CN112415623A - 一种基于折线阵列的毫米波成像系统 - Google Patents

一种基于折线阵列的毫米波成像系统 Download PDF

Info

Publication number
CN112415623A
CN112415623A CN202011200063.3A CN202011200063A CN112415623A CN 112415623 A CN112415623 A CN 112415623A CN 202011200063 A CN202011200063 A CN 202011200063A CN 112415623 A CN112415623 A CN 112415623A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
module
control module
frequency
transmitting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202011200063.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112415623B (zh
Inventor
李世超
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN202011200063.3A priority Critical patent/CN112415623B/zh
Publication of CN112415623A publication Critical patent/CN112415623A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112415623B publication Critical patent/CN112415623B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/005—Prospecting or detecting by optical means operating with millimetre waves, e.g. measuring the black losey radiation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/282—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G01S7/2923—Extracting wanted echo-signals based on data belonging to a number of consecutive radar periods
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V8/00—Prospecting or detecting by optical means
    • G01V8/10—Detecting, e.g. by using light barriers
    • G01V8/20—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers
    • G01V8/26—Detecting, e.g. by using light barriers using multiple transmitters or receivers using mechanical scanning systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于折线阵列的毫米波成像系统，涉及毫米波成像技术领域。该方法的一具体实施方式包括频率综合器、信号采集模块、数字信号处理模块、主控模块、收发天线阵列、机械结构及伺服控制模块。该实施方式收发天线阵列在通道数较少、成本较低的情况下，通过阵列形式创新实现腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位的高质量成像，大大降低产品成本。

Description

一种基于折线阵列的毫米波成像系统
技术领域
本发明涉及毫米波成像技术领域，尤其涉及一种基于折线阵列的毫米波成像系统。
背景技术
目前，国内外暴力恐怖事件激增，人们的人身和财产安全受到严重威胁，恐怖分子的目标区域主要集中在人流量大的公共场所，比如机场、地铁、会议中心等。另外，近年来频发越狱事件，在公安、法院、看守所、监狱也急需对人员的安检设备。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：线性天线阵列做直线扫描的毫米波安检系统，阵列通道数较少，成本较低，但是腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位成像较差。线性天线阵列做水平方向圆弧扫描的毫米波安检系统，阵列通道数比直线扫描的毫米波系统多，成本较高，同时对腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位成像效果更好。
