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技术

本公开的实施例公开了一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置、人体安检设备以及人体安检方法。多发多收阵列布置包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线。发射天线沿第一行排列，接收天线沿第二行排列，第一行平行于第二行且间隔开。两个相邻的发射天线之间对应地布置多于两个接收天线。

Arrangement of multiple antenna arrays, human body security equipment and methods for active millimeter wave security imaging

The embodiment of the present disclosure discloses a sparse multiple multiple receiver array arrangement for active millimeter wave security imaging, a human security inspection device and a human security inspection method. The multi-channel and multi-receiver array arrangement includes a set of transmitting antennas for transmitting millimeter wave and a set of receiving antennas for receiving millimeter wave reflected by human body. The transmitting antenna is arranged along the first line, and the receiving antenna is arranged along the second line. The first line is parallel to the second line and spaced apart. More than two receiving antennas are arranged correspondingly between two adjacent transmitting antennas.

【技术实现步骤摘要】
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
本公开的实施例涉及人体安检领域，特别涉及用于毫米波的包括多发多收天线阵列和人体安检设备和方法。
技术介绍
当前国内外反恐形式日益严峻，恐怖分子利用隐匿方式随身携带枪支、刀具以及爆炸物、毒品等危险品对航天安全构成了极大的威胁。机场、火车站等特点场合的人体安检技术得到了各国交通运输管理部门的高度重视。现有技术中已有基于主动式毫米波太赫兹人体成像技术。该技术工作原理是设备首先向人体辐射毫米波，然后通过探测器接收经过人体或可疑物散射后的毫米波，通过重建算法对人体进行成像。然而，计算量大，成像速度较慢。使用的发射毫米波和探测毫米波的天线多，设备复杂，制造难度大。
技术实现思路
根据本公开的一方面，本公开的实施例提供一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收由所述一组发射天线发射的被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线；其中，所述一组发射天线包括沿第一行排列的多个发射天线，所述一组接收天线包括沿第二行排列的多个接收天线，所述一组发射天线的第一行的多个发射天线平行于所述一组接收天线的第二行的多个接收天线，且第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开，且位于同一平面；其中，与沿第一行排列的两个相邻的发射天线之间的间隔长度对应的第二行的相等长度范围内布置至少一个接收天线使得发射天线的数量少于接收天线的数量。在一个实施例中，至少一个发射天线与至少一个接收天线对齐使得两者之间的连线垂直于所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向。在一个实施例中，任意一个发射天线与任意一个接收天线的连线与所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向成一定角度。在一个实施例中，所述多个发射天线以辐射波的波长的整数倍的距离间隔开，所述多个接收天线以一倍的辐射波的波长的距离间隔开。在一个实施例中，多个发射天线以2倍、3倍、4倍或5倍的辐射波的波长的距离间隔开。在一个实施例中，所述一组发射天线的一个发射天线和所述一组接收天线的最靠近的对应的多个接收天线中一个的连线的中点被看作这一对发射天线-接收天线的虚拟的等效相位中心，相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的一半。在一个实施例中，第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离小于成像距离的10％。在一个实施例中，第一行所述一组发射天线的首个发射天线和第二行所述一组接收天线的首个接收天线错位布置。