CN111025423A - 主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统及方法，包括左通道墙体、右通道墙体、吸波壁、校准体、所述左通道墙体和右通道墙体之间形成被检通行通道，所述被检通行通道底部设置有底板；其中，所述左通道墙体和右通道墙体相对设置，且所述左通道墙体和右通道墙体均配置有毫米波天线阵列口面，用于收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集；所述校准体配置在所述地板上，用于反射所述左通道墙体和右通道墙体上的毫米波天线阵列口面发射的宽带线性调频信号；所述吸波壁设置在所述左通道墙体或右通道墙体前，用于防止所述左通道墙体工作时，右通道墙体的信号干扰，或用于防止所述右通道墙体工作时，左通道墙体的信号干扰。

Description

主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统及方法
技术领域
本发明涉及三维成像安检领域。更具体地，涉及一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统及方法。
背景技术
“无接触、无感知、无停留”是大客流人员安检场景下的发展趋势。被动式毫米波人体安检技术，具有实时性好的优点，但是，由于该技术成像质量差，安检精度不高，限制了该技术的应用和普及。而现有的主动毫米波设备都需要被检人员的停留和配合，安检效率较低，无法满足大客流场景下实时通过的需求。针对上述问题，近距离主动式毫米波实时三维成像安检技术越来越受到重视，该系统采用毫米波天线阵列稀疏排布技术和多输入多输出(MIMO)雷达工作体制，实现三维成像区域的高速扫描。系统中毫米波信号的收发通道达到数万个，收发通道幅度和相位的不均衡，限制了成像系统的图像质量以及危险可疑物品的有效检测，如何有效的减小毫米波天线阵列幅度和相位的不平衡成为近距离主动式毫米波实时三维成像安检系统中的关键技术。
目前，已经申请的近距离毫米波一维天线阵列的校准方法较多，例如，硬件通道校准、天线互耦校准、外部参考校准以及目标成像校准等，针对近距离毫米波二维天线阵列的校准技术和方法暂无公开报道。本发明是在近距离毫米波一维天线阵列的校准技术基础上，利用圆柱体作为参考目标完成近距离毫米波二维天线阵列的校准。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统。
本发明的另一个目的在于提供一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准方法。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
第一方面，本发明提供一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统，该系统包括左通道墙体、右通道墙体、吸波壁、校准体、所述左通道墙体和右通道墙体之间形成被检通行通道，所述被检通行通道底部设置有底板；
其中，所述左通道墙体和右通道墙体相对设置，且所述左通道墙体和右通道墙体均配置有毫米波天线阵列口面，用于收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集；
所述校准体配置在所述地板上，用于反射所述左通道墙体和右通道墙体上的毫米波天线阵列口面发射的宽带线性调频信号；
所述吸波壁设置在所述左通道墙体或右通道墙体前，用于防止所述左通道墙体工作时，右通道墙体的信号干扰，或用于防止所述右通道墙体工作时，左通道墙体的信号干扰。
优选地，所述地板上配置有吸波材料，用于防止所述地板对校准过程的干扰。
优选地，所述吸波材料被配置为边缘与成像区域平行的四边形结构，用于防止地面对校准的干扰。
优选地，该系统还包括金属横梁、安装孔和定位孔；
其中，所述定位孔用于将所述校准体和/或吸波壁固定在所述地板上；
所述安装孔分别设置在所述校准体、吸波壁和左右通道墙体上用于与将所述金属横梁、校准体、吸波壁和左通道进行固定或用于与将所述金属横梁、校准体、吸波壁和右通道进行固定。
优选地，所述校准体为铝制材料的圆柱体。
优选地，所述圆柱体的高度与所述左通道墙体和/或右通道墙体高度一致。
第二方面，本发明提供一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准方法，包括以下步骤：
S1、依次配置所述左通道墙体、右通道墙体和地板，在所述地板上铺设吸波材料；
S2、通过定位孔将所述校准体固定在吸波材料的中心；
S3、通过安装孔将校准体、金属横梁和右通道墙体进行固定，所述左通道墙体发射收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集，获得第一回波信号数据；
S4、通过安装孔将校准体、金属横梁和左通道墙体进行固定，所述右通道墙体发射收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集，获得第二回波信号数据；
S5、通过所述第一回波信号数据获得第一标准数据，通过所述第二回波信号数据获得第二标准数据；
S6、通过所述第一标准数据和第二标准数据分别对安检系统进行幅度和相位的校准。
优选地，所述步骤S5包括所述标准数据的获取公式为：
Figure BDA0002342832240000031
