CN109633630A - 一种e波段毫米波成像安检雷达*** - Google Patents

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Abstract

一种E波段毫米波成像安检雷达***，包含：多个数据获取子***，其分别设置在待检物体周围，用于产生E波段毫米波发射至待检物体，并采集待检物体的反射回波数据；综合信号处理子***，其电性连接数据获取子***，用于对数据获取子***采集的数据进行实时成像处理；显示与控制子***，其电性连接综合信号处理子***，用于对综合信号处理子***的成像结果进行目标检测识别处理，并显示给用户；校准子***，用于数据获取子***中阵列的多通道幅相校准；电源子***，其电性连接数据获取子***、综合信号处理子***和显示与控制子***，用于提供电力。本发明能在高人流量高密度人群中实现高速可靠的成像，极大的提高了***的性价比，使得***在复杂性、性价比、灵活性等多个方面具有很大的优势。

Description

一种E波段毫米波成像安检雷达***
技术领域
本发明涉及一种E波段毫米波成像安检雷达***。
背景技术
毫米波成像安检雷达是一种利用被探测物体散射回波实现高分辨透视成像，并利用毫米波图像检测和识别隐藏携带危险品的新型安检设备。目前主要存在K波段和E波段两种毫米波成像安检雷达。
传统主动毫米波成像安检雷达多采用多个二维稀疏MIMO阵列或是开关线阵扫描方案，在***复杂性、***性价比、***灵活性方面难以取得平衡。二维稀疏MIMO阵列方案虽然***灵活、数据采集快，性能优越，但是***复杂、性价比低；而开关阵列扫描方案虽然***简单、性价比高但是数据采集慢、***不灵活。
E波段毫米波成像安检方法在检测场景的适用范围，检测目标的种类等多个方面具有很大的优势。
发明内容
本发明提供一种E波段毫米波成像安检雷达***，能在高人流量高密度人群中实现高速可靠的成像，极大的提高了***的性价比，使得***在复杂性、性价比、灵活性等多个方面具有很大的优势。
为了达到上述目的，本发明提供一种E波段毫米波成像安检雷达***，包含：
多个数据获取子***，其分别设置在待检物体周围，用于产生E波段毫米波发射至待检物体，并采集待检物体的反射回波数据；
综合信号处理子***，其电性连接数据获取子***，采用通用网络交换机、光纤通信板卡和GPU处理板卡，用于对数据获取子***采集的数据进行实时传输和实时成像处理；
显示与控制子***，其电性连接综合信号处理子***，采用通用的个人电脑PC，用于对综合信号处理子***的成像结果进行目标检测识别处理，并显示给用户；
校准子***，用于数据获取子***中阵列的多通道幅相校准；
电源子***，其电性连接数据获取子***、综合信号处理子***和显示与控制子***，用于提供电力。
所述的数据获取子***包含：机械扫描模块，以及设置在机械扫描模块上的数据采集模块，数据采集模块电性连接综合信号处理子***，机械扫描模块带动数据采集模块进行上下往复运动，实现对待检物体的全方位数据采集。
所述的机械扫描模块包含：
线性马达单轴机器人，其可进行上下往复运动；
信号获取组件固定横梁，其固定设置在线性马达单轴机器人上，用于安装数据采集模块；
驱动器，其用于驱动线性马达单轴机器人。
所述的机械扫描模块的有效行程包含：匀速区、上部加减速区、下部加减速区和校准区，其中匀速区位于行程中央位置，用于成像，上部加减速区和下部加减速区位于行程两端，用于马达启动与停止，校准区域与上部加减速区部分重叠，用于阵列多通道幅相校准。
所述的数据采集模块包含：
天线收发阵列模块，其设置在信号获取组件固定横梁上，包含多个具有发射天线和接收天线的小型MIMO天线子阵，用于发射E波段毫米波，并接收反射回波；
射频模拟模块，其设置在信号获取组件固定横梁上，电性连接天线收发阵列模块，射频模拟模块包含多发多收通用前端芯片，用于产生E波段毫米波发送给发射天线，并对接收天线接收的信号进行混频、滤波和放大处理；
单个小型MIMO天线子阵完成一个多发多收通用前端芯片E波段毫米波的发射和接收，单个多发多收通用前端芯片内的多个发射通道分时工作，多个接收通道同时工作，不同多发多收通用前端芯片采用频分复用波形同时工作，实现数据的快速采集；
数据采集与处理模块，其设置在信号获取组件固定横梁上，电性连接射频模拟模块和综合信号处理子***，用于对射频模拟模块传递的数据进行残余相位校正、通道补偿等预处理后发送给综合信号处理子***。
所述的天线收发阵列模块均匀分布在多块数据获取子板上，所述的射频模拟模块均匀分布在多块数据获取子板上，所述的数据采集与处理模块均匀分布在多块数据获取子板上。
所述的校准子***包含：
标准校准体，位于***顶部中央位置，用于数据获取子***中阵列的多通道幅相校准；
