块完成回波信号的校准，并在信号处理模块中的检测模块中通过数字波束形成完成数据处理后，根据深度学习算法对处理后的数据做检测处理，根据检测结果标记出被检人携带的违禁物品的位置，最后信号处理模块将检测结果发送给显示模块，在显示模块中显示检测结果。

进一步的，信号处理模块中的校准模块，在校准模块中完成回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给检测模块；脉冲压缩过程中，将信道的色散通过与参考信道混频的方式补偿掉；参考通道色散在出厂前测试，将测试通道的幅度和相位保存；在出厂后色散校正过程中，每个通道的回波数据与该保存的测试通道的幅度和相位相除，完成色散校正；利用在校准模式下测得的通道不一致性和延时校准参数，完成通道不一致性和延时校正。

进一步的，稀疏天线阵列，包括P个稀疏天线阵列模块，其中P>1,且P优选12块；每个稀疏天线阵列模块由N₁个发射天线单元和M₁个接收天线单元组成，其中1≤N₁≤100,1≤M₁≤100；整个稀疏天线阵列由N＝12N₁个发射天线单元和M＝12M₁个接收天线单元组成，其中1≤N，1≤M，整个稀疏天线阵列是两个向外张角的两边形结构。

进一步的，稀疏天线阵列模块的布阵包括五种形式，分别是十字形、×字形、正方形、平行四边形和圆形。

进一步的，稀疏阵三维成像安检装置的工作方式包括定位模式和检测模式；

定位模式的功能为：确定被检人的具体位置，降低后面的数据获取和检测处理的数据量；

定位模式的方法为：采用添加外部传感器的方法，外部传感器选用光学传感器，或者采用稀疏天线阵列扫描测距的方法来实现被检人位置的确定。

进一步的，检测模式的功能为：稀疏天线阵列的发射天线单元采用配幅配相模式发射信号，稀疏天线阵列的接收天线单元采用分天线阵列模块接收，获得被检人回波信号，并对被检人回波信号做数字相控阵数据处理，通过深度学习算法做检测处理；

检测模式的处理过程为：若定位模式检测到被检人进入通道指定区域，则信号处理模块的控制模块传递开始指令到稀疏天线阵列，在不同的幅相配置的条件下，完成发射天线单元的发射；然后通过控制稀疏天线阵列，完成指定接收天线单元的接收；并通过数字相控阵的原理处理回波，将处理后的回波数据通过深度学习完成被检人的检测处理。

进一步的，本发明还提出一种根据无感知高通量毫米波雷达安检装置实现的安检方法，包括：

第801步，无感知高通量毫米波雷达安检装置上电，完成系统自检；

第802步，将系统调整至校准模式，完成整个系统的通道幅相不一致性校正和延时校正参数提取；

第803步，系统校准参数提取完成后，将系统切换到定位模式；

第804步，在定位模式下确定被检人所在的位置，判断被检人是否进入检测区域，首先判断被检人是否进入-10m<x<-1m的范围；

第805步，当检测到被检人进入-10m<x<-1m的范围，将系统切换到检测模式；

第806步，在检测模式下，通过第一模式或者第二模式进行数据采集；完成该被检区域指定阵列的全部发射单元发射，以及相应接收单元接收和数据获取后，将该指定阵列发射单元对应的接收数据传输给校准模块，并将系统切换到定位模式；重复步骤803-806Q次，直到完成所有设定的被检区域被检人的数据采集，并实时的将回波数据传递给校准模块；

第一模式：每次数据采集都仅用同一个阵列中的同一个天线阵列模块的发射和接收单元，数据处理时每次也只处理一个阵列模块的数据；

第二模式：每次数据采集都仅用一个天线阵列中一个天线阵列模块的发射和相对的天线阵列中一个天线阵列模块的接收单元；

信号的接收和发射过程如下所示：射频信号的发射由信号处理模块的控制模块给射频收发前端中的频率合成模块发送电压序列，产生4.5～5.125GHz的FMCW信号，该4.5～5.125GHz的FMCW信号在频率合成模块内做8倍倍频处理后，功分为两路，一路通过一个功分开关网络传输到发射模块，并在发射模块中做两倍频处理后，作为发射信号；另一路功分为12M₁路后，分别作为接收本振信号，并分别通过射频电缆传输到接收模块，在接收模块内做两倍频处理后，传输到接收模块的本振输入端；