如果能够在满足腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位成像效果要求的情况下，大大降低产品成本，则安检仪可以更大面积应用于公共场所，为人民群众的安全出行提供更强有力的保障。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供一种基于折线阵列的毫米波成像系统，至少能够解决现有技术中成像效果差或成本高的现象。
为实现上述目的，根据本发明实施例的一个方面，提供了一种基于折线阵列的毫米波成像系统，包括频率综合器、信号采集模块、数字信号处理模块、主控模块、收发天线阵列、机械结构及伺服控制模块；其中，
所述频率综合器，用于基于所述主控模块下发的触发信号产生电磁波信号，并传输至所述信号采集模块和所述收发天线阵列；
所述信号采集模块，用于基于所述主控模块下发的触发信号，对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到测试信号；
所述数字信号处理模块，用于处理所述信号采集模块生成的所述测试信号，产生图像并传输至所述主控模块；
所述主控模块，用于下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块，以及展示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对开始扫描的选择操作，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块；
所述收发天线阵列，用于对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到回波信号并传输至所述频率综合器；
所述机械结构及伺服控制模块，用于基于所述主控模块下发的控制指令，带动所述频率综合器、所述信号采集模块、所述收发天线阵列沿垂直方向上下运动。
可选的，所述频率综合器包括高稳晶振、时钟模块、直接数字波形合成器、倍频模块、毫米波点频源、上变频模块、下变频模块、低噪声功率放大模块；
所述基于所述主控模块下发的触发信号产生电磁波信号，并传输至所述信号采集模块和所述收发天线阵列，包括：
所述高稳晶振，用于产生系统基准时钟信号并传输至所述信号采集模块，以作为所述信号采样模块的基准频率；
所述时钟模块，用于产生系统所需的不同工作频率的信号；
所述直接数字波形合成器，用于产生线性调频连续波基带信号；
所述倍频模块，用于对基带信号进行倍频处理；
所述毫米波点频源，为两个差频为预设值的X波段点频源；
所述上变频模块，用于产生射频信号和本振信号；其中，所述射频信号由倍频后的基带信号与一毫米波点频源经一上变频模块产生，并传输至所述收发天线阵列进行处理；所述本振信号由倍频后的基带信号与另一毫米波点频源经另一上变频模块产生；
所述低噪声功率放大模块，用于接收并处理所述收发天线阵列传输的回波信号；
所述下变频模块，用于混频所述本振信号和所述回波信号，得到测试中频信号并传输至所述信号采集模块。
可选的，所述信号采集模块包括多路高速模数转换器、可编程逻辑器件和数据存储器；
所述对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到测试信号，包括：
所述多路高速模数转换器，用于对接收自所述频率综合器的测试中频信号进行采样，得到数字中频信号；
所述可编程逻辑器件，用于对所述数字中频信号进行数字化滤波、放大和IQ解调，得到I路和Q路两路测试信号；
所述数据存储器，用于存储所述I路和Q路两路测试信号。
可选的，所述数字信号处理模块，用于处理所述信号采集模块生成的所述测试信号，产生图像并传输至所述主控模块，包括：
所述数字信号处理模块，用于采用后向投影算法，对所述数据存储器中的所述I路和Q路两路测试信号进行合成孔径三维成像算法处理，产生图像并传输至所述主控模块。
可选的，所述主控模块包括人机交互界面及底层控制模块；
所述下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块，以及展示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对开始扫描的选择操作，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块，包括：
所述人机交互界面，用于显示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对界面中开始扫描的选择操作，向所述底层控制模块传输开始扫描指令；
所述底层控制模块接收所述开始扫描指令，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块，以及下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块。
可选的，所述收发天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列；