多个小型微波暗箱，位于校准体的四周，包裹标准校准体，用于构筑理想的校准环境，该小型微波暗箱的数量与数据获取子***的数量一致，每个数据获取子***对应一个小型微波暗箱。
本发明通过采用小型MIMO阵列来代替射频开关网络，同时获得了二维稀疏MIMO阵列和开关线阵扫描方案的优点，能在高人流量高密度人群中实现高速可靠的成像，极大的提高了***的性价比；通过采用子***架构，使用通用芯片、板卡和组件，使得***在复杂性、性价比、灵活性等多个方面具有很大的优势。
附图说明
图1是本发明提供的一种E波段毫米波成像安检雷达***的结构示意图。
图2和图3是数据获取子***的结构示意图。
图4是校准子***的结构示意图。
具体实施方式
以下根据图1～图4，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种E波段毫米波成像安检雷达***，包含：
多个数据获取子***5，其分别设置在待检物体周围，用于产生E波段毫米波发射至待检物体，并采集待检物体的反射回波数据；
综合信号处理子***1，其电性连接数据获取子***5，采用通用网络交换机、光纤通信板卡和GPU处理板卡，用于对数据获取子***5采集的数据进行进行实时传输和实时成像处理；
显示与控制子***4，其电性连接综合信号处理子***1，用于对综合信号处理子***的成像结果进行目标检测识别处理，并显示给用户；
校准子***2，用于数据获取子***5中阵列的多通道幅相校准；
电源子***3，其电性连接数据获取子***5、综合信号处理子***1和显示与控制子***4，用于提供电力。
如图2和图3所示，所述的数据获取子***5包含：机械扫描模块9，以及设置在机械扫描模块9上的数据采集模块，每个数据采集模块都电性连接综合信号处理子***1，机械扫描模块9带动多个数据采集模块进行上下往复运动，实现对待检物体的全方位数据采集。
所述的机械扫描模块9包含：
线性马达单轴机器人11，其可进行上下往复运动；
信号获取组件固定横梁10，其固定设置在线性马达单轴机器人11上，用于安装数据采集模块；
驱动器12，其用于驱动线性马达单轴机器人11。
如图2所示，所述的机械扫描模块9的有效行程被划分为四个区域：匀速区、上部加减速区、下部加减速区和校准区，其中匀速区位于行程中央位置，主要用于成像，上部加减速区和下部加减速区位于行程两端，主要用于马达启动与停止，校准区域与上部加减速区部分重叠，用于阵列多通道幅相校准。
如图2和图3所示，所述的数据采集模块包含：
天线收发阵列模块6，其设置在信号获取组件固定横梁10上，包含发射天线和接收天线，用于发射E波段毫米波，并接收反射回波；单个前端芯片内的P个发射通道分时工作，Q个接收通道同时工作，不同前端芯片采用频分复用波形同时工作，实现方位维数据的快速采集；
射频模拟模块7，其设置在信号获取组件固定横梁10上，电性连接天线收发阵列模块6，用于产生E波段毫米波发送给发射天线，并对接收天线接收的信号进行混频、滤波和放大处理；
数据采集与处理模块8，其设置在信号获取组件固定横梁10上，电性连接射频模拟模块7和综合信号处理子***1，用于对射频模拟模块7发送的数据进行Dechirp处理、残余相位校正、通道补偿等预处理后发送给综合信号处理子***1。
如图4所示，所述的校准子***2包含：
标准校准体12，位于***顶部中央位置，用于数据获取子***中阵列的多通道幅相校准；
多个小型微波暗箱11，位于校准体的四周，包裹标准校准体，用于构筑理想的校准环境，该小型微波暗箱11的数量与数据获取子***5的数量一致，每个数据获取子***5对应一个小型微波暗箱11。
在本发明的一个实施例中，采用两个数据获取子***5，单个数据获取子***5包含机械扫描模块9，以及设置在机械扫描模块9上的数据采集模块，数据采集模块包含天线收发阵列模块6、射频模拟模块7和数据采集与处理模块8，其中，天线收发阵列模块6采用微带天线阵列，由96个2发4收的MIMO天线子阵拼接组成，射频模拟模块7采用77GHz的通用2发4收射频前端芯片，数据采集与处理模块8采用FPGA芯片，数据采集模块均匀的分布在12个相同的数据采集子板上，单个数据采集子板由8个MIMO子阵、8块与MIMO子阵一一对应的77GHz射频前端芯片和1块用于数据处理的FPGA构成，12个数据采集子板共同完成方位方向的数据采集和处理。单个通用2发4收射频前端芯片内的2个发射通道分时工作，发射FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波）信号，4个接收通道同时工作，96个不同的前端芯片采用频分复用波形同时工作，实现方位维数据的快速采集。两个数据获取子***5共用同一个标准校准体12，单个数据获取子***5对应一个封闭的小型微波暗箱11。整个成像安检雷达***共用一个电源子***3，其采用通用的电源模块。综合信号处理子***1采用通用网络交换机、光纤通信板卡和GPU处理板卡，网络交换机与光纤通信板卡用于数据传输，GPU处理板卡用于整机的三维成像处理。显示与控制子***4采用通用的个人电脑PC，实现目标的检测识别和显示。