接收信号的过程为，信号处理模块中的控制模块控制接收天线阵列同时完成指定的接收阵列中所有接收天线单元的接收，将每组接收天线单元接收的人体反射回波通过射频电缆，传输到接收模块的射频输入端，在接收模块内做两倍频处理后与接收本振做混频处理，将混频处理之后的中频信号，传输给信号处理模块；发射开关天线阵列遍历所有的发射天线单元一遍，并重复上述操作，将回波信号传输到信号处理模块中；

第807步，将接收到的基带回波信号在信号处理模块内完成采样后，传输给信号处理模块中的校准模块，分别完成Q个区域被检人回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给信号处理模块中的检测模块；

第808步，在检测模块中做数字波束形成处理，之后通过深度学习算法分别完成Q个区域被检人成像结果的检测处理，完成人体正面、双侧面和背面的成像检测后，结束该被检人的检测，并将检测结果传递显示模块；

第809步，在显示模块显示检测模块获得的检测结果。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)采用了两个张角朝外的两边形整体结构，使得该设计具有更好的开放性，相比与向内张角的设计方案，能够更早的开始对被检人进行检测，实现更远距离的被检人探测范围，并可实现通过式成像。

(2)本方案采用更少的阵列单元模块，在实现低成本的同时，可以进一步降低回波信号采集和处理的时间，提高了安检效率。

(3)在其中一个实施例中，采用指定阵列单个子阵模块数据获取和数据处理的方式，大大降低了数据处理量，降低了检测时间。

(4)在一些对检测概率要求不高的应用中，甚至可以采用一块或者两块天线阵列模块，来实现对被检人的检测，实现快速通过式的安检。

(5)采用了定位模式和检测模式相切换的方式，实现了被检人的快速定位，仅对被检人所在区域进行成像，缩短了通过式成像的采样时间。

(6)采用了大数据库和深度学习的方法，提高了检测的准确率。

附图说明

图1无感知高通量毫米波雷达安检装置系统框图；

图2无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵图和三维结构图；

图3无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵俯视图和三维结构俯视图；

图4无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵侧视图和三维结构侧视图；

图5无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵正视图和三维结构正视图；

图6无感知高通量毫米波雷达安检装置单个子阵布阵图；

图7无感知高通量毫米波雷达安检装置阵列选通方式示意图；

图8无感知高通量毫米波雷达安检装置系统工作流程图；

图9为检测模式下的第一种扫描模式流程图；

图10为检测模式下的第二种扫描模式流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。

本发明提出一种无感知高通量毫米波雷达安检装置和方法，主要是利用稀疏阵列电扫描，实现对人体的安检。图1为无感知高通量毫米波雷达安检装置的原理框图。该无感知高通量毫米波雷达安检装置主要包括：稀疏天线阵列、射频收发前端(包括频率合成模块、发射模块和接收模块)、信号处理模块和显示模块。在其中一个实施例中，稀疏阵列为两个张角朝外的两边形天线阵列由图2所示，由P块收发天线模块组成，其中1≤P，在本实施例中P为12块。根据具体的应用背景，P可以选为4个甚至更少。无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵图和三维结构图如图2所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵俯视图和三维结构俯视图如图3所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵侧视图和三维结构侧式图如图4所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵正视图和三维结构正视图如图5所示。每块收发天线模块，由N₁个发射天线单元和M₁个接收天线单元组成，其中1≤N₁≤100,1≤M₁≤100，无感知高通量毫米波雷达安检装置单个子阵布阵图如图6所示，在图6中列出了布阵的五种形式，分别是十字形、×字形、正方形、平行四边形和圆形。因此整个无感知高通量毫米波雷达安检装置由N＝12N₁个发射天线单元和M＝12M₁个接收天线单元组成，其中1≤N，1≤M，由图2所示，在该实施例中，发射天线单元的个数N为12N₁个，接收天线单元的个数M为12M₁个。

