一种太赫兹安检雷达信号收发方法技术

本发明专利技术公开一种太赫兹安检雷达信号收发方法，首先进行系统启动，系统初始化，然后进行雷达探测、视频数据采集、体温数据采集、金属探测，接着对采集到的数据进行数据存储，再进行雷达数据处理、视频数据处理、体温数据处理、金属数据处理，最后进行图像显示，可以有效提高系统采集的数据进行融合处理，利用阵列天线进行频率扫描+相位扫描+机械扫描的方式采集安检数据，通过转动反射面的方式改变电磁波传播方向，并最终被接收天线接收，从而极大地降低天线数量，也能降低系统采集数据的时间。集合雷达探测、三维测量、人脸识别、体温探测、金属探测功能与一体，简化安检步骤。简化安检步骤。简化安检步骤。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹安检雷达信号收发方法


[0001]本专利技术涉及太赫兹成像
，尤其是涉及一种太赫兹安检雷达信号收发方法。

技术介绍

[0002]太赫兹安检雷达的工作频率为0.1～10THz(波长为3mm～30um)，其成像技术可分为有源主动成像和无源被动成像，具备高分辨率、高穿透性、低辐射等优势，在安检领域、无损检测领域得到了更为广泛的研究与应用。为了满足安检成像需求，太赫兹雷达安检系统设计时需要布置大量的收发天线，这无疑提高了系统复杂度，同时提高了生产制造成本，因此雷达安检系统获得了世界各地的科研工作者的广泛关注。现有的雷达安检一般有两种研究方向，一种是通过线性阵列+机械扫描的方式采集雷达回波数据，另一种通过阵列布局、信号收发方式优化设计，提高天线复用，从而降低天线数量，降低系统复杂度和生产成本。前者天线数量相对少，数据采集时间相对较长；后者天线数量相对较多，数据采集时间较短。现有的安检雷达系统仅具备雷达探测功能，而视频监控、人体体温监测、金属探测、人脸识别都是各自单独的系统，难以实现多源数据融合。
[0003]中国专利CN111142164A公开一种雷达安检系统，并在CN110837127A和CN110837126A中公开了阵列天线布局及信号收发方式。通过在柱面阵列天线中的各阵元集合方阵的首行和尾行设置发射阵元，在各阵元集合方阵的首列和尾列设置接收阵元，根据柱面阵列雷达的最小工作频率和最大工作频率获取目标频点矩阵，同时循环选取各阵元集合方阵中的发射阵元作为第一发射阵元，为各第一发射阵元分别依次分配所述目标频点矩阵中的各频点，以作为第一发射阵元的发射频点，同一时刻不同阵元集合方阵中的第一发射阵元的发射频点不同，利用第一发射阵元根据分配的发射频点发射信号，利用接收阵元接收所述信号。这种技术方案则需要耗费大量阵元，不利于控制生产成本。