本发明通过采用小型MIMO阵列来代替射频开关网络，同时获得了二维稀疏MIMO阵列和开关线阵扫描方案的优点，能在高人流量高密度人群中实现高速可靠的成像，极大的提高了***的性价比；通过采用子***架构，使用通用芯片、板卡和组件，使得***在复杂性、性价比、灵活性等多个方面具有很大的优势。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，包含：
多个数据获取子***（5），其分别设置在待检物体周围，用于产生E波段毫米波发射至待检物体，并采集待检物体的反射回波数据；
综合信号处理子***（1），其电性连接数据获取子***（5），用于对数据获取子***（5）采集的数据进行实时传输和实时成像处理；
显示与控制子***（4），其电性连接综合信号处理子***（1），用于对综合信号处理子***的成像结果进行目标检测识别处理，并显示给用户；
校准子***（2），用于数据获取子***（5）中阵列的多通道幅相校准；
电源子***（3），其电性连接数据获取子***（5）、综合信号处理子***（1）和显示与控制子***（4），用于提供电力。
2.如权利要求1所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的数据获取子***（5）包含：机械扫描模块（9），以及设置在机械扫描模块（9）上的数据采集模块，数据采集模块电性连接综合信号处理子***（1），机械扫描模块（9）带动数据采集模块进行上下往复运动，实现对待检物体的全方位数据采集。
3.如权利要求2所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的机械扫描模块（9）包含：
线性马达单轴机器人（11），其可进行上下往复运动；
信号获取组件固定横梁（10），其固定设置在线性马达单轴机器人（11）上，用于安装数据采集模块；
驱动器（12），其用于驱动线性马达单轴机器人（11）。
4.如权利要求3所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的机械扫描模块（9）的有效行程包含：匀速区、上部加减速区、下部加减速区和校准区，其中匀速区位于行程中央位置，用于成像，上部加减速区和下部加减速区位于行程两端，用于马达启动与停止，校准区域与上部加减速区部分重叠，用于阵列多通道幅相校准。
5.如权利要求3所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的数据采集模块包含：
天线收发阵列模块（6），其设置在信号获取组件固定横梁（10）上，包含多个具有发射天线和接收天线的小型MIMO天线子阵，用于发射E波段毫米波，并接收反射回波；
射频模拟模块（7），其设置在信号获取组件固定横梁（10）上，电性连接天线收发阵列模块（6），射频模拟模块（7）包含多发多收通用前端芯片，用于产生E波段毫米波发送给发射天线，并对接收天线接收的信号进行混频、滤波和放大处理；
单个小型MIMO天线子阵完成一个多发多收通用前端芯片E波段毫米波的发射和接收，单个多发多收通用前端芯片内的多个发射通道分时工作，多个接收通道同时工作，不同多发多收通用前端芯片采用频分复用波形同时工作，实现数据的快速采集；
数据采集与处理模块（8），其设置在信号获取组件固定横梁（10）上，电性连接射频模拟模块（7）和综合信号处理子***（1），用于对射频模拟模块（7）传递的数据进行残余相位校正、通道补偿等预处理后发送给综合信号处理子***（1）。
6.如权利要求5所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的天线收发阵列模块（6）均匀分布在多块数据获取子板上，所述的射频模拟模块（7）均匀分布在多块数据获取子板上，所述的数据采集与处理模块（8）均匀分布在多块数据获取子板上。
7.如权利要求1所述的E波段毫米波成像安检雷达***，其特征在于，所述的校准子***（2）包含：
标准校准体（12），位于***顶部中央位置，用于数据获取子***中阵列的多通道幅相校准；
多个小型微波暗箱（11），位于校准体的四周，包裹标准校准体，用于构筑理想的校准环境，该小型微波暗箱（11）的数量与数据获取子***（5）的数量一致，每个数据获取子***（5）对应一个小型微波暗箱（11）。
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