所述发射天线阵列，包括开关、功率放大器和发射天线；其中，所述功率放大器用于对接收自所述频率综合器的射频信号进行功率放大，开关用于选择当前工作的发射天线，经放大后的射频信号由发射天线发射出去；
所述接收天线阵列，包括开关、低噪声放大器和接收天线；其中，开关用于选择当前工作的接收天线，将人体散射的回波信号通过接收天线接收回来，经低噪声放大器处理后传输到所述频率综合器。
可选的，所述发射天线阵列和所述接收天线阵列均为折线形，呈现为由N条线段首尾相连而成的非闭合折线；其中，2≤N≤5。
可选的，线段的数量N为3，相邻线段之间的夹角为130°。
可选的，每个折线段上相邻发射天线/相邻接收天线的间隔小于等于电磁波波长的一倍。
可选的，所述发射天线阵列和所述接收天线阵列，通过所述机械结构及伺服控制模块在垂直方向上下运动，以对人体进行扫描采样。
可选的，所述机械结构及伺服控制模块包括支撑结构、导轨、电机、传送带、电机控制器和编码器；其中，
所述频率综合器、所述信号采集模块、所述数字信号处理模块、所述底层控制模块和所述收发天线阵列，置于一支撑结构上沿导轨上下运动；所述人机交互界面固定在另一支撑结构上；
所述传送带为所述电机运动的传送机构，带动所述支撑平台沿导轨上下运动；
所述电机控制器为所述电机的驱动器，基于所述主控模块下发的控制指令，驱动所述电机按照预设设置模式转动；
所述编码器固定在所述电机的被动端，用于以脉冲信号形式将所述收发天线阵列的运动位置传输至所述主控模块，以通过所述主控模块将所述脉冲信号转换为位置信息，并按照预设距离进行一次阵列采样。
可选的，所述基于所述主控模块下发的控制指令，驱动所述电机按照预设设置模式转动，包括：
基于所述主控模块下发的归零指令，将所述支撑平台移动到零点位置；
所述电机控制器控制所述电机匀速运动，所述电机带动所述传送带运动，所述传送带带动所述支撑平台沿导轨上下运动。
可选的，所述系统还包括电源模块，用于提供电源给所述频率综合器、所述信号采集模块、所述数字信号处理模块、所述主控模块、所述收发天线阵列、所述机械结构及伺服控制模块。
根据本发明所述提供的方案，上述发明中的一个实施例具有如下优点或有益效果：收发天线阵列在通道数较少、成本较低的情况下，通过阵列形式创新实现腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位的高质量成像，大大降低产品成本；可实现一维运动的情况下，对人体多个不同角度的三维立体成像。
上述的非惯用的可选方式所具有的进一步效果将在下文中结合具体实施方式加以说明。
附图说明
附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：
图1是根据本发明实施例的一种基于折线阵列的毫米波成像系统的主要结构示意图；
图2是根据本发明实施例的折线阵列的收发天线阵列示意图；
图3是本发明实施例的收发天线阵列的电路结构示意图；
图4(a)～(b)是根据本发明实施例的机械结构及伺服控制模块的主要结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的示范性实施例做出说明，其中包括本发明实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本发明的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
本方案中的术语“包括”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含一系列步骤或单元的过程、方法或系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或模块，而是可选地还包括没有列出的步骤或模块，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或模块。
针对多种场景、复杂环境下的安检需求，目前提出了不同的技术方案，主要可以归纳为两种X射线成像与毫米波成像。X射线成像的分辨率高，但是由于辐射电离损伤，对人体有害。毫米波成像结合了微波与红外的优点，分辨率较高，量子能量低，对人体不产生电离辐射；同时，毫米波可穿透衣物、纸张等材料，非常适合用于非接触式安检、探测人体携带的危险品。欧美等发达国家的许多机场现已部署了毫米波成像安检系统，对防范恐怖活动、保护人体隐私起到了良好的效果。
现有已公开了一种线性天线阵列做垂直向直线扫描的毫米波安检系统，以及一种线性天线阵列做水平向圆弧扫描的毫米波安检系统。这两个系统都可以实现对人体隐藏危险品的探测，分别采用了两种不同的扫描方式，但是发射接收电磁波都是通过具有类似结构的天线阵列实现，切换不同的收发对实现沿着阵列方向的直线采样。除此之外，还有一些相关资料，均采用了直线阵列在某一方向进行采样，通过直线机械扫描或者旋转扫描，实现对二维面的采样。
参见图1，示出的是本发明实施例提供的一种基于折线阵列的毫米波成像系统100，其工作频率范围20GHz～40GHz。系统100包括：频率综合器200、信号采集模块300、数字信号处理模块400、主控模块500、收发天线阵列600、机械结构及伺服控制模块700、电源模块800。