在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置还包括控制开关，用于控制所述一组发射天线依次发射毫米波。在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置配置成：所述一组发射天线能够沿第一行排列的多个发射天线逐个依次发射辐射波完成一组发射天线的一维扫描，并且能够沿与所述一组发射天线的行的方向的正交方向位移完成人体二维扫描，以及能够基于傅里叶变换的合成孔径全息算法完成成像。在一个实施例中，稀疏多发多收阵列布置配置成基于傅里叶变换的合成孔径全息算法，一次对正确成像区域完成图像重建，成像公式为：其中，σ(x，y)是人体的散射系数，R0是成像距离，FT2D为二维傅里叶变换，为二维傅里叶逆变换，j为虚数单位，k为传播常数、kx、ky分别是空间传播常数；为一对发射天线-接收天线组合接收到人体的回波信号；Kω为频率步进信号的空间频率；对于目标区域内的一个点目标，I表示位于I(xn，yn)处的散射的点目标，定义I与发射天线At的距离为Rt，n，I与接收天线Ar间的距离为Rr，n。本公开的一个方面提供一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射波长为毫米波的平行排列的多行发射天线和用于接收被人体反射的波长为毫米波的平行排列的多行接收天线，每一行发射天线包括多个发射天线，每一行接收天线包括多个接收天线；所述多行发射天线平行于所述多行接收天线；所述多行发射天线和所述多行接收天线彼此间隔开；其中，多行发射天线中的一行发射天线与多行接收天线中的一行接收天线构成如上述的稀疏多发多收阵列布置。本公开的一方面提供一种人体安检设备，包括一个或多个上述的稀疏多发多收阵列布置。在一个实施例中，一个或多个权利要求1-11或12中任一项所述稀疏多发多收阵列布置包括第一稀疏多发多收阵列布置和第二稀疏多发多收阵列布置，其中第一稀疏多发多收阵列布置和第二稀疏多发多收阵列布置相对地布置以便在两者之间限定实施人体安检的检查空间，并且第一稀疏多发多收阵列布置和第二稀疏多发多收阵列布置配置成能够在竖直平面内沿上下方向平移以实施扫描。在一个实施例中，人体安检设备还包括：第一框架，第一稀疏多发多收阵列布置在第一框架上能够在第一框架上上下移动；和，第二框架，第二稀疏多发多收阵列布置在第二框架上能够在第二框架上上下移动；其中，第一框架上设置第一导轨装置，第一稀疏多发多收阵列布置以能够滑移的方式连接至所述第一导轨装置从而能够沿着所述第一导轨装置移动以对人体进行第一扫描；第二框架上设置第二导轨装置，所述第二稀疏多发多收阵列布置以能够滑移的方式连接至所述第二导轨装置从而能够沿着所述第二导轨装置移动以对人体进行第二扫描。在一个实施例中，人体安检设备还包括：驱动装置，用于驱动所述第一稀疏多发多收阵列布置沿着所述第一导轨装置移动和/或驱动所述第二稀疏多发多收阵列布置沿着所述第二导轨装置移动；和约束装置，所述约束装置用于约束所述第一稀疏多发多收阵列布置和所述第二稀疏多发多收阵列布置的运动关系以使所述第一稀疏多发多收阵列布置和所述第二稀疏多发多收阵列布置只能沿相反的方向移动。在一个实施例中，所述约束装置是连接所述第一稀疏多发多收阵列布置和所述第二稀疏多发多收阵列布置的刚性的连接线带；其中，所述第一导轨装置设有第一定滑轮，所述第二导轨装置设有第二定滑轮，所述连接线带从所述第一稀疏多发多收阵列布置依次经过第一定滑轮和第二定滑轮连接至所述第二稀疏多发多收阵列布置。在一个实施例中，人体安检设备包括：第一驱动装置，直接驱动所述第一稀疏多发多收阵列布置，所述第一稀疏多发多收阵列布置通过第一驱动装置连接至第一导轨装置；和，第二驱动装置，直接驱动所述第二稀疏多发多收阵列布置，所述第二稀疏多发多收阵列布置通过第二驱动装置连接至第二导轨装置。在一个实施例中，第一稀疏多发多收阵列布置由最低频到最高频发射毫米波、第二稀疏多发多收阵列布置由最高频到最低频毫米波，或者，第二稀疏多发多收阵列布置由最低频到最高频发射毫米波、第一稀疏多发多收阵列布置由最高频到最低频毫米波。本公开的一方面提供一种使用如上述的人体安检设备对人体实施检测的方法。附图说明图1示出一种一维单发单收天线阵列的示意图；图2示出一种一维多发多收天线阵列的示意图；图3示出多发射天线-多接收天线工作原理图；图4示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为4λ；图5示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为4λ；图6A、6B示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为3λ；图7A、7B示出本公开的一个实施例的稀疏多发多收阵列布置的示意图，其中发射天线之间的间距为2λ；图8A、8B示出本公开的一个实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收由所述一组发射天线发射的被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线；其中，所述一组发射天线包括沿第一行排列的多个发射天线，所述一组接收天线包括沿第二行排列的多个接收天线，所述一组发射天线的第一行的多个发射天线平行于所述一组接收天线的第二行的多个接收天线排列，且第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开，且位于同一平面；其中，与沿第一行排列的两个相邻的发射天线之间的间隔长度对应的第二行的相等长度范围内布置至少一个接收天线使得发射天线的数量少于接收天线的数量。