其中，s(nx，ny，ω)为每一频点的目标回波数据；Ru(nx，ny，ω)为校准体采样位置的回波信号；R0(nx，ny，ω)为单站条件下校准体采样位置的回波数据；nx，ny为成像区域平面内的等间距点，ω为发射信号的角速度。
优选地，所述校准体采样位置的回波信号Ru(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure BDA0002342832240000032
其中，
Figure BDA0002342832240000033
为发射单元位置；
Figure BDA0002342832240000034
为接受单元位置；
Figure BDA0002342832240000035
为参考位置；j为虚部；k＝ω/c为空间波束，c为光速。
优选地，所述单站条件下校准体采样位置的回波数据R0(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure BDA0002342832240000036
其中，
Figure BDA0002342832240000037
为目标采样位置到收发天线对中心的距离。
本发明的有益效果如下：
一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统及方，仅需要对左通道墙体的毫米波探测装置和右通道墙体毫米波探测装置分别进行两次收发通道回波信号采集即可，校准过程简单、易于操作，并且校准速度较快。
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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明近距离主动式毫米波实时三维成像安检系统校准示意图。
其中，1、左通道墙体；2、右通道墙体；3、标准体；4、吸波材料；5、吸波壁；6、定位孔；7、金属横梁；8、安装孔。
具体实施方式
为使本发明的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
需要说明的是，本发明术语【本发明实施例不对步骤a至e的执行顺序进行限制，例如，可依次执行步骤c、步骤a】
【本发明所有数值指定(例如温度、时间、浓度及重量等，包括其中每一者的范围)通常可是适当以0.1或1.0的增量改变(+)或(-)的近似值。所有数值指定均可理解为前面有术语“约”。】
实施例1
如图1示出的近距离主动式毫米波实时三维成像安检系统，该系统包括左通道墙体1、右通道墙体2、吸波壁5、校准体3、所述左通道墙体1和右通道墙体2之间形成待校准的收发通道，所述收发通道底部设置有底板；
其中，所述左通道墙体1和右通道墙体2相对设置，且所述左通道墙体1和右通道墙体2均配置有毫米波天线阵列口面，用于收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体3回波信号采集；
所述校准体3配置在所述地板上，用于反射所述左通道墙体1和右通道墙体2上的毫米波天线阵列口面发射的宽带线性调频信号；
所述吸波壁5设置在所述左通道墙体1或右通道墙体2前，用于防止所述左通道墙体1工作时，右通道墙体2的信号干扰，或用于防止所述右通道墙体2工作时，左通道墙体1的信号干扰。
定义左通道墙体1包含的毫米波天线阵列口面为主毫米波探测装置，右通道墙体2包含的毫米波天线阵列口面为从毫米波探测装置。
系统采用通道式排布，主毫米波探测装置和从毫米波探测装置相距1.5m-2m平行排布。
将尺寸略小于成像区域的吸波材料4放置在底板上待校准的收发通道成像区域中心，吸波材料4中心有半径为75mm的圆孔，需要与校准体3安装位置对齐，同时，吸波材料4四边与成像区域的四边尽量平行，最大程度降低地面对校准过程的干扰；
将校准体3安装在成像区域内中心位置，校准体3是铝制材料的圆柱体，圆柱体的高度等于左、右通道墙体2的高度，圆柱体的半径为75mm，在成像区域的中心有5个定位孔6，可以将校准体3的位置进行固定。
首先，进行左通道主毫米波探测装置收发通道的校准，将吸波壁5安装在右通道墙体2之前，遮挡右通道从毫米波探测装置的毫米波天线阵列口面，最大程度降低其他目标对校准过程的干扰。
利用金属横梁7将右通道墙体2、校准体3和吸波壁5进行固定，左右通道墙体2、校准体3和吸波壁5装有安装孔8可以和金属横梁7进行安装紧固。
控制左通道主毫米波探测装置收发宽带线性调频信号，完成对校准体3回波信号的采集。
再进行右通道主毫米波探测装置收发通道的校准，重新安装吸波壁5和金属横梁7的位置，将吸波壁5安装在左通道墙体1之前，遮挡左通道主毫米波探测装置的毫米波天线阵列口面，利用金属横梁7将左通道墙体1、校准体3和吸波壁5进行固定。
控制右通道从毫米波探测装置收发宽带线性调频信号，完成对校准体3回波信号的采集。
定义每一频点的目标回波数据定义为s(nx，ny，ω)，对平面内缺失的相位中心点进行补零，然后对回波数据进行多站-单站的相位校准，校准后的数据为：
Figure BDA0002342832240000051
其中，s(nx，ny，ω)为每一频点的目标回波数据；Ru(nx，ny，ω)为校准体采样位置的回波信号；R0(nx，ny，ω)为单站条件下校准体采样位置的回波数据；nx，ny为成像区域平面内的等间距点，ω为发射信号的角速度。
所述校准体采样位置的回波信号Ru(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure BDA0002342832240000052