无感知高通量毫米波雷达安检装置的工作流程分为定位模式和检测模式。

其中定位模式的功能为：确定被检人的具体位置，降低后面的数据获取和检测处理的数据量。

定位模式的方法为：可以采用添加外部传感器的方法，外部传感器可以选用光学传感器等。或者采用面阵上部分天线单元粗扫描测距的方法来实现被检人位置的确定。

检测模式的功能为：在发射采用相控阵模式，接收采用分子区接收，获得被检人回波信号，并对被检人回波信号做数字相控阵数据处理，通过深度学习算法做检测处理。

检测模式的处理过程为：若定位模式检测到被检人进入通道指定区域，则信号处理模块的控制模块传递开始指令到射频前端模块，根据相控阵的原理，在不同的幅相配置的条件下，完成指定子阵发射单元的发射。然后通过控制接收开关网络，完成指定阵列接收通道的接收。并通过数字相控阵的原理处理回波，将处理后的回波数据根据深度学习的原理，完成被检人的检测处理。

如图7所示，当定位模式检测到被检人进入通道-10m<x<-1m的范围，即图701A虚线框所示的区域时，开启2和4列收发通道进入检测模式，此时可以对人体前表面和侧面进行成像，并判断人体前表面和侧面是否携带违禁物品；当定位模式检测到被检人进入1m<x<10m的范围，即图701B虚线框所示的区域时，开启1和3列收发通道，对人体后表面和侧面进行成像，并判断人体后表面和侧面是否携带违禁物品。

发射链路：信号处理模块中的控制模块控制信号处理模块中的DA模块，为频率合成模块提供一系列的调谐电压，从而使频率合成模块中的VCO模块(压控振荡器)产生4.5～5.125GHz的FMCW信号，经8倍频模块后，FMCW信号频率范围变为36GHz-41GHz。将倍频后的FMCW信号功分为两路，一路传送给射频收发前端中的发射模块，在发射模块做两倍频处理后，作为发射信号，另外一路经功分网络功分为12M₁路后，经射频电缆分别传输给射频收发前端中的接收模块，在接收模块中做两倍频处理后，作为接收本振。在信号处理模块中控制模块的控制下，同时打开指定天线阵列的1到N₁个稀疏发射天线阵列的发射通道。发射天线单元将信号辐射到空间后。发射信号与目标相互作用后，被稀疏接收阵列接收。

接收链路：在信号处理模块中控制模块的控制下，打开指定天线阵列区域的N₁个发射天线单元，指定区域的发射单元工作时，同时打开指定天线阵列区域的2M₁个接收天线单元，指定区域的选择方式如图7所示。特别说明，在发射处于某一种配幅配相方式时，一个子阵的全部发射单元发射，同时选通该子阵的全部接收单元以及对面指定阵列相同高程对应子阵的全部接收单元接收。例如当图701A中，在发射处于某一种配幅配相方式时，第2列天线的第一个子阵的发射单元发射时，该子阵的全部接收单元以及第4列第一个子阵的全部接收单元参与接收。每一个子阵的发射单元的配幅配相方式至少有N₁种。

如图7所示从上到下的第一个子阵负责被检人上部的检测，第二个子阵负责被检人中部的检测，第三个子阵负责被检人下部的检测。稀疏接收天线阵列的接收通道接收到与目标相互作用的回波信号后，将回波信号发送到射频收发前端的接收模块中，并在接收模块中与接收本振信号混频得到中频回波信号，将中频回波信号传送到信号处理模块中。切换发射单元的配幅配相方式，再次重复上述过程，完成该发射单元对应的接收单元回波数据获取，直到完成该指定区域内所有发射单元配幅配相方式对应的接收通道的回波信号获取，并将所有回波信号传送到信号处理模块中。回波信号在信号处理模块中的校准模块完成回波信号的校准，并在信号处理模块中的检测模块中通过数字波束形成完成数据处理后，根据深度学习算法对处理后的数据做检测处理，根据检测结果标记出被检人携带的违禁物品的位置。最后信号处理模块将检测结果发送给显示器。在显示器中显示人工智能检测结果。

