一种太赫兹安检成像系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种太赫兹安检成像系统及方法，所述系统包括：一个可垂直上下运动的旋转平台、电机、太赫兹收发通道和设置在上位机的数据处理模块；所述电机控制旋转平台的水平旋转和上下垂直运动；所述太赫兹收发通道设置在旋转平台的边缘部，能够在旋转平台的运动中实现螺旋扫描；所述太赫兹收发通道，用于向外发射信号，并获取经过目标反射后回波信号，将回波信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块，用于对回波信号进行处理，输出二维显示图像。本发明专利技术的系统的天线旋转扫描实现全向观测，对360度范围的目标进行成像，可以同时对多人进行安检。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹安检成像系统及方法
本专利技术涉及雷达系统及信号处理
，特别涉及一种太赫兹安检成像系统及方法。
技术介绍
太赫兹雷达具有成像分辨率高、体积小重量轻、穿透力强、不伤害人体的优点，主动式太赫兹成像能有效对人体成像，发现违禁物品，同时避免侵犯隐私。目前安检成像系统可分为扫描式和二维阵列式。一种扫描式成像系统是通过太赫兹频段准光聚焦方式实现高分辨率，同时通过二维机械扫描对人体进行逐点成像(文献[1]：G.Timms,M.Brothers,J.Bunton,J.Archer,G.Rosolen,Y.Li,etal.,“Designandtestingofanactive190-GHzmillimeter-waveimager,”JournalofElectronicImaging,vol.19,p.043019,2010.)；另外一种扫描式成像系统是通过对人体进行圆周扫描，通过圆迹合成孔径雷达实现三维成像(文献[2]：D.McMakin,D.Sheen,T.Hall,M.Kennedy,andH.Foote,“Biometricidentificationusingholographicradarimagingtechniques,”vol.6538:SPIE,2007.)二维阵列成像系统将大量阵元排布在二维平面上，通过阵列合成窄波束，结合大带宽测距实现高分辨率三维成像(文献[3]：S.S.Ahmed,A.Schiessl,F.Gumbmann,M.Tiebout,S.Methfessel,andL.Schmidt,“AdvancedMicrowaveImaging,”IEEEMicrowaveMagazine,vol.13,pp.26-43,2012.)。扫描成像方式依赖于机械扫描结构，受限于机械运动的加速、减速过程，一般很难实现高速的扫描。为降低机械扫描的时间，需要增加天线阵元数目，这会增加系统复杂度和成本。二维阵列方式速度快，但阵元数目多，难以保证多个收发通道的一致性，并且复杂的结构增加了系统成本。圆周扫描方式结合了实孔径和机械扫描方式，在垂直维布置多个阵元，方位向通过圆迹合成孔径成像提高分辨率，目前已得到成功应用(文献[4]：D.McMakin,D.Sheen,T.Hall,J.Tedeschi,andA.M.Jones,“Newimprovementstomillimeter-wavebodyscanners,”Proceedingsof3DBODY.TECH,2017.)。然而圆周扫描需要将人包围圆形扫描区域内，作用距离受限，每次只能检测一个人，如果需要对多人次同时进行成像，需要寻求新的成像方式。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决太赫兹安检系统对多人同时成像的问题，从而提供一种旋转式扫描太赫兹安检成像系统，通过结合机械扫描与合成孔径成像，阵元数目低，系统成本可控，通过扫描向四周发射信号，可以对多人实现成像，并且作用范围大，即可用于近距离人体安检，也可以用于大范围成像监测。为实现上述目的，本专利技术的实施例1提出了一种太赫兹安检成像系统，所述系统包括：一个可垂直上下运动的旋转平台、电机、太赫兹收发通道和设置在上位机的数据处理模块；所述电机控制旋转平台的水平旋转和上下垂直运动；所述太赫兹收发通道设置在旋转平台的边缘部，能够在旋转平台的运动中实现螺旋扫描；所述太赫兹收发通道，用于向外发射信号，并获取经过目标反射后回波信号，将回波信号发送至数据处理模块；所述数据处理模块，用于对回波信号进行处理，输出二维显示图像。作为上述系统的一种改进，所述太赫兹收发通道设置在旋转平台上；所述电机包括旋转控制电机和垂直运动控制电机；所述旋转控制电机用于控制旋转平台以转速ω匀速旋转；所述垂直运动控制电机用于控制旋转平台以垂直速度为v进行上下运动。作为上述系统的一种改进，所述太和兹收发通道为一组或多组；多组太和兹收发通道从上至下固定为一体。作为上述系统的一种改进，一组太赫兹收发通道包含：太赫兹天线、一个发射机和多个接收机；所述太赫兹天线位于旋转平台边缘；发射机，用于产生太赫兹频段的发射信号；太赫兹天线，用于将发射电磁波发射出去；并接收目标反射的回波信号；接收机，用于采集太赫兹天线接收的目标反射的回波信号，然后发送至数据处理模块。作为上述系统的一种改进，所述数据处理模块的具体实现过程为：对目标反射的回波信号进行脉冲压缩，得到距离向压缩数据sr(ta,tr)：其中tr为单个雷达脉冲内的快时间，ta为发射多个雷达脉冲形成的慢时间，ρ(xP,yP,zP)为位于(xP,yP,zP)处目标的散射系数，B为发射信号带宽，fc为载频，c为光速，RP(ta)为目标与天线的距离：(xa(ta),ya(ta),za(ta))为ta时刻天线相位中心的三维坐标：其中，ω为旋转平台水平转速；r为天线相位中心距离旋转平台圆心的半径；v为旋转平台的垂直直线运动速度；将目标区域划分为三维离散的像素点(xi,yi,zi)，目标中心位置为(xi0,yi0,zi0)，对于每一个像素点，计算(xi,yi,zi)到天线(xa(ta),ya(ta),za(ta))的距离时延tri：然后对sr(ta,tr)进行插值，找到对应tri的数据sr(ta,tri)，并补偿天线运动产生的相位：其中tr0为目标中心位置(xi0,yi0,zi0)到天线(xa(ta),ya(ta),za(ta))的距离时延；最后对所有ta叠加得到三维图像值I(xi,yi,zi)：对I(xi,yi,zi)沿雷达视线方向取最大值，作为二维显示图像。本专利技术的实施例2提供了一种太赫兹安检成像方法，基于上述成像系统实现，所述方法包括：所述旋转平台在电机的控制下，在水平面内以转速ω匀速旋转，同时以垂直速度v上下往复运动；所述发射机产生发射信号并通过太赫兹天线发射出去，通过接收机接收经过目标反射后的回波信号，并发送至数据处理模块；所述数据处理模块对回波信号进行处理，输出二维显示图像。作为上述方法的一种改进，所述数据处理模块对回波信号进行处理，输出二维显示图像；具体包括：对目标反射的回波信号进行脉冲压缩，得到距离向压缩数据sr(ta,tr)：其中tr为距离向快时间，ρ(xP,yP,zP)为位于(xP,yP,zP)处目标的散射系数，B为发射信号带宽，fc为载频，c为光速，RP(ta)为目标与天线的距离：(xa(ta),ya(ta),za(ta))为ta时刻天线相位中心的三维坐标：其中，ω为旋转平台水平转速；v为旋转平台的垂直直线运动速度；r为天线相位中心距离旋转平台圆心的半径将目标区域划分为三维离散的像素点(xi,yi,zi)，目标中心位置为(xi0,yi0,zi0)，对于每一个像素点，计算(xi,yi,zi)到天线(xa(ta本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹安检成像系统，其特征在于，所述系统包括：一个可垂直上下运动的旋转平台、电机、太赫兹收发通道和设置在上位机的数据处理模块；/n所述电机控制旋转平台的水平旋转和上下垂直运动；所述太赫兹收发通道设置在旋转平台的边缘部，能够在旋转平台的运动中实现螺旋扫描；/n所述太赫兹收发通道，用于向外发射信号，并获取经过目标反射后回波信号，将回波信号发送至数据处理模块；/n所述数据处理模块，用于对回波信号进行处理，输出二维显示图像。/n