1)频率综合器200，用于产生系统所需的所有电磁波信号。频率综合器200包括高稳晶振、时钟模块、直接数字波形合成器(DDWS)、倍频模块、毫米波点频源、上变频模块、下变频模块、低噪声功率放大模块，这些模块提供系统基准时钟信号、基带信号、射频信号、本振信号、参考中频信号、测试中频信号。
①高稳晶振，用于产生系统基准时钟信号并传输至信号采集模块300，以作为信号采样模块的基准频率。本实施例采用100MHz高稳晶振作为整个毫米波成像系统的参考时钟。
②时钟模块，用于产生系统所需的不同工作频率的信号。
③直接数字波形合成器，用于产生线性调频连续波基带信号，基带信号带宽240MHz，脉宽20us。
④倍频模块，用于将基带信号进行36倍频，产生8.64GHz带宽。
⑤毫米波点频源，为两个差频140MHz(仅为示例)的X波段点频源。
⑥上变频模块为多个。经倍频后的基带信号与一毫米波点频源经一上变频模块混频后，产生射频信号并传输给收发天线阵列600，最终被收发天线阵列600发射出去。另一上变频模块用于处理经倍频器后的基带信号与另一毫米波点频源，产生本振信号。
⑦低噪声功率放大模块，用于接收并处理收发天线阵列传输的回波信号；
⑧下变频模块，用于混频本振信号和回波信号，得到测试中频信号并传输至信号采集模块300。
2)信号采集模块300，包括多路高速模数转换器、FPGA可编程逻辑器件、数据存储器，其中，
①多路高速模数转换器，采用ADI公司500MHz采样率的模数转换芯片，用于对接收自频率综合器200的测试中频信号进行采样，得到数字中频信号。
②FPGA可编程逻辑器件，用于对采样后的数字中频信号进行数字化滤波、放大、IQ解调，生成I路和Q路两路测试信号；
③数据存储器，用于存储I路和Q路两路测试信号。
3)数字信号处理模块400，用于对数据存储器中的I路和Q路两路测试信号，采用后向投影BP算法进行合成孔径三维成像算法处理，产生图像并传输至主控模块500，由主控模块500的人机交互界面显示。
4)主控模块500，包括人机交互界面及底层控制模块，其中，
①人机交互界面，用于显示接收自数字信号处理模块400的图像；操作者可以通过人机交互界面选择开始扫描选项，以向底层控制模块传输开始扫描指令；
②底层控制模块，接收人机交互界面下发的开始扫描指令，传输控制指令给机械结构及伺服控制模块700，以及下发触发信号至频率综合器200和信号采集模块300。主控模块还可以设置成像系统的工作参数，例如扫描速度、系统工作频率、成像算法选择、扫描模式选择、管理员设置等等。
5)收发天线阵列600，为集成到一体的整体模块，固定在机械结构及伺服控制模块700上并沿其导轨上下运动，以对人体进行扫描采样，包括发射天线阵列和接收天线阵列：
I发射天线阵列包括开关、功率放大器和N个发射天线，每一个天线单元通过开关控制分时工作。发射天线阵列形式为特殊设计的折线形，该折线形优选采用有一定夹角的2～5条线段首尾相连的非闭合折线。所述2～5条线段首尾相连的非闭合折线长度可以相同也可以不同，相邻线段夹角为100°～170°，优选夹角为130°的3条线段。在每一个折线段上发射天线均匀等间隔排列成直线，间隔为0.5～1倍电磁波波长。
II接收天线阵列包括开关、低噪声放大器和接收天线，与发射天线阵列具有相同的阵列形式与天线个数。接收天线阵列与发射天线阵列间距为1～5倍电磁波波长。
参见图2所示，发射天线阵列601/602/603相互之间夹角为140°，601/602/603三个发射天线阵列由均匀等间隔排列成的发射天线构成，601/602/603各自有32个发射天线，天线间隔为10mm。接收天线阵列604/605/606与其相对应的发射天线阵列601/602/603具有相同的阵列形式与天线个数。接收天线阵列604/605/606与发射天线阵列601/602/603在x方向偏移量为5mm，y方向的偏移量15mm。接收天线与距离其最近的两个相邻的发射天线距离相同。
整体实施过程为：频率综合器200发出的射频信号，经发射天线阵列传输到功率放大器进行功率放大。开关通过选通某一支路，选择相应的发射天线如601(T1)，经放大后的射频信号由该发射天线601(T1)发射出去。接收天线如605(R1)接收该信号，开关用于选择当前工作的接收天线，将人体散射的回波信号通过接收天线接收回来，经低噪声放大器处理后传输到频率综合器200，具体参见图3所示，此处仅为示例。
7)机械结构及伺服控制模块700参见图3所示，包括支撑结构701、导轨702、电机703、传送带704、电机控制器705、编码器706。
频率综合器200、信号采集模块300、收发天线阵列600、数字信号处理模块400、主控模块500中的底层控制模块，放在支撑结构701上沿导轨702上下运动，以对人体进行扫描采样。主控模块500中的人机交互界面固定在另一支撑结构701上，参见图4(a)和图4(b)所示。导轨702起到引导作用，使收发天线阵列按照规定直线运动。
主控模块500通过串口对电机控制器705进行控制，电机控制器705为电机703的驱动器，通过外部的控制指令驱动电机703按照预设设置模式转动。传送带704是电机703运动的传送机构，带动支撑平台701沿导轨702上下运动。编码器706固定于电机被动端，用于反馈收发天线阵列运动位置，编码器706输出一列脉冲信号给主控模块500，主控模块500根据编码器706的特性，将传输过来的脉冲信号转换为位置信息，每隔固定距离5mm进行一次阵列采样。