稀疏天线阵列

本发明所指的稀疏天线阵列，包括P个稀疏天线阵列模块，其中P>1,且P优选12块，如图2所示。稀疏天线阵列模块的组合方式以及每个模块的布阵方式是多种多样的。无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵图如图2所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵俯视图如图3所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵侧视图如图4所示，无感知高通量毫米波雷达安检装置三维布阵正视图如图5所示。每块收发天线模块，由N₁个发射天线单元和M₁个接收天线单元组成，其中1≤N₁≤100,1≤M₁≤100，无感知高通量毫米波雷达安检装置单个子阵布阵图如图6所示，在图6中列出了布阵的五种形式，分别是十字形、×字形、正方形、平行四边形和圆形。因此整个无感知高通量毫米波雷达安检装置由N个发射天线单元和M个接收天线单元组成，其中1≤N，1≤M，由图2所示，在该实施例中，发射天线单元的个数为12N₁个，接收天线单元的个数为12M₁个。为了扩大人体安检的检测范围和检测距离，实现低成本快速通过式安检。本发明采用了如图2所示的天线阵列布阵方式。整个天线阵列是两个向外张角的两边形结构。通过该设计可以增加观测到的被检人的检测范围和检测距离。

射频收发前端

系统的射频收发前端，主要负责系统射频信号的发射和接收。射频收发前端包括：频率合成模块、P个发射模块和P个接收模块。

信号处理模块中的控制模块控制信号处理模块中的DA模块，为频率合成模块提供一系列的调谐电压，从而使频率合成模块中的VCO模块(压控振荡器)产生4.5～5.125GHz的FMCW信号，经8倍频模块后，FMCW信号频率范围变为36GHz-41GHz。将倍频后的FMCW信号功分为两路，一路传送给射频收发前端中的发射模块，在发射模块中做两倍频处理，并与70MHz中频信号混频后，作为发射本振信号，另外一路经功分网络功分为10M₁路后，经射频电缆分别传输给射频收发前端中的接收模块，在接收模块做两倍频处理后，作为接收本振。在射频收发前端的发射模块中，将FMCW信号经射频电缆传送给发射模块。在信号处理模块中控制模块的控制下，依次打开指定天线阵列的1到N个稀疏发射天线阵列的发射通道，在每个通道完成FMCW信号发射后，切换到下一个通道，且确保每次只有一个通道工作。发射天线单元将信号辐射到空间后。发射信号与目标相互作用后，被稀疏接收阵列接收。除了该实施例的频率范围，可以扩展应用到毫米波的任意波段。

信号处理模块

信号处理模块的功能包括：产生发射中频信号；产生频率合成模块的输入电压信号；接收中频回波信号，然后在信号处理模块中，将中频回波信号做数字下变频处理和校准处理，最后将检测结果发送给检测模块，做数字波束形成处理和检测处理。通过信号处理模块中的控制模块向整机发送控制信号：包括触发发射信号和接收信号，控制指定的发射单元和接收单元工作。

信号处理模块中的校准模块，在校准模块中完成回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给检测模块。实际的信道存在色散，脉冲压缩过程中，需要将信道的色散通过与参考信道混频的方式补偿掉。参考通道色散可以在出厂前测试一次，将测试通道的幅度和相位保存下来。在出厂后色散校正过程中，每个通道的回波数据与该保存的测试通道的幅度和相位相除，完成色散校正。利用在校准模式下测得的通道不一致性和延时校准参数，完成通道不一致性和延时校正。

信号处理模块中的检测模块首先对回波数据做数字相控阵处理，然后将根据数字相控阵原理处理后的回波数据结果在大数据库的基础上，采用公知的深度学习算法，完成对目标的分类和识别。

信号处理模块中控制模块的功能包括：将信号处理模块的扫描指令和校正指令传递给安检门系统，将安检门系统的状态信息反馈给信号处理模块；将信号处理模块中检测结果发送给显示模块。

显示模块

显示器的主要功能为显示由信号处理模块传来的检测结果。

下面介绍无感知高通量毫米波雷达安检装置的安检方法，如图8所示。

第801步，无感知高通量毫米波雷达安检装置上电，完成系统自检。

第802步，将系统调整至校准模式，完成整个系统的通道幅相不一致性校正和延时校正参数提取。

第803步，系统校准参数提取完成后，将系统切换到定位模式。

第804步，在定位模式下确定被检人所在的位置，判断被检人是否进入检测区域，首先判断被检人是否进入-10m<x<-1m的范围，即如图701A所示的虚线框所示的范围。