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹安检成像系统，其特征在于，所述系统包括：一个可垂直上下运动的旋转平台、电机、太赫兹收发通道和设置在上位机的数据处理模块；
所述电机控制旋转平台的水平旋转和上下垂直运动；所述太赫兹收发通道设置在旋转平台的边缘部，能够在旋转平台的运动中实现螺旋扫描；
所述太赫兹收发通道，用于向外发射信号，并获取经过目标反射后回波信号，将回波信号发送至数据处理模块；
所述数据处理模块，用于对回波信号进行处理，输出二维显示图像。


2.根据权利要求1所述的太赫兹安检成像系统，其特征在于，所述太赫兹收发通道设置在旋转平台上；所述电机包括旋转控制电机和垂直运动控制电机；所述旋转控制电机用于控制旋转平台以转速ω匀速旋转；所述垂直运动控制电机用于控制旋转平台以垂直速度为v进行上下运动。


3.根据权利要求2所述的太赫兹安检成像系统，其特征在于，所述太和兹收发通道为一组或多组；多组太和兹收发通道从上至下固定为一体。


4.根据权利要求3所述的太赫兹安检成像系统，其特征在于，一组太赫兹收发通道包含：太赫兹天线、一个发射机和多个接收机；所述太赫兹天线位于旋转平台边缘；
发射机，用于产生太赫兹频段的发射信号；
太赫兹天线，用于将发射电磁波发射出去；并接收目标反射的回波信号；
接收机，用于采集太赫兹天线接收的目标反射的回波信号，然后发送至数据处理模块。


5.根据权利要求4所述的太赫兹安检成像系统，其特征在于，所述数据处理模块的具体实现过程为：
对目标反射的回波信号进行脉冲压缩，得到距离向压缩数据sr(ta,tr)：



其中tr为单个雷达脉冲内的快时间，ta为发射多个雷达脉冲形成的慢时间，ρ(xP,yP,zP)为位于(xP,yP,zP)处目标的散射系数，B为发射信号带宽，fc为载频，c为光速，RP(ta)为目标与天线的距离：



(xa(ta),ya(ta),za(ta))为ta时刻天线相位中心的三维坐标：



其中，ω为旋转平台水平转速；r为天线相位中心距离旋转平台圆心的半径；v为旋转平台的垂直直线运动速度；
将目标区域划分为三维离散的像素点(xi,yi,zi)，目标中心位置为(xi0,yi0,zi0)，对于每一个像素点，计算(xi,yi,zi)到天线(xa(ta),ya(ta),za(ta))的距离时延tri：

【专利技术属性】
技术研发人员：董晓，杨青山，张云华，张德海，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：北京;11