8)电源模块800，提供电源给频率综合器200、信号采集模块300、数字信号处理模块400、主控模块500、收发天线阵列600、机械结构及伺服控制模块700。
上述实施例所提供的系统，收发天线阵列在通道数较少、成本较低的情况下，通过阵列形式创新实现腿部、肋部、胳膊等圆弧形部位的高质量成像，大大降低产品成本；可实现一维运动的情况下，对人体多个不同角度的三维立体成像。
此处具体介绍系统工作模式，分为校准模式和成像模式，首先介绍校准模式：
校准模式是指系统上电后，通过主控模块500的人机交互界面选择系统校准功能，各个模块进行初始化设置和自检。将校准件(如直径1cm的金属球)放到实际成像位置，按照设定的开关切换逻辑，依次切换发射天线和接收天线组合，进行一次阵列采样，得到不同组合的回波信号，作为后续成像时的校准信号。
一次阵列采样包括以下5小步，以图2为例，其中601/602/603与604/605/606有类似的天线切换逻辑，下面以601与605为例说明切换逻辑。
A：主控模块500下发触发信号给频率综合器200和信号采集模块300。频率综合器200产生本振信号，本振信号经固定的时延后进入下变频模块。频率综合器200产生射频信号，并发送给收发天线阵列600处理。
B：在收发天线阵列600中，射频信号被发射天线601(Tn)辐射出去，待被待测目标散射反应后，回波信号经接收天线605(Rn)返回到频率综合器200，经低噪声功率放大模块和滤波器处理后进入下变频模块，与步骤A中的本振信号进行混频得到测试中频信号。
C：测试中频信号经中频放大器和滤波器后，输出到信号采集模块300；
D：信号采集模块300对测试中频信号进行采样、数字化滤波、放大和IQ解调，得到I路和Q路两路测试信号，并将该两路信号存储在数据存储器。
E：按照预先设定开关切换逻辑，如表1所示，重复上述步骤A～D，直至完成所有的逻辑切换，即完成一次阵列采样。
表1
Figure BDA0002753385720000111
接着介绍成像模式，成像模式是指系统对目标物进行成像检查，通过人机交互界面选择成像功能，系统进行以下动作：
A：主控模块500给机械结构及伺服控制模块700中的电机控制器705传输归零指令，将支撑平台701移动到指定零点位置，此时收发天线阵列也由支撑平台701移动到指定零点位置。
B：电机控制器705控制电机703匀速运动，电机703带动传送带704运动，传送带704带动支撑平台701沿导轨702上下运动；编码器706发出脉冲信号给主控模块500。
C：主控模块500根据编码器706特性，将编码器706传输过来的脉冲信号转换为位置信息，每隔固定距离5mm(仅为示例)进行一次阵列采样，重复进行多次阵列采样，直至收发天线阵列完成整个滑轨长度的运动。固定距离优选范围为2mm～10mm。
D：数字信号处理模块400对数据存储器中的全部测试信号，采样BP算法进行信号处理，得到三维图像，并将三维图像传输至主控模块500。这里采用公知的信号处理算法，如BP算法、RD算法、CS算法、wk算法等，优选采用BP算法。
E：主控模块500的人机交互界面显示三维图像。
本发明实施例提供一种基于折线阵列的毫米波成像系统及系统工作模式，系统中收发天线阵列的形式为特殊设计的折线形，通过阵列在垂直方向上下运动，实现对人体的扫描采样。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，取决于设计要求和其他因素，可以发生各种各样的修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于折线阵列的毫米波成像系统，包括频率综合器、信号采集模块、数字信号处理模块、主控模块、收发天线阵列、机械结构及伺服控制模块，其特征在于，
所述频率综合器，用于基于所述主控模块下发的触发信号产生电磁波信号，并传输至所述信号采集模块和所述收发天线阵列；
所述信号采集模块，用于基于所述主控模块下发的触发信号，对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到测试信号；
所述数字信号处理模块，用于处理所述信号采集模块生成的所述测试信号，产生图像并传输至所述主控模块；
所述主控模块，用于下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块，以及展示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对开始扫描的选择操作，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块；
所述收发天线阵列，用于对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到回波信号并传输至所述频率综合器；