第805步，当检测到被检人进入-10m<x<-1m的范围，即如图701A所示的虚线框时，将系统切换到检测模式。

第806步，在检测模式下，采用图9和图10所示的数据采集方式。

在图9所示的检测模式下的数据采集方式，每次数据采集都仅用同一个阵列中的同一个天线阵列模块的发射和接收单元。数据处理时每次也只处理一个阵列模块的数据，大大降低了数据采集的数据量和成像算法的处理时间。

在图10所示的检测模式的数据采集方式，每次数据采集都仅用一个天线阵列中一个天线阵列模块的发射和相对的天线阵列中一个天线阵列模块的接收单元。比如本实施例中，仅采用第2列天线的最上面一个天线阵列模块的发射单元和第4列天线最上面一个天线阵列模块的接收单元完成一组数据采集。数据处理时每次也只处理一个阵列模块的数据，大大降低了数据采集的数据量和成像算法的处理时间。

具体工作模式为：完成该被检区域指定阵列的全部发射单元发射，以及相应接收单元接收和数据获取后，将该指定阵列发射单元对应的接收数据传输给校准模块，并将系统切换到定位模式。重复步骤803-806Q次，直到完成所有设定的被检区域被检人的数据采集，并实时的将回波数据传递给校准模块。

如图9所示，第一模式：每次数据采集都仅用同一个阵列中的同一个天线阵列模块的发射和接收单元，数据处理时每次也只处理一个阵列模块的数据；

如图10所示，第二模式：每次数据采集都仅用一个天线阵列中一个天线阵列模块的发射和相对的天线阵列中一个天线阵列模块的接收单元；

具体过程如下：在其中一个实施例中，将通道内的被检区域划分为2个，即Q＝2。这两个区域分别是进入区和离开区，分别如图701A和701B图中的虚线框所示。首先进行803步，系统切换到定位模式，然后进行804步在定位模式下判断被检人是否进入-10m<x<-1m的范围，即如图701A所示的虚线框所示的范围。再次进入805步若被检人已进入-10m<x<-1m的范围，即如图701A所示的虚线框所示的范围，则将系统切换到检测模式。最后在检测模式下完成如图701A所示的指定的收发阵列2和4的射频信号发射和接收。完成被检人前表面和侧面成像回波数据的获取，将获得的回波数据传递给信号处理模块中的校准模块。并将系统切换回定位模式，再次进入803步。然后进行804步，在定位模式下判断被检人是否进入通道1m<x<10m的范围，即图701B所示的虚线框。再次进入805步，若被检人已进入通道1m<x<10m的范围，即图701B所示的虚线框时，则将系统切换到定位模式，最后在定位模式下完成如图701B所示的指定的收发阵列1和3射频信号发射和接收。将获得的回波数据传递给信号处理模块中的校准模块，完成被检人双侧面和背面的数据获取。并将系统切换回定位模式，等待下一个被检人进入。

信号的接收和发射过程如下所示：射频信号的发射由信号处理模块的控制模块给射频收发前端中的频率合成模块发送电压序列，产生4.5～5.125GHz的FMCW信号。该4.5～5.125GHz的FMCW信号在频率合成模块内做8倍倍频处理后，功分为两路，一路通过一个功分开关网络传输到发射模块，并在发射模块中做两倍频处理后，作为发射信号。另一路功分为12M₁路后，分别作为接收本振信号，并分别通过射频电缆传输到接收模块，在接收模块内做两倍频处理后，传输到接收模块的本振输入端。接收信号的过程为，信号处理模块中的控制模块控制接收天线阵列同时完成指定的接收阵列中所有接收天线单元的接收，将每组接收天线单元接收的人体反射回波通过射频电缆，传输到接收模块的射频输入端，在接收模块内做两倍频处理后与接收本振做混频处理，将混频处理之后的中频信号，传输给信号处理模块。发射开关天线阵列遍历所有的发射天线单元一遍，并重复上述操作，将基带信号(即回波信号)传输到信号处理模块中。

第807步 将接收到的基带回波信号在信号处理模块内完成采样后，传输给信号处理模块中的校准软件模块。分别完成Q个区域被检人回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给信号处理模块中的检测模块。

第808步 在检测模块做中数字波束形成处理后在大数据的基础上，通过公知的深度学习算法分别完成Q个区域被检人成像结果的检测处理，完成人体正面、双侧面和背面的成像检测后，结束该被检人的检测。并将检测结果传递显示模块。

