便携式辐射测量成像设备及相应的成像方法技术

本发明专利技术涉及一种便携式辐射测量成像设备及相关方法，其找到一种用以在例如机场或火车站检测乘客所携带的物体、或者行李之中所包含的物体的特定应用。所述设备包括：多个接收器天线(1，2)，所述多个接收器天线(1，2)用于获取来自物体或物品的多个部位(P1，P2)的电磁辐射，并将它们转换成代表所述辐射的多个信号；多个接收器模块(5，6)，所述多个接收器模块(5，6)与天线相连，用于接收代表辐射的信号并将它们转换成多个电信号；以及数字处理器单元(3)，所述数字处理器单元(3)用于响应于电信号以产生代表电磁辐射的、用于显示在显示器上作为物体或物品的图像的一个或更多个数字信号。提供相关器模块(4)用于将电信号相关，以形成代表来自物体或物品的两个部位的相交部分的电磁辐射的信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种。其特别应用于在例如机场或火车站的场所中检测乘客所携带的物体或行李之中所包含的物体。例如考虑到炸弹袭击的风险，安全性考虑对于世界上所有国家而言都是重要的。现已研发出或正在研发各种检测系统，例如，利用辐射测量检测乘客所携带的金属或其他物体的机场安全门、红外成像系统、以及细菌学(色析法、光谱测定)检测系统。所有这些系统根据它们的技术来提供不同的性能，但是它们也非常昂贵且体积庞大。事实上，目前没有便携式行李检验设备能够例如示出无人看管地留在如火车站或汽车站、高速公路服务区、机场航站楼、地铁等公共场所的行李中的内容。如果在繁忙的公共场所发现可疑行李，会呼叫专业的安全(炸弹处理)服务。根据这些服务的可用性以及根据这些服务的响应的复杂性(在中心位置或郊区位置)，响应时间可能会很长。这些对交通流量的干扰现已成为用户不满的一项因素，并且是主要的经济损失。在车站内出现这种行李例如导致轨道交通的整体瘫痪达数分钟或甚至数小时，并因此导致所有线路上的轨道交通完全变动。为了减少或者甚至消除这些干扰，由此需要能够在不用接触行李或包裹的情况下利用便携式成像设备在现场呈现出可疑行李或包裹的内容的图像。本专利技术涉及一种所谓的辐射测量设备。这种设备采用远场辐射测量。辐射测量术是相当广义的术语，其说明电离或非电离电磁辐射强度的测量。电离辐射(例如X和Y射线，α和β粒子)在轰击或穿过物质时具有足够的能量将电子与原子或分子分离。相反，非电离辐射(例如无线电波、微波、可见光等)是低能量的。辐射测量设备基于确定称为“温度”的物理量的大小。这种类型的测量所采用的物理原理是测量任何物体在不同于零开尔文(OK)的温度时所发出的、热源的电磁辐射。这种测量的主要好处在于，相比红外测量它们不会侵入更深得多的深度。由此，任何具有不等于OK的物理温度的物体都会沿其拓扑所产生的空间的方向发射噪声功率。因此本专利技术的目的是提出一种辐射测量设备，其使车站、机场等的合格安保人员能够在不冒风险的情况下查看行李的内容，并确定这些行李本身的危险程度如何。此工具使得能够有快速的响应，同时也具有安全性。其同样也可以由炸弹处理操作人员在其日常呼叫中使用，从而以显著减少对这些人员造成危险的方式在现场确定爆炸物的类型、引爆炸弹的机制等。与这种工具的研发相联系的最重要的问题之一在于设备便携性与图像的空间分辨率之间的冲突。因此，尤其就天线的数量和类型、辐射测量灵敏度、产生图像所需的时间、探测深度、校准每个信道的方法等而言，产生具有合适分辨率的图像遇到困难。此外，所需的设备必须能够通过测量物品所发射的噪声功率来检测尺寸非常小的物品。而且，设备必须具有尽可能低的灵敏度，以检测尽可能低的温度变化。因此，本专利技术的目的是通过提出一种提供高空间分辨率的灵敏便携式辐射测量成像设备来提供用以解决这些问题中的一些或全部的技术方案。因此，本专利技术的第一方面涉及一种便携式辐射测量成像设备。所述设备包括至少两个接收器天线，所述至少两个接收器天线用于获取来自物体或物品的第一部位和第二部位的电磁辐射，并将其转换成代表所述辐射的第一信号和第二信号。所述设备还包括接收器模块，所述接收器模块与所述两个天线相关联，用于接收代表辐射的第一信号和第二信号，并将它们转换成第一电信号和第二电信号。