所述机械结构及伺服控制模块，用于基于所述主控模块下发的控制指令，带动所述频率综合器、所述信号采集模块、所述收发天线阵列沿垂直方向上下运动。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述频率综合器包括高稳晶振、时钟模块、直接数字波形合成器、倍频模块、毫米波点频源、上变频模块、下变频模块、低噪声功率放大模块；
所述基于所述主控模块下发的触发信号产生电磁波信号，并传输至所述信号采集模块和所述收发天线阵列，包括：
所述高稳晶振，用于产生系统基准时钟信号并传输至所述信号采集模块，以作为所述信号采样模块的基准频率；
所述时钟模块，用于产生系统所需的不同工作频率的信号；
所述直接数字波形合成器，用于产生线性调频连续波基带信号；
所述倍频模块，用于对基带信号进行倍频处理；
所述毫米波点频源，为两个差频为预设值的X波段点频源；
所述上变频模块，用于产生射频信号和本振信号；其中，所述射频信号由倍频后的基带信号与一毫米波点频源经一上变频模块产生，并传输至所述收发天线阵列进行处理；所述本振信号由倍频后的基带信号与另一毫米波点频源经另一上变频模块产生；
所述低噪声功率放大模块，用于接收并处理所述收发天线阵列传输的回波信号；
所述下变频模块，用于混频所述本振信号和所述回波信号，得到测试中频信号并传输至所述信号采集模块。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述信号采集模块包括多路高速模数转换器、可编程逻辑器件和数据存储器；
所述对接收自所述频率综合器的电磁波信号进行处理，得到测试信号，包括：
所述多路高速模数转换器，用于对接收自所述频率综合器的测试中频信号进行采样，得到数字中频信号；
所述可编程逻辑器件，用于对所述数字中频信号进行数字化滤波、放大和IQ解调，得到I路和Q路两路测试信号；
所述数据存储器，用于存储所述I路和Q路两路测试信号。
4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述数字信号处理模块，用于处理所述信号采集模块生成的所述测试信号，产生图像并传输至所述主控模块，包括：
所述数字信号处理模块，用于采用后向投影算法，对所述数据存储器中的所述I路和Q路两路测试信号进行合成孔径三维成像算法处理，产生图像并传输至所述主控模块。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述主控模块包括人机交互界面及底层控制模块；
所述下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块，以及展示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对开始扫描的选择操作，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块，包括：
所述人机交互界面，用于显示接收自所述数字信号处理模块的图像，以及响应于对界面中开始扫描的选择操作，向所述底层控制模块传输开始扫描指令；
所述底层控制模块接收所述开始扫描指令，传输控制指令至所述机械结构及伺服控制模块，以及下发触发信号至所述频率综合器和所述信号采集模块。
6.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述收发天线阵列包括发射天线阵列和接收天线阵列；
所述发射天线阵列，包括开关、功率放大器和发射天线；其中，所述功率放大器用于对接收自所述频率综合器的射频信号进行功率放大，开关用于选择当前工作的发射天线，经放大后的射频信号由发射天线发射出去；
所述接收天线阵列，包括开关、低噪声放大器和接收天线；其中，开关用于选择当前工作的接收天线，将人体散射的回波信号通过接收天线接收回来，经低噪声放大器处理后传输到所述频率综合器。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述发射天线阵列和所述接收天线阵列均为折线形，呈现为由N条线段首尾相连而成的非闭合折线；其中，2≤N≤5。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，线段的数量N为3，相邻线段之间的夹角为130°。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，每个折线段上相邻发射天线/相邻接收天线的间隔小于等于电磁波波长的一倍。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述发射天线阵列和所述接收天线阵列，通过所述机械结构及伺服控制模块在垂直方向上下运动，以对人体进行扫描采样。
11.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述机械结构及伺服控制模块包括支撑结构、导轨、电机、传送带、电机控制器和编码器；其中，
所述频率综合器、所述信号采集模块、所述数字信号处理模块、所述底层控制模块和所述收发天线阵列，置于一支撑结构上沿导轨上下运动；所述人机交互界面固定在另一支撑结构上；
所述传送带为所述电机运动的传送机构，带动所述支撑平台沿导轨上下运动；
所述电机控制器为所述电机的驱动器，基于所述主控模块下发的控制指令，驱动所述电机按照预设设置模式转动；