第809步，在显示模块显示检测模块获得的检测结果(智能识别的结果)。在部分实施例中，显示模块中的开始选项还可以通过控制模块控制整机的启动。

值得注意的是，这里提到的定位模式是指通过信号处理模块中的控制模块，控制其它传感器完成被检人的定位，或者采用测距模式完成定位，即依次控制阵列2和4中的一个发射单元以及与它相邻的接收单元，阵列1和3中的一个发射单元以及与它相邻的接收单元，工作在测距模式，并通过测得在通道内如图701A虚线和701B虚线内的区域是否有被检人通过，以便切换到检测扫描，完成人体前表面、侧面、脚底以及背面的检测。

Claims (10)

1.一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于包括：稀疏天线阵列、射频收发前端、信号处理模块和显示模块；射频收发前端又包括频率合成模块、发射模块和接收模块；信号处理模块包括控制模块、检测模块、DA模块和校准模块；稀疏天线阵列包括多块天线阵列模块，每个天线阵列模块中至少有一个发射天线单元和一个接收天线单元；

发射链路具体为：信号处理模块中的控制模块控制DA模块为频率合成模块提供调谐电压，从而使频率合成模块中产生压控振荡器FMCW信号，经倍频后的FMCW信号功分为两路，一路传送给射频收发前端中的发射模块，在发射模块做两倍频处理后，作为发射信号；另外一路经功分网络功分为12M₁路后，经射频电缆分别传输给射频收发前端中的接收模块，在接收模块中做两倍频处理后，作为接收本振；在信号处理模块中控制模块的控制下，同时打开指定天线阵列的1到12N₁个发射天线单元，发射天线单元将信号辐射到空间，发射信号与目标相互作用后，被接收天线单元接收；

接收链路具体为：在信号处理模块中控制模块的控制下，打开指定天线阵列区域的12N₁个发射天线单元，指定区域的发射单元工作时，同时打开指定天线阵列区域的12M₁个接收天线单元；

将安检装置的通过区域划分为两个区域，分别为进入区和离开区，在进入区通过靠近入口的天线阵列，对被检人正面进行扫描；在离开区通过靠近出口的天线阵列，对被检人背面进行扫描。

2.根据权利要求1所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：稀疏天线阵列从上到下的第一个天线阵列模块负责被检人上部的检测，第二个天线阵列模块负责被检人中部的检测，第三个天线阵列模块负责被检人下部的检测。

3.根据权利要求2所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：稀疏天线阵列的接收通道接收到与目标相互作用的回波信号后，将回波信号发送到射频收发前端的接收模块中，并在接收模块中与接收本振信号混频得到中频回波信号，将中频回波信号传送到信号处理模块中；切换发射单元的配幅配相方式，再次重复上述过程，完成该状态对应的接收单元回波数据获取，直到完成该指定区域内所有发射单元配幅配相方式对应的接收通道的回波信号获取，并将所有回波信号传送到信号处理模块中。

4.根据权利要求3所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：回波信号在信号处理模块中的校准模块完成回波信号的校准，并在信号处理模块中的检测模块中通过数字波束形成完成数据处理后，根据深度学习算法对处理后的数据做检测处理，根据检测结果标记出被检人携带的违禁物品的位置，最后信号处理模块将检测结果发送给显示模块，在显示模块中显示检测结果。

5.根据权利要求1所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：信号处理模块中的校准模块，在校准模块中完成回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给检测模块；脉冲压缩过程中，将信道的色散通过与参考信道混频的方式补偿掉；参考通道色散在出厂前测试，将测试通道的幅度和相位保存；在出厂后色散校正过程中，每个通道的回波数据与该保存的测试通道的幅度和相位相除，完成色散校正；利用在校准模式下测得的通道不一致性和延时校准参数，完成通道不一致性和延时校正。

6.根据权利要求1所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：稀疏天线阵列，包括P个稀疏天线阵列模块，其中P>1,且P优选12块；每个稀疏天线阵列模块由N₁个发射天线单元和M₁个接收天线单元组成，其中1≤N₁≤100,1≤M₁≤100；整个稀疏天线阵列由N＝12N₁个发射天线单元和M＝12M₁个接收天线单元组成，其中1≤N，1≤M，整个稀疏天线阵列是两个向外张角的两边形结构。

