[發明專利]用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構及其設計方法

有效

• 申請號: 201710996838.4
• 申請日: 2017-10-20
• 公開（公告）號: CN109696709B
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 趙宇姣;劉杰;安健飛;喻洋;成彬彬
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院電子工程研究所
• 主分類號: G01V3/12
• 分類號: G01V3/12
• 代理公司: 成都天嘉專利事務所(普通合伙) 51211
• 代理人: 蔣斯琪

本發明公開了用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構及其設計方法，通過該設計方法設計得到的稀疏陣列按照指定邏輯進行工作切換，在空間內可以等效為由單個發射陣元和若干個均勻分布的接收陣元組成的線性密集陣列。本發明可以有效減少發射天線與接收天線的數量，提升人體安檢成像系統的數據采集效率，且操作簡單、便于擴展，為高效、實時人體安檢成像設備提供了條件。

技術領域

本發明涉及安檢技術領域，具體涉及一種用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構及其設計方法。

背景技術

毫米波及太赫茲波具有良好的穿透性，它們能以很小的衰減穿透布料、泡沫、紙板等物質，能夠有效實現對隱匿物體的高分辨率成像；另外，毫米波及太赫茲波不會引起有害的電離反應，故在人體安檢領域的有著廣泛的應用。

在近場安檢成像技術中，通常采用合成孔徑與信號處理結合的方式獲得目標的三維高分辨率重構圖像，其中，合成孔徑技術要求收發天線按照空間采樣定律在指定位置完成信號收發與數據采集工作。傳統的雷達成像主要利用載體的運動改變天線的位置，即利用機械掃描的方式實現孔徑合成。然而，毫米波與太赫茲波波長較短，空間采樣點數量巨大，機械掃描用時較長，難以滿足近場安檢成像系統的高實時性要求。因此，目前國內外的近場安檢系統多采用一維電動掃描與一維機械掃描相結合的方式。

一維電動掃描是指在高度維或方向維等間隔布置收發天線形成天線陣列，并利用開關切換實現陣列在該維度的孔徑合成。由于開關切換時間遠小于載體的運動時間，故電動掃描可以有效降低系統的掃描時間。但是，電動掃描需要耗費大量的天線資源，且隨著系統工作頻率升高，按照空間采樣定理的要求，天線之間的間距應隨之減小，工程實現難度大幅增加。

發明內容

本發明旨在提供了一種用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構及其設計方法，該方法通過對一維線性陣列的稀疏化設計，有效提升了現有安檢系統的掃描速度，并降低了系統的硬件復雜度。

本發明的技術方案如下：

一種用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構，其特征在于：所述稀疏陣列等效為由單個發射陣元和若干個均勻分布的接收陣元組成的密集線性陣列。

進一步地，所述稀疏陣列的等效接收陣元等間距分布，且所述等效接收陣元為等效相位中心。

針對上述用于人體安檢成像的一維稀疏陣列結構的設計方法，包括以下設計步驟：

首先，根據人體安檢成像系統的工作場景及參數，確定等效陣元的尺寸，并根據空間采樣定理確定等效陣元的間距，記為d；

然后，根據人體安檢成像系統的信號采集與處理模塊的限制以及收發信道的數量，確定稀疏陣列的稀疏度，記為S；

接著，根據等效陣元的尺寸與間距d，計算得到等效陣元的數目，記為N；進一步地，根據等效陣元的數目N與稀疏陣列的稀疏度S，確定發射天線的數目為同時，接收天線的數目為N/2；

最后，按照收發分置的方式排布天線單元，其中，發射天線單元以S˙d為間距按直線排列，接收天線單元以2d為間距按直線排列，且直線排列的發射天線與直線排列的接收天線平行。

進一步地，所述稀疏陣列可以根據收發信道數量、天線波束寬度等系統實際硬件條件，任意選擇稀疏度，稀疏度S的取值為2到N之間的任意偶數。

進一步地，所述發射天線與接收天線應錯位排布，即以發射天線所在直線為橫軸時，第一個發射天線單元與第一個接收天線單元在橫軸投影點的距離為(S-1)˙d。