技术实现思路

[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供一种太赫兹安检雷达信号收发方法，该系统可以利用阵列天线进行频率扫描+相位扫描+机械扫描的方式采集安检数据。系统可以通过横向(纵向)频率扫描、纵向(横向)相位扫描的方式可以有效地降低发射天线数量，通过转动反射面的方式改变电磁波传播方向，并最终被接收天线接收，从而极大地降低天线数量。由于采用频率扫描和相位扫描的信号收发方式，也可以降低系统数据采集时间。
[0005]为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术公开一种太赫兹安检雷达信号收发方法，包括以下步骤：
[0007]S1、进行启动与自检，供电保护分系统给其余各个分系统提供运转电能，其余各个分系统包括中央电子设备分系统、射频发射分系统、伺服运动分系统、射频接收分系统、数据采集与记录分系统、多源传感器分系统、工业控制与处理分系统、监测实时显示分系统、供电保护分系统，中央电子设备分系统监控各个分系统是否可以正常工作，若检测到异常
信号，则中央电子设备分系统发出与各个分系统相对应的警报，反之则进入S2；
[0008]S2、中央电子设备分系统初始化射频发射分系统，使得频率维发射次数i
t
＝1、方位向发射次数j
t
＝1，中央电子设备分系统控制伺服运动分系统通过电机转动，使得电磁放射镜转动至初始位置；
[0009]S3、数据采集与记录分系统获取射频接收分系统接收到的回波信号，数据采集与记录分系统获取多源传感器分系统采集的各类型数据；
[0010]S4、数据采集与记录分系统将射频接收分系统接收到的数据和多源传感器分系统采集的各类型数据进行存储；
[0011]S5、工业控制与处理分系统将数据采集与记录分系统存储的数据进行处理；
[0012]S6、将工业控制与处理分系统处理的数据进行多源数据匹配融合后进行图像显示。
[0013]进一步地，S3中具体包括以下步骤：
[0014]S31、进行雷达探测，射频发射分系统通过伺服运动分系统的运动进行调整后，发射天线发射电信号，射频接收分系统的接收天线接收回波信号；
[0015]S32、多源传感器分系统的视频监控模块采集监测区域视频数据，获取实时画面，进行视频数据采集；
[0016]S33、多源传感器分系统的温度测量传感器采集监测区域人体体温数据，获取人体实时体温数据，进行体温数据采集；
[0017]S34、多源传感器分系统的金属探测器探测目标区域经过的行人是否有金属，获取金属数据，进行金属探测数据采集。
[0018]进一步地，S31中具体包括以下步骤：
[0019]S311、伺服运动分系统通过转动电机，调整电磁波反射面的姿态；
[0020]S312、发射天线根据频率维发射次数i
t
、方位向发射次数j
t
、移相器相位延迟生成发射天线所需的电信号；
[0021]S313、射频接收分系统的接收天线接收信号。
[0022]进一步地，所述S311具体还包括以下步骤：
[0023]S3111、电磁波反射面在伺服运动分系统的控制下，以速度V
h
进行水平转动；
[0024]S3112、若发射天线为面阵发射天线，各个发射天线对应不同的移相器，面阵发射天线每行所发射的电磁波初相位不同，则电磁波反射面在伺服运动分系统的控制下，以速度V
v
进行垂直转动，否则进入S312。
[0025]进一步地，所述S312具体还包括以下步骤：
[0026]S3121、产生特定频率电信号，根据频率维发射次数i
t
、多频率信号发生器生成的发射频率矩阵F，生成电信号S
e0
，公式如下：
[0027][0028]第i
t
次发射频率可以表示为，
[0029][0030]其中，A表示发射信号的振幅，为常量，t表示信号传播时间，i
t
表示频率维发射次
数，K为调频率，表示发射频率矩阵中第i
t
个元素；
[0031]所述特定频率电信号的频率范围可以为0.1THz～10THz；
[0032]S3122、根据方位向发射次数j
t
，设置移相器大小，具体如下：
[0033]若发射天线为单一发射天线，发射天线共用1个移相器，所有的发射天线发射同一电磁波，则根据方位向发射次数j
t
，将移相器大小调整为此时电信号S
e
可以表示成，
[0034][0035]若发射天线为面阵发射天线，对应不同的移相器，面阵发射天线的每行所发射的电磁波初相位不同，则根据方位向发射次数j
t
和发射天线行数k，则与发射天线第k行相对应的移相器的大小可以表示为：
[0036][0037]每个发射天线发射的电信号S
e
'可以表示为：
[0038][0039]进一步地，所述S313具体为：
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹安检雷达信号收发方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、进行启动与自检，供电保护分系统给其余各个分系统提供运转电能，其余各个分系统包括中央电子设备分系统、射频发射分系统、伺服运动分系统、射频接收分系统、数据采集与记录分系统、多源传感器分系统、工业控制与处理分系统、监测实时显示分系统、供电保护分系统，中央电子设备分系统监控各个分系统是否可以正常工作，若检测到异常信号，则中央电子设备分系统发出与各个分系统相对应的警报，反之则进入S2；S2、中央电子设备分系统初始化射频发射分系统，使得频率维发射次数i
t
＝1、方位向发射次数j
t
＝1，中央电子设备分系统控制伺服运动分系统通过电机转动，使得电磁放射镜转动至初始位置；S3、数据采集与记录分系统获取射频接收分系统接收到的回波信号，数据采集与记录分系统获取多源传感器分系统采集的各类型数据；S4、数据采集与记录分系统将射频接收分系统接收到的数据和多源传感器分系统采集的各类型数据进行存储；S5、工业控制与处理分系统将数据采集与记录分系统存储的数据进行处理；S6、将工业控制与处理分系统处理的数据进行多源数据匹配融合后进行图像显示。2.根据权利要求1所述的一种太赫兹安检雷达信号收发方法，其特征在于，S3中具体包括以下步骤：S31、进行雷达探测，射频发射分系统通过伺服运动分系统的运动进行调整后，发射天线发射电信号，射频接收分系统的接收天线接收回波信号；S32、多源传感器分系统的视频监控模块采集监测区域视频数据，获取实时画面，进行视频数据采集；S33、多源传感器分系统的温度测量传感器采集监测区域人体体温数据，获取人体实时体温数据，进行体温数据采集；S34、多源传感器分系统的金属探测器探测目标区域经过的行人是否有金属，获取金属数据，进行金属探测数据采集。3.根据权利要求2所述的一种太赫兹安检雷达信号收发方法，其特征在于，S31中具体包括以下步骤：S311、伺服运动分系统通过转动电机，调整电磁波反射面的姿态；S312、发射天线根据频率维发射次数i
t
、方位向发射次数j
t
、移相器相位延迟生成发射天线所需的电信号；S313、射频接收分系统的接收天线接收信号。4.根据权利要求3所述的一种太赫兹安检雷达信号收发方法，其特征在于，所述S311具体还包括以下步骤：S3111、电磁波反射面在伺服运动分系统的控制下，以速度V
h
进行水平转动；S3112、若发射天线为面阵发射天线，各个发射天线对应不同的移相器，面阵发射天线每行所发射的电磁波初相位不同，则电磁波反射面在伺服运动分系统的控制下，以速度V
v
进行垂直转动，否则进入S312。5.根据权利要求3所述的一种太赫兹安检雷达信号收发方法，其特征在于，所述S312具体还包括以下步骤：
S3121、产生特定频率电信号，根据频率维发射次数i
t
、多频率信号发生器生成的发射频率矩阵F，生成电信号S
e0
，公式如下：第i
t
次发射频率可以表示为，其中，A表示发射信号的振幅，为常量，t表示信号传播时间，i
t
表示频率维发射次数，K为调频率，表示发射频率矩阵中第i
t
个元素；所述特定频率电信号的频率范围可以为0.1THz～10THz；S3122、根据方位向发射次数j
t
，设置移相器大小，具体如下：若发射天线为单一发射天线，发射天线共用1个移相器，所有的发射天线发射同一电磁波，则根据方位向发射次数j
t
，将移相器大小调整为此时电信号S
e
可以表示成，若发射天线为面阵发射天线，对应不同的移相器，面阵发射天线的每行所发射的电磁波初相位不同，则根据方位向发射次数j
t
和发射天线行数k，则与发射天线第k行相对应的移相器的...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭维贤，张建新，黄平平，陈彦民，张殿坤，程名，
申请(专利权)人：欧必翼太赫兹科技北京有限公司，
类型：发明
国别省市：