7.根据权利要求6所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：稀疏天线阵列模块的布阵包括五种形式，分别是十字形、×字形、正方形、平行四边形和圆形。

8.根据权利要求1所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：稀疏阵三维成像安检装置的工作方式包括定位模式和检测模式；

定位模式的功能为：确定被检人的具体位置，降低后面的数据获取和检测处理的数据量；

定位模式的方法为：采用添加外部传感器的方法，外部传感器选用光学传感器，或者采用稀疏天线阵列扫描测距的方法来实现被检人位置的确定。

9.根据权利要求8所述的一种无感知高通量毫米波雷达安检装置，其特征在于：检测模式的功能为：稀疏天线阵列的发射天线单元采用配幅配相模式发射信号，稀疏天线阵列的接收天线单元采用分天线阵列模块接收，获得被检人回波信号，并对被检人回波信号做数字相控阵数据处理，通过深度学习算法做检测处理；

检测模式的处理过程为：若定位模式检测到被检人进入通道指定区域，则信号处理模块的控制模块传递开始指令到稀疏天线阵列，在不同的幅相配置的条件下，完成发射天线单元的发射；然后通过控制稀疏天线阵列，完成指定接收天线单元的接收；并通过数字相控阵的原理处理回波，将处理后的回波数据通过深度学习完成被检人的检测处理。

10.一种根据权利要求1～9中任一项所述的无感知高通量毫米波雷达安检装置实现的安检方法，其特征在于：

第801步，无感知高通量毫米波雷达安检装置上电，完成系统自检；

第802步，将系统调整至校准模式，完成整个系统的通道幅相不一致性校正和延时校正参数提取；

第803步，系统校准参数提取完成后，将系统切换到定位模式；

第804步，在定位模式下确定被检人所在的位置，判断被检人是否进入检测区域，首先判断被检人是否进入-10m<x<-1m的范围；

第805步，当检测到被检人进入-10m<x<-1m的范围，将系统切换到检测模式；

第806步，在检测模式下，通过第一模式或者第二模式进行数据采集；完成该被检区域指定阵列的全部发射单元发射，以及相应接收单元接收和数据获取后，将该指定阵列发射单元对应的接收数据传输给校准模块，并将系统切换到定位模式；重复步骤803-806Q次，直到完成所有设定的被检区域被检人的数据采集，并实时的将回波数据传递给校准模块；

第一模式：每次数据采集都仅用同一个阵列中的同一个天线阵列模块的发射和接收单元，数据处理时每次也只处理一个阵列模块的数据；

第二模式：每次数据采集都仅用一个天线阵列中一个天线阵列模块的发射和相对的天线阵列中一个天线阵列模块的接收单元；

信号的接收和发射过程如下所示：射频信号的发射由信号处理模块的控制模块给射频收发前端中的频率合成模块发送电压序列，产生4.5～5.125GHz的FMCW信号，该4.5～5.125GHz的FMCW信号在频率合成模块内做8倍倍频处理后，功分为两路，一路通过一个功分开关网络传输到发射模块，并在发射模块中做两倍频处理后，作为发射信号；另一路功分为12M₁路后，分别作为接收本振信号，并分别通过射频电缆传输到接收模块，在接收模块内做两倍频处理后，传输到接收模块的本振输入端；

接收信号的过程为，信号处理模块中的控制模块控制接收天线阵列同时完成指定的接收阵列中所有接收天线单元的接收，将每组接收天线单元接收的人体反射回波通过射频电缆，传输到接收模块的射频输入端，在接收模块内做两倍频处理后与接收本振做混频处理，将混频处理之后的中频信号，传输给信号处理模块；发射开关天线阵列遍历所有的发射天线单元一遍，并重复上述操作，将回波信号传输到信号处理模块中；

第807步，将接收到的基带回波信号在信号处理模块内完成采样后，传输给信号处理模块中的校准模块，分别完成Q个区域被检人回波数据色散校正、通道幅相不一致性校正以及延时校正，将校正完的回波数据发送给信号处理模块中的检测模块；

第808步，在检测模块中做数字波束形成处理，之后通过深度学习算法分别完成Q个区域被检人成像结果的检测处理，完成人体正面、双侧面和背面的成像检测后，结束该被检人的检测，并将检测结果传递显示模块；

第809步，在显示模块显示检测模块获得的检测结果。

Images