其中，
Figure BDA0002342832240000053
为发射单元位置；
Figure BDA0002342832240000054
为接受单元位置；
Figure BDA0002342832240000055
为参考位置；j为虚部；k＝ω/c为空间波束，c为光速。
所述单站条件下校准体采样位置的回波数据R0(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure BDA0002342832240000056
其中，
Figure BDA0002342832240000057
为目标采样位置到收发天线对中心的距离。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (10)

1.一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准系统，其特征在于，该系统包括左通道墙体、右通道墙体、吸波壁、校准体、所述左通道墙体和右通道墙体之间形成被检通行通道，所述被检通行通道底部设置有底板；
其中，所述左通道墙体和右通道墙体相对设置，且所述左通道墙体和右通道墙体均配置有毫米波天线阵列口面，用于收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集；
所述校准体配置在所述地板上，用于反射所述左通道墙体和右通道墙体上的毫米波天线阵列口面发射的宽带线性调频信号；
所述吸波壁设置在所述左通道墙体或右通道墙体前，用于防止所述左通道墙体工作时，右通道墙体的信号干扰，或用于防止所述右通道墙体工作时，左通道墙体的信号干扰。
2.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述地板上配置有吸波材料，用于防止所述地板对校准过程的干扰。
3.根据权利要求2所述的校准系统，其特征在于，所述吸波材料被配置为边缘与成像区域平行的四边形结构，用于防止地面对校准的干扰。
4.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，该系统还包括金属横梁、安装孔和定位孔；
其中，所述定位孔用于将所述校准体和/或吸波壁固定在所述地板上；
所述安装孔分别设置在所述校准体、吸波壁和左右通道墙体上用于与将所述金属横梁、校准体、吸波壁和左通道进行固定或用于与将所述金属横梁、校准体、吸波壁和右通道进行固定。
5.根据权利要求1所述的校准系统，其特征在于，所述校准体为铝制材料的圆柱体。
6.根据权利要求4所述的校准系统，其特征在于，所述圆柱体的高度与所述左通道墙体和/或右通道墙体高度一致。
7.一种主动式毫米波实时三维成像安检系统的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、依次配置所述左通道墙体、右通道墙体和地板，在所述地板上铺设吸波材料；
S2、通过定位孔将所述校准体固定在吸波材料的中心；
S3、通过安装孔将校准体、金属横梁和右通道墙体进行固定，所述左通道墙体发射收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集，获得第一回波信号数据；
S4、通过安装孔将校准体、金属横梁和左通道墙体进行固定，所述右通道墙体发射收发宽带线性调频信号，完成对所述校准体回波信号采集，获得第二回波信号数据；
S5、通过所述第一回波信号数据获得第一标准数据，通过所述第二回波信号数据获得第二标准数据；
S6、通过所述第一标准数据和第二标准数据分别对安检系统进行幅度和相位的校准。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤S5包括所述标准数据的获取公式为：
Figure FDA0002342832230000021
其中，s(nx，ny，ω)为每一频点的目标回波数据；Ru(nx，ny，ω)为校准体采样位置的回波信号；R0(nx，ny，ω)为单站条件下校准体采样位置的回波数据；nx，ny为成像区域平面内的等间距点，ω为发射信号的角速度。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述校准体采样位置的回波信号Ru(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure FDA0002342832230000022
其中，
Figure FDA0002342832230000023
为发射单元位置；
Figure FDA0002342832230000024
为接受单元位置；
Figure FDA0002342832230000025
为参考位置；j为虚部；k＝ω/c为空间波束，c为光速。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述单站条件下校准体采样位置的回波数据R0(nx，ny，ω)通过下述公式获取：
Figure FDA0002342832230000026
其中，
Figure FDA0002342832230000027
为目标采样位置到收发天线对中心的距离。
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