CN112946768A - 一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置和方法。该装置通过设置信号模块、采集模块、处理模块、传输模块和显示终端，使得能够被检测物进行探测；该装置采用认知微波雷达技术，发射超宽带脉冲信号，接收目标散射的回波信号，通过对目标回波信号的特征分析，提取典型参数，与已知目标库中的目标回波特征比对，实现对隐藏目标的检测和识别。

Description

一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置和方法

【技术领域】

本发明属于探测装置技术领域，具体涉及一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置和方法。

【背景技术】

非接触隐匿物探测是机场、法院、监狱、看守所、重要会议、重要部位等场所安全防范所需的重要手段。金属安检门是利用电磁感应的原理，利用有交流电通过的线圈，产生迅速变化的磁场。这个磁场能在金属物体内部能感生涡电流。涡电流又会产生磁场，倒过来影响原来的磁场，引发探测器发出鸣声。该类设备性能受外部环境影响较大，探测距离小于0.5m，为避免周围金属物品的影响，需要根据超过要检测的金属物品重量、数量或形状预先设定好的参数值。由于该类设备只能检测是否携带金属物品，不能区分物品种类，误报率和漏报率高，需要人工二次检查；手持金属探测器，需人工配合检查，效率低，而且易侵犯个人隐私。毫米波安检设备是利用毫米波三维成像技术，获取被检人员三维图像，通过图像处理和目标识别技术，检测携带的违禁物品。该类设备可以检出金属和非金属物品，并且能够区分目标的类型，检出率高，误报率低。但是受工作原理限制，探测距离小于0.5m，对检查人的姿势要求较高，占地空间大，价格高。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置和方法，以解决现有技术中缺少轻便、性价比高的非接触隐匿物探测装置的问题。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，包括：

信号模块，用于产生并向待检目标发射超宽带脉冲信号；

采集模块，用于接收被检目标返回的模拟信号，将返回的模拟信号放大，将放大后的模拟信号转换为数字信号；

处理模块，用于对数字信号进行处理，分析并得出被检目标谐振信号特征参数，将谐振特征参数与已有目标物的参数比对，获得检测结果；

传输模块，用于将识别出的检测结果传输至显示终端。

本发明的进一步改进在于：

优选的，所述超宽带脉冲信号的频率范围为50MHz-5GHz。

优选的，所述信号模块连接有发射天线，所述采集模块连接有接收天线。

优选的，所述发射天线为偶极子天线或vivaldi天线，所述接收天线为偶极子天线或vivaldi天线。

优选的，所述采集模块包括接收放大电路和采样电路，所述采样电路采用延时等效采样。

优选的，所述处理模块对采样的回波信号进行数字相关处理，获得被检目标谐振信号；对谐振信号进行余弦变换或小波变换后获得谐振信号的特征参数。

优选的，所述传输模块为无线或有线的数据传输电路。

优选的，所述传输模块连接有显示终端。

一种具有识别能力非接触隐匿物探测方法，包括以下步骤：

步骤1，产生并向待检目标发射超宽带脉冲信号；

步骤2，接收被检目标返回的模拟信号，将返回的模拟信号放大，将放大后的模拟信号转换为数字信号；

步骤3，对数字信号进行处理，分析并得出被检目标谐振信号特征参数，将谐振特征参数与已有目标物的参数比对，获得检测结果；

步骤4，将识别出的检测结果传输至显示终端。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出一种具有识别能力的轻便型非接触隐匿物探测装置。该装置通过设置天线、信号源、采集模块、处理模块、传输模块和显示终端，使得能够对被检测物进行探测；该装置采用认知微波雷达技术，发射超宽带脉冲信号，接收目标散射的回波信号，通过对目标回波信号的特征分析，提取典型参数，与已知目标库中的目标回波特征比对，实现对隐藏目标的检测和识别。该装置是一款高性价比、非侵入性的全身扫描检测装置，具有学习和适应新目标的能力，目标库可实时更新。该装置体积小、重量轻，安装便捷，可用于特定物品携带限制的机场、法院、监狱、看守所、重要会议、重要部位等场所和设施的关键点，也可以与现有的安检通道结合，隐蔽安装。该装置可检测各种类型管制刀具、枪械、手雷、油罐等；检出率大于90％，提供的高性能大大减少了对人员的需求；探测距离可达2m，提供了站开式检测的能力，增加了紧急情况反应时间。该装置可以在PC、移动终端操作，也可以作为本地的专用报警设备。该装置能够设计成便携式的，整体体积小，便于隐蔽安装，也可以多台组网；该装置不产生图像，绝对隐私保护；频率符合国际上安全使用微波带宽的规定；该装置能够实时且自动的返回检测结果，不需人员操作；其比对的目标库可及时更新。本装置在关键点可实时显示人们通过检测区域的情况。根据需求或安装空间要求，设备可以隐蔽或公开安装，也可以朝不同的探测方向安装。

本发明还公开了一种具有识别能力非接触隐匿物探测方法，该方法将超宽带脉冲信号发射至待检目标，接收返回的模拟信号，将返回的信号放大后，将放大的模拟信号转换为数字信号；通过将接收到的数字信号特征参数与目标库中的特征参数进行比对后，获得检测结果，同时将检测结果在终端设备上显示。该方法检测准确率高，效率高，能够实时应用。

【附图说明】

图1为本发明的非接触隐匿物探测装置方法的逻辑框图；

图2为本发明的目标回波信号的结构示意图；

图3为本发明实施例的结构示意图；

图4为本发明实施例的测试结果图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在自然界中，任何导体均有一个固有谐振频率，该频率仅与导体的尺寸和材料特性有关。典型的如：

表1物品的固有频率表

序号	物品	尺寸	一阶固有频率(GHz)
				1	机枪	30-40cm	1.4
2	***	15-20cm	0.6
				3	金属刀	8-20cm	0.6

本发明目的在于提供一种具有识别能力的轻便型非接触式隐匿物探测方法和装置。该方法和装置采用认知微波雷达技术，通过发射频谱覆盖50MHz-5GHz的超宽带脉冲信号，照射待检查目标，对目标散射的回波信号进行特征分析，提取目标的固有谐振频率等特征参数，与已知目标库中的目标回波特征比对，实现对隐藏目标的检测和识别。本装置的工作原理是利用认知微波雷达技术，发射超宽带信号，获取被检物品的回波，通过提取物品的固有谐振频率，来检测和识别物品。

本发明的装置包括天线、信号产生模块、采集模块、处理模块、传输模块和显示终端组成。

参见图1，本发明的信号模块和发射天线连接，采集模块和接收天线连接，采集模块和处理模块连接，处理模块和传输模块连接，传输模块和显示终端连接。

1)天线

天线采用收发分置的双天线配置方式，具体包括发射天线和接收天线，两个天线能够为偶极子天线、vivaldi天线等超宽带天线，工作频率覆盖50MHz-5GHz。

作为优选的方案之一，天线采用偶极子天线。

2)信号源

信号源作为频率源，由超宽带信号产生模块和功放模块组成，产生模块和功放模块连接，完成频谱覆盖50MHz-5GHz的超宽带脉冲信号的产生和发射；其中产生模块用于产生信号，功放模块用于将信号通过发射天线发射出；信号源和发射天线连接。

优选的，超宽带脉冲信号采用雪崩三极管产生，如高斯脉冲，频谱覆盖50MHz-5GHz；照射目标散射回的信号如图2所示，其中，实线部分为发射脉冲照射目标散射回的信号，虚线部分为目标固有的谐振信号。

发射信号以高斯脉冲为例，可以表示为：

式(1)中σ为标准差，反映高斯脉冲的陡峭程度。

则接收到的信号为：

y(t)＝y_E(t)+y_L(t)+n(t) (2)

式(2)中第一项y_E(t)为目标散射回的脉冲信号(实线部分)，第二项y_L(t)为目标固有的谐振信号(虚线部分)，第三项n(t)为接收噪声。

式(3)中，t₀为目标散射回波时延，A为目标散射回波幅度。

式(4)中，m为目标谐振点的个数；a_m，

反映谐振点的幅度和相位，与目标散射特性和照射角度等有关；令s_m＝σ_m+jω_m为谐振参数(与目标尺寸有关，为目标固有特性)，反映谐振信号特征，其中σ_m＝1/τ_m为衰减因子，ω_m＝2πf_m为频率因子(f_m为谐振频率、τ_m为衰减时间)。

3)采集模块

采集模块由接收放大和采样电路组成，接收放大电路和采样电路连接，完成被检目标散射信号的接收、放大，以及模数变换，输出数字信号给后端处理模块。采集模块和接收天线连接。所述散射信号为超宽带脉冲信号经目标散射回的信号。

优选的，采样电路采用延时等效采样原理，完成超宽带脉冲信号的采集，得到y(t)。

4)处理模块

处理模块由ARM、CPU、GPU或DSP等处理器组成，完成被检目标回波y(t)中固有谐振信号y_L(t)的特征检测，通过模式识别、机器学习、深度学习等方法实现物品的识别。

优选的，处理电路采用英伟达公司的TX2系列GPU处理器。首先采用数字相关处理等方法，从式(2)中检测出目标的谐振信号y_L(t)；再对提取出的谐振信号y_L(t)进行处理(可以采用余弦变换或者小波变换或者奇点展开法，也可以采用机器学习、深度学习等方法)，分析并得出谐振信号特征参数，所述特征参数为谐振频率f_m和衰减时间τ_m；然后将获得的特征参数与目标数据库中存储的已知目标特征参数比对，识别出待检目标，并给出待检目标的类型和可信度，所述可信度为被检物与目标库中物品的相似程度；最后将检测结果发送至传输模块。该处理模块中设置有目标数据库，且该目标数据库能够进行更新调整，使得整个装置能够适用于多种场景。被检物如果是原目标库中没有的，检测显示为无目标。如后续需检测，需要将该目标特征添加进目标库中。

5)传输模块

传输模块由无线/有线传输电路组成，将被检目标检测结果，传输至指定的显示终端，有线的方式为USB，无线的方式为蓝牙或WIFI，实现与显示终端的连接。

6)显示终端

显示终端显示被检目标的检测结果，可以采用固定工位显示器显示，也可以通过网络在移动终端显示。优选的，显示终端选用手机或固定显示器，实现探测区域被检人员的检测结果反馈和统计。

根据安装空间，本装置内的各组成部分可配置于一个盒子内，也可分布配置在不同的部位；也可与视频监测设备配合使用。

作为优选的方案之一，本发明的所有装置制作称为一个便携式的装置，该装置包括盒体，盒体的内部设置有主机，盒体的外部设置有显示终端、发射天线和接收天线。所述主机包括信号源、采集模块、处理模块和传输模块组成。

本发明还公开了一种具有识别能力非接触隐匿物探测方法，该方法包括以下步骤：

S1、信号源通过发射天线朝向被检测目标发射超宽带脉冲信号；

S2、接收模块接收目标散射信号，并放大；采集模块对放大后的信号进行模数转换，将转换后的数字信号传递至处理模块；

S3、处理模块对数字信号进行相关处理，检测出目标固有的谐振信号，再对提取出的谐振信号进行余弦变换或者小波变换，分析并得出谐振信号特征参数(谐振频率、衰减时间等)；然后与目标库中存储的已知目标比对，识别出待检目标，将检测结果发送至传输模块；

S4、传输模块将检测结果传输至显示终端，显示终端显示检测结果(携带物品类型及可信度)。

实施例

参见图3，将该装置主机放置在会议室门后，天线朝向会议室入口，通过检测，显示终端显示结果如图4所示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，包括：

信号模块，用于产生并向待检目标发射超宽带脉冲信号；

采集模块，用于接收被检目标返回的模拟信号，将返回的模拟信号放大，将放大后的模拟信号转换为数字信号；

处理模块，用于对数字信号进行处理，分析并得出被检目标谐振信号特征参数，将谐振特征参数与已有目标物的参数比对，获得检测结果；

传输模块，用于将识别出的检测结果传输至显示终端。

2.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述超宽带脉冲信号的频率范围为50MHz-5GHz。

3.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述信号模块连接有发射天线，所述采集模块连接有接收天线。

4.根据权利要求3所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述发射天线为偶极子天线或vivaldi天线，所述接收天线为偶极子天线或vivaldi天线。

5.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述采集模块包括接收放大电路和采样电路，所述采样电路采用延时等效采样。

6.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述处理模块对采样的回波信号进行数字相关处理，获得被检目标谐振信号；对谐振信号进行余弦变换或小波变换后获得谐振信号的特征参数。

7.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述传输模块为无线或有线的数据传输电路。

8.根据权利要求1所述的一种具有识别能力非接触隐匿物探测装置，其特征在于，所述传输模块连接有显示终端。

9.一种具有识别能力非接触隐匿物探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，产生并向待检目标发射超宽带脉冲信号；

步骤2，接收被检目标返回的模拟信号，将返回的模拟信号放大，将放大后的模拟信号转换为数字信号；

步骤3，对数字信号进行处理，分析并得出被检目标谐振信号特征参数，将谐振特征参数与已有目标物的参数比对，获得检测结果；

步骤4，将识别出的检测结果传输至显示终端。

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