[發(fā)明專利]一種人體隱匿物品的快速實(shí)時(shí)太赫茲成像探測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710791556.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-05
• 公開（公告）號(hào): CN107450104A
• 公開（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳雙
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 蕪湖華創(chuàng)光電科技有限公司
• 主分類號(hào): G01V8/10
• 分類號(hào): G01V8/10
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11427
• 代理人: 陳娟

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及安防技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種人體隱匿物品的快速實(shí)時(shí)太赫茲成像探測(cè)方法。

背景技術(shù)

目前用于人體隱匿危險(xiǎn)品檢測(cè)的技術(shù)主要有太赫茲被動(dòng)和主動(dòng)成像探測(cè)技術(shù)。被動(dòng)成像探測(cè)技術(shù)由于不輻射任何信號(hào)，對(duì)被檢人員完全安全，因此具有很好的市場(chǎng)應(yīng)用前景。在被動(dòng)成像探測(cè)技術(shù)中，應(yīng)用較為廣泛的是太赫茲焦平面陣列成像技術(shù)。太赫茲焦平面陣列成像技術(shù)是將多個(gè)天線饋源以一定的方式組成天線饋源陣列，放置于透鏡天線或者反射面天線的焦平面上，饋源陣列上不同饋源的輸出具有不同的偏焦和波束指向，對(duì)應(yīng)成像后成像場(chǎng)景不同的像素單元，所有饋源聯(lián)合瞬時(shí)覆蓋需要探測(cè)的整個(gè)視場(chǎng)。由于目前太赫茲器件的制作加工工藝還不夠成熟，產(chǎn)量低，因此器件價(jià)格昂貴。另外大規(guī)模饋源通道的一致性等重要技術(shù)指標(biāo)目前也難以達(dá)到成像探測(cè)的要求。為了降低成本和工程實(shí)現(xiàn)的難度，目前被動(dòng)太赫茲探測(cè)成像設(shè)備常采用小規(guī)模焦平面饋源陣列瞬時(shí)覆蓋部分視場(chǎng)，并通過機(jī)械掃描完成對(duì)整個(gè)視場(chǎng)的覆蓋。這種方式在降低了成本和工程實(shí)現(xiàn)難度的同時(shí)，也降低了成像的速率，其幀率一般低于10幀/秒，在需要連續(xù)快速監(jiān)視的應(yīng)用場(chǎng)合下不能夠滿足要求。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種人體隱匿物品的快速實(shí)時(shí)太赫茲成像探測(cè)方法，該方法利用稀疏組陣的天線陣列實(shí)現(xiàn)對(duì)成像場(chǎng)景的瞬時(shí)覆蓋，通過被動(dòng)合成孔徑處理實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)景的成像，具有成像速度快、幀率高、實(shí)時(shí)性好的優(yōu)點(diǎn)，可用于安檢、反恐安防等領(lǐng)域?qū)θ梭w隱匿危險(xiǎn)品的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種人體隱匿物品的快速實(shí)時(shí)太赫茲成像探測(cè)方法，包括以下步驟：

1)構(gòu)建探測(cè)系統(tǒng)，探測(cè)系統(tǒng)共18個(gè)天線，按照交錯(cuò)Y形布陣，每個(gè)臂6個(gè)天線單元，工作在W波段，瞬時(shí)帶寬200MHz，積累時(shí)間50ms；

2)18個(gè)AD采樣后的數(shù)據(jù)，在FPGA內(nèi)通過完成兩兩互相關(guān)和累加處理，形成可見度函數(shù)V；

3)可見度函數(shù)V經(jīng)過逆傅里葉變換后，生成極坐標(biāo)下的亮溫分布函數(shù)T，對(duì)亮溫分布函數(shù)按照觀測(cè)視場(chǎng)進(jìn)行裁剪并按照顯示灰度歸一化后，顯示到屏幕上；

4)探測(cè)系統(tǒng)在每次開機(jī)后，進(jìn)行自檢和系統(tǒng)誤差測(cè)量校正。

進(jìn)一步地，所述陣列天線視場(chǎng)內(nèi)亮溫分布函數(shù)T和可見度函數(shù)V之間是傅里葉變換關(guān)系，其變換關(guān)系式如下：

其中，是方向余弦，T(ξ,η)是球坐標(biāo)系下的亮溫分布函數(shù)，u＝(x_k-x_i)/λ，v＝(y_k-y_i)/λ是空間頻率，λ為觀測(cè)波長(zhǎng)，其中(x_i,y_i)和(x_k,y_k)分別是陣列天線中第i、k個(gè)天線的直角坐標(biāo)系坐標(biāo)。

進(jìn)一步地，所述亮溫分布函數(shù)T和可見度函數(shù)V之間是傅里葉變換關(guān)系，變換關(guān)系式成立的條件是輻射信號(hào)到達(dá)陣列天線口面時(shí)滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，也即滿足電磁波傳播等相位面為平面的假設(shè)。

進(jìn)一步地，所述可見度函數(shù)在近場(chǎng)條件下，任意兩路接收機(jī)的測(cè)量輸出可以表示為：

其中，Ω_e為天線立體角，為測(cè)量區(qū)域內(nèi)的亮溫分布，λ為觀測(cè)波長(zhǎng)，Δr_kj＝r_j-r_k為測(cè)量區(qū)域內(nèi)某點(diǎn)到兩路天線的距離。

進(jìn)一步地，所述步驟4)系統(tǒng)誤差測(cè)量校正具體過程為：

a)將輻射定標(biāo)信號(hào)的信號(hào)源天線放置在天線陣列前面4米處，位于天線陣列法向中心的位置；

b)打開信號(hào)源，調(diào)整信號(hào)源輸出功率，測(cè)試天線輸出信號(hào)，使天線輸出功率信號(hào)功率大于太赫茲成像系統(tǒng)靈敏度10dB以上；

c)采集通道數(shù)據(jù)并做互相關(guān)，得到對(duì)信號(hào)源的可見度函數(shù)；

d)將該可見度函數(shù)和理想點(diǎn)源的可見度函數(shù)的幅度和相位進(jìn)行比較，其差異可以作為通道誤差，用來對(duì)正常工作時(shí)的可見度函數(shù)進(jìn)行校正。

進(jìn)一步地，所述交錯(cuò)Y形布陣陣元之間間距為3λ。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)對(duì)探測(cè)視場(chǎng)的瞬時(shí)覆蓋，并對(duì)近距離人體完成快速實(shí)時(shí)的成像，成像的幀率可以達(dá)到20幀/秒，可以清晰的探測(cè)出隱藏在人員衣物下面的危險(xiǎn)物品。由于采用了稀疏陣列，因此天線和通道的個(gè)數(shù)得以減少，系統(tǒng)成本得以降低。基于本發(fā)明構(gòu)造的近距離太赫茲成像儀可以用于人流量較大，對(duì)安檢通過流量要求較高的場(chǎng)合。

附圖說明

圖1是近場(chǎng)接收空間幾何關(guān)系示意圖。