所述设备还包括数字处理器单元，所述数字处理器单元用于从第一电信号和第二电信号产生要在显示器上显示为物体或物品的图像的、代表电磁辐射的一个或更多个数据信号。所述设备典型地还包括相关器模块，所述相关器模块用于将第一电信号和第二电信号相关，以产生代表来自于物体或物品的第一部位和第二部位的相交部分的电磁辐射的至少一个信号。因此，由于此相关器模块的缘故，本专利技术的设备整体尺寸小，由此更加便携，并且其在降低了系统的噪声温度的同时产生具有高空间分辨率的图像。因此，本专利技术的主要好处涉及使用经由两个接收器模块与两个天线关联的相关器模块。此相关器模块产生经由有关的接收器电路从两个天线接收的信号连同接收器电路的固有噪声一起的相关结果。另外，设置与常见的聚焦光学元件相关的天线，使得它们接收来自于共同的景物区域的信号。此称谓的区域对应于例如天线所视的总区域的一半。由于此缘故，只有来自于两个天线共同区域的信号被相关。因此，相关结果能够将观察到的景物区域限制到两个天线所视的共同区域。因此， 通过此技术，在无机械或数字空间扫描的情况下将空间分辨率提高两倍。此外，考虑到各个接收器信道的固有噪声之间存在很小的相关性或无相关性，因此在相关之后系统的噪声温度趋于零。因此，相关过程消除了系统噪声温度的影响，由此相比常见的辐射计结构而言提供了几种可能性，如相同的积分时间辐射测量灵敏度提高；或相同的辐射测量灵敏度积分时间减少。本专利技术的变化方案将在以下进行描述，可以单独地或任意组合地考虑这些变化方案。接收器模块中的一个或两个可以包括过渡模块。此过渡模块优选地包括与耦合器连接的噪声注入二极管。此耦合器优选地与低噪声放大器连接。接收器模块中的一个或两个可以包括降频器模块。此降频器模块优选地包括毫米波段混频器和低频低噪声放大器。接收器模块和数字处理器单元可以位于同一半导体芯片上。所述设备可以包括用于将第一电信号和第二电信号转换成相应的第一数字信号和第二数字信号的模块。于是，相关器模块是用于数字信号的数字相关器模块，优选地被集成到处理器单元中。为了在不影响辐射测量灵敏度并且不增加接收器复杂性的情况下实现空间扫描， 优选地是数字地产生相关结果。将来自一个天线的信号相对于来自相邻天线中的一个天线的信号进行时移并针对此时移产生相关结果可改变重叠面积，由于实现空间扫描。数字的相关结果具至少三点好处其能够实现空间扫描、其消除了接收器固有噪声的影响，并且其不过度影响用于辐射测量的时间。以下解释用于数字地产生相关结果的辐射测量结构的操作。每个天线与其接收器模块关联，接收器模块将天线接收到的模拟向量信号转换为处于更低频率的模拟向量信号。这些信号在被数字化以后最初被储存在随机存取存储器中，以便随后能够对它们进行数学上的处理。数字辐射计的灵敏度取决于其固有噪声温度以及取样数量δ T = Tsys/ V N.通过增加取样数量来提高灵敏度。换言之，需要在给定的时间上产生测量，以增加 N并进而增加灵敏度。例如，如果使用以每秒10亿个取样(GS/s)操作的模数转换器(ADC)并且测量花费1/10秒(S)，则N等于1亿个取样。对于每个接收器模块，可以在频域中产生这1亿个取样的向量平均，并且结果(是对模和相位的概念进行组合的向量结果)在被返回到时域之后储存到存储器中。如果便携式照相机具有例如7 X 7个天线的矩阵，则49个接收模块同时获得信号， 也就是，对整个矩阵有1/10秒的总的获取、平均和储存时间。应当注意的是，如果需要速度而非灵敏度，则可以减少获取时间，反之亦然。一旦实现了获取，则设备的随机存取存储器会容纳每个接收器模块的数字向量信号，即总共49个向量信号。就在这一刻，还没有重构图像。为了实现景物的空间扫描以达到使图像数字化的目的，将来自于观察到共同景物区域的两个相邻天线的数字向量信号数学地相关。以不同的时间常数τ (两个信号之间的时移)来实现相关，以针对每个τ值获得与景物区域的一部分所发射的噪声功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马蒂厄·韦尔坎，尼古拉斯·图弗南，西蒙·万德恩布鲁克，克里斯托夫·加基埃雷，弗雷德里克·比埃埃尔克曼，尼古拉斯·韦拉斯，
申请(专利权)人：微波特性中心，
类型：发明
国别省市：