所述编码器固定在所述电机的被动端，用于以脉冲信号形式将所述收发天线阵列的运动位置传输至所述主控模块，以通过所述主控模块将所述脉冲信号转换为位置信息，并按照预设距离进行一次阵列采样。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述基于所述主控模块下发的控制指令，驱动所述电机按照预设设置模式转动，包括：
基于所述主控模块下发的归零指令，将所述支撑平台移动到零点位置；
所述电机控制器控制所述电机匀速运动，所述电机带动所述传送带运动，所述传送带带动所述支撑平台沿导轨上下运动。
13.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，用于提供电源给所述频率综合器、所述信号采集模块、所述数字信号处理模块、所述主控模块、所述收发天线阵列、所述机械结构及伺服控制模块。
CN202011200063.3A 2020-10-30 2020-10-30 一种基于折线阵列的毫米波成像系统 Active CN112415623B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011200063.3A CN112415623B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种基于折线阵列的毫米波成像系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011200063.3A CN112415623B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种基于折线阵列的毫米波成像系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112415623A true CN112415623A (zh) 2021-02-26
CN112415623B CN112415623B (zh) 2024-06-11

Family

ID=74827771

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011200063.3A Active CN112415623B (zh) 2020-10-30 2020-10-30 一种基于折线阵列的毫米波成像系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112415623B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114935756A (zh) * 2022-04-06 2022-08-23 电子科技大学 一种基于矢量网络分析仪的近场毫米波合成孔径扫描成像系统及成像的方法
WO2022246773A1 (zh) * 2021-05-27 2022-12-01 华为技术有限公司 一种天线阵列、无线通信装置及通信终端

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050122258A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Blasing Raymond R. Millimeter-wave active imaging system with modular array
CN102540186A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 北京华航无线电测量研究所 一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统
CN102565793A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 北京华航无线电测量研究所 一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像系统
CN103197353A (zh) * 2013-04-16 2013-07-10 焦海宁 垂直机械扫描微波主动成像人员安检系统
CN104375142A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 同方威视技术股份有限公司 一种用于人体安全检查的毫米波全息成像设备
CN206209132U (zh) * 2016-08-25 2017-05-31 同方威视技术股份有限公司 面向非合作人体安检的主动式毫米波成像系统
CN109799546A (zh) * 2018-12-29 2019-05-24 清华大学 用于主动式毫米波安检成像的多发多收天线阵列布置、人体安检设备和人体安检方法
WO2020035023A1 (zh) * 2018-08-17 2020-02-20 清华大学 用于主动式毫米波安检成像的多发多收天线阵列布置、人体安检设备和方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050122258A1 (en) * 2003-12-05 2005-06-09 Blasing Raymond R. Millimeter-wave active imaging system with modular array