【技术特征摘要】
1.一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射波长为毫米波的一组发射天线和用于接收由所述一组发射天线发射的被人体反射的波长为毫米波的一组接收天线；其中，所述一组发射天线包括沿第一行排列的多个发射天线，所述一组接收天线包括沿第二行排列的多个接收天线，所述一组发射天线的第一行的多个发射天线平行于所述一组接收天线的第二行的多个接收天线排列，且第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开，且位于同一平面；其中，与沿第一行排列的两个相邻的发射天线之间的间隔长度对应的第二行的相等长度范围内布置至少一个接收天线使得发射天线的数量少于接收天线的数量。2.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，其中，至少一个发射天线与至少一个接收天线对齐使得两者之间的连线垂直于所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向；或任意一个发射天线与任意一个接收天线的连线与所述一组发射天线或所述一组接收天线的行的方向不垂直。3.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，其中所述多个发射天线以辐射波的波长的整数倍的距离间隔开，所述多个接收天线以一倍的辐射波的波长的距离间隔开。4.根据权利要求4所述的稀疏多发多收阵列布置，其中多个发射天线以2倍、3倍、4倍或5倍的辐射波的波长的距离间隔开。5.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，其中所述一组发射天线的一个发射天线和所述一组接收天线的最靠近的对应的多个接收天线中一个的连线的中点被看作这一对发射天线-接收天线的虚拟的等效相位中心，相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的0.3至0.7倍。6.根据权利要求5所述的稀疏多发多收阵列布置，其中相邻的等效相位中心之间的距离为辐射波的波长的一半。7.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，其中第一行所述一组发射天线与第二行所述一组接收天线间隔开的距离小于成像距离的10％。8.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，其中第一行所述一组发射天线的首个发射天线和第二行所述一组接收天线的首个接收天线错位布置。9.根据权利要求1所述的稀疏多发多收阵列布置，还包括控制开关，用于控制所述一组发射天线依次发射毫米波。10.根据权利要求5所述的稀疏多发多收阵列布置，配置成：所述一组发射天线能够沿第一行排列的多个发射天线逐个依次发射辐射波完成一组发射天线的一维扫描，并且能够沿与所述一组发射天线的行的方向的正交方向位移完成人体二维扫描，以及能够基于傅里叶变换的合成孔径全息算法完成成像。11.根据权利要求10所述的稀疏多发多收阵列布置，配置成基于傅里叶变换的合成孔径全息算法，一次对正确成像区域完成图像重建，成像公式为：其中，σ(x，y)是人体的散射系数，R0是成像距离，FT2D为二维傅里叶变换，为二维傅里叶逆变换，j为虚数单位，k为传播常数、kx、ky分别是空间传播常数；为一对发射天线-接收天线组合接收到人体的回波信号；Kω为频率步进信号的空间频率；对于目标区域内的一个点目标，I表示位于I(xn，yn)处的散射的点目标，定义I与发射天线At的距离为Rt，n，I与接收天线Ar间的距离为Rr，n。12.一种用于主动式毫米波安检成像的稀疏多发多收阵列布置，包括用于发射...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵自然，游燕，刘文国，乔灵博，金颖康，郑志敏，
申请(专利权)人：清华大学，同方威视技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11