CN102540186A (zh) * 2011-12-30 2012-07-04 北京华航无线电测量研究所 一种阵列天线弧形扫描的毫米波成像系统
CN102565793A (zh) * 2011-12-30 2012-07-11 北京华航无线电测量研究所 一种单天线阵列全方位扫描的毫米波成像系统
CN103197353A (zh) * 2013-04-16 2013-07-10 焦海宁 垂直机械扫描微波主动成像人员安检系统
CN104375142A (zh) * 2013-08-15 2015-02-25 同方威视技术股份有限公司 一种用于人体安全检查的毫米波全息成像设备
CN206209132U (zh) * 2016-08-25 2017-05-31 同方威视技术股份有限公司 面向非合作人体安检的主动式毫米波成像系统
WO2020035023A1 (zh) * 2018-08-17 2020-02-20 清华大学 用于主动式毫米波安检成像的多发多收天线阵列布置、人体安检设备和方法
CN109799546A (zh) * 2018-12-29 2019-05-24 清华大学 用于主动式毫米波安检成像的多发多收天线阵列布置、人体安检设备和人体安检方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022246773A1 (zh) * 2021-05-27 2022-12-01 华为技术有限公司 一种天线阵列、无线通信装置及通信终端
CN114935756A (zh) * 2022-04-06 2022-08-23 电子科技大学 一种基于矢量网络分析仪的近场毫米波合成孔径扫描成像系统及成像的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN112415623B (zh) 2024-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105759269B (zh) 三维全息成像的安检系统及方法
US11500088B2 (en) Millimeter-wave real-time imaging based safety inspection system and safety inspection method
US11313963B2 (en) Millimeter wave holographic three-dimensional imaging detection system and method
US9316732B1 (en) Standoff screening apparatus for detection of concealed weapons
CN112415623A (zh) 一种基于折线阵列的毫米波成像系统
WO2017107283A1 (zh) 基于线性调频的多人人体安检设备及方法
CN102393537B (zh) 一种人体安检系统利用频分技术的扫描方法
US20080100510A1 (en) Method and apparatus for microwave and millimeter-wave imaging
US20030090406A1 (en) Ground penetrating radar
EP2998767A2 (en) Screening device
EP2927706A1 (en) Hybrid radar system combining FMCW radar and pulsed radar
IL191491A (en) Frequency scanning antenna
CN205608180U (zh) 三维全息成像的安检系统
CN102393536A (zh) 一种人体安检系统利用频分空分技术的扫描方法
CN108152821A (zh) 一种主动毫米波成像安全检测系统及安全检测方法
CN102508240A (zh) 毫米波主动式三维全息成像的人体安检系统的扫描方法
CN207937600U (zh) 一种主动毫米波成像安全检测系统
CN105572667B (zh) 包裹安全检测系统和方法
CN109782366A (zh) 用于主动式毫米波安检成像的多发多收天线阵列布置、人体安检设备和方法
CN105606630B (zh) 导弹外壳无损检测系统和方法
CN109324349A (zh) 基于毫米波的分区扫描安检仪系统及其扫描方法
CN110411977B (zh) 一种全电子太赫兹层析成像装置及其控制方法
CN201936007U (zh) 一种毫米波主动式近场二维成像安检装置
CN101203772A (zh) 舰载雷达
CN112558064B (zh) 一种基于可重构电磁表面阵列的三维成像系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant