FR2944605A1 - DEVICE FOR DETECTING OBJECTS INCLUDING, IN PARTICULAR, AN INDIVIDUAL - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne un dispositif de détection d'objets. Elle s'applique notamment pour la détection d'armes ou d'explosifs portés par des personnes. Le dispositif placé sur un individu, comporte au moins un émetteur (2) d'un signal hyperfréquence et au moins deux récepteurs (1, 1') chacun en rotation autour d'un axe donné, lesdits récepteurs (1, 1') étant isolés entre eux et aptes à recevoir un signal réfléchi par ledit objet (35), une séquence d'émission et de réception comprenant l'émission d'un signal (370, 371) en direction du porteur pour plusieurs positions (j) d'un des récepteurs (1, 1') sur son cercle de rotation (30), une image radar étant formée pour chaque séquence d'émission et de réception à partir des signaux reçus (361, 371) par le récepteur.The present invention relates to an object detection device. It applies in particular for the detection of weapons or explosives worn by persons. The device placed on an individual, comprises at least one transmitter (2) of a microwave signal and at least two receivers (1, 1 ') each in rotation about a given axis, said receivers (1, 1') being isolated from each other and adapted to receive a signal reflected by said object (35), a transmission and reception sequence comprising transmitting a signal (370, 371) towards the carrier for several positions (j) of one of the receivers (1, 1 ') on its rotation circle (30), a radar image being formed for each transmission and reception sequence from the received signals (361, 371) by the receiver.
Description
Dispositif de détection d'objets, notamment portés par un individu La présente invention concerne un dispositif de détection d'objets. Elle s'applique notamment pour la détection d'armes ou d'explosifs portés par des personnes. The present invention relates to a device for detecting objects. It applies in particular for the detection of weapons or explosives worn by persons.
La sécurité des biens et des personnes nécessite des outils de plus en plus performants en regard des menaces potentiellement toujours plus nombreuses et plus destructrices. Des dispositifs de sécurité, en particulier de détection d'armes ou d'explosifs doivent ainsi être installés dans les lieux publics tels que notamment les aéroports, les gares, les stations de métro, les lieux de conférences ou de salon, les palais de justice ou encore les ambassades. Une solution de détection connue utilise un scanner passif qui capte les radiations électromagnétiques, notamment dans la bande de fréquences W. Le scanner analyse l'image thermique et affiche sur l'écran d'un utilisateur l'emplacement de l'élément à risque détecté. En effet, le corps d'une personne émet beaucoup des radiations dans cette bande de fréquences fonction de la température de l'objet à détecter. Le scanner peut ainsi détecter le contraste en température avec des objets ayant une constitution différente, fabriqués en métal, plastique, céramique ou encore en matériau composite, et qui sont souvent utilisés pour la fabrication d'armes ou d'explosifs. Ces objets contrastent fortement avec l'image de la personne. Une autre solution connue est un scanner électronique, actif, qui fonctionne selon un procédé d'holographie. De tels dispositifs, passifs ou actifs, sont coûteux et complexes. Ils ne peuvent donc pas être installés en grande quantité, notamment dans les lieux publics dont les conditions de sécurités nécessitent de quelques centaines d'équipements à plusieurs milliers. The security of goods and people requires increasingly powerful tools against potentially more numerous and more destructive threats. Security devices, in particular for the detection of weapons or explosives, must thus be installed in public places, such as, in particular, airports, railway stations, metro stations, conference or exhibition venues, courthouses or embassies. A known detection solution uses a passive scanner that captures electromagnetic radiation, especially in the frequency band W. The scanner analyzes the thermal image and displays on the screen of a user the location of the detected risk element. . Indeed, the body of a person emits a lot of radiation in this frequency band depending on the temperature of the object to be detected. The scanner can thus detect the contrast in temperature with objects having a different constitution, made of metal, plastic, ceramic or composite material, and which are often used for the manufacture of weapons or explosives. These objects strongly contrast with the image of the person. Another known solution is an active electronic scanner, which operates according to a holography process. Such devices, passive or active, are expensive and complex. They can not be installed in large quantities, especially in public places whose security conditions require a few hundred equipment to several thousand.
Un but de l'invention est notamment de permettre la réalisation d'un dispositif de détection d'objets, représentés par un ou plusieurs dièdres, efficace et économique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de détection d'au moins un objet placé sur un porteur, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un émetteur d'un signal hyperfréquence et au moins deux récepteurs chacun en rotation autour d'un axe donné, lesdits récepteurs étant isolés entre eux et aptes à recevoir un signal réfléchi par ledit objet, une séquence d'émission et de réception comprenant l'émission d'un signal en direction du porteur pour plusieurs positions d'un des récepteurs sur son cercle de rotation, une image radar étant formée pour chaque séquence d'émission et de réception à partir des signaux par le récepteur. An object of the invention is notably to allow the realization of a device for detecting objects, represented by one or more dihedrons, effective and economical. For this purpose, the invention relates to a device for detecting at least one object placed on a carrier, characterized in that it comprises at least one transmitter of a microwave signal and at least two receivers each rotating around of a given axis, said receivers being isolated from each other and able to receive a signal reflected by said object, a transmission and reception sequence comprising the transmission of a signal towards the wearer for several positions of one of the receivers on its circle of rotation, a radar image being formed for each transmission and reception sequence from the signals by the receiver.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à l'aide de la description qui suit, faite en regard de dessins annexés qui représentent : la figure la, une illustration du principe de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention ; la figure lb, une illustration du principe de formation d'une image à partir des différentes positions angulaires des antennes de réception ; - les figures 2a et 2b, un exemple de réalisation d'un disque équipé de moyens de réception pouvant être utilisé dans un dispositif selon l'invention la figure 3, un premier mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention ; - la figure 4, un exemple de réalisation de la partie fixe et de la partie 20 mobile d'un circuit d'émission et de réception d'un dispositif selon l'invention les figures 5a à 5f, une illustration des différentes séquences d'émission et de réception possible ainsi que le principe de l'analyse polarimétrique utilisée dans un dispositif selon l'invention ; 25 la figure 6a, une illustration d'une mesure du vecteur vitesse d'un objet porté par un individu ; la figure 6b, un exemple de réalisation d'un circuit de redressement d'un signal basse fréquence passant par un joint tournant ; la figure 7, un autre mode de réalisation possible d'un dispositif selon 30 l'invention - la figure 8, un exemple de réalisation d'une source d'émission pour le dispositif illustré par la figure 7. Other features and advantages of the invention will become apparent with the aid of the description which follows, given with reference to the appended drawings which represent: FIG. 1a, an illustration of the principle of operation of a device according to the invention; Figure lb, an illustration of the principle of forming an image from the different angular positions of the receiving antennas; FIGS. 2a and 2b, an exemplary embodiment of a disk equipped with reception means that can be used in a device according to the invention; FIG. 3, a first possible embodiment of a device according to the invention; FIG. 4, an exemplary embodiment of the fixed part and the mobile part of a transmission and reception circuit of a device according to the invention; FIGS. 5a to 5f, an illustration of the various sequences of FIG. transmission and reception possible as well as the principle of polarimetric analysis used in a device according to the invention; Figure 6a, an illustration of a measurement of the velocity vector of an object carried by an individual; Figure 6b, an exemplary embodiment of a rectifying circuit of a low frequency signal passing through a rotary joint; FIG. 7, another possible embodiment of a device according to the invention - FIG. 8, an exemplary embodiment of a transmission source for the device illustrated in FIG. 7.
La figure la illustre le principe de fonctionnement d'un dispositif selon l'invention. Un dispositif selon l'invention comporte au moins deux disques en rotation, par exemple du type du disque 10 illustré par la figure 1. Le disque 10 comporte un récepteur hyperfréquence 1 en rotation autour d'un point sur lequel est situé un émetteur hyperfréquence 2. Ce dispositif produit donc un faisceau de réception 3 en rotation autour d'un faisceau d'émission 4, d'origine fixe au centre du disque 10. Un signal est émis en direction par exemple d'un individu par l'émetteur 2 pour plusieurs positions angulaires j du récepteur. Les signaux réfléchis par des point k d'un objet éventuellement porté par l'individu et reçus par le récepteur aux positions angulaires j précitées sont fournies à des moyens de traitement pour former une image radar. Le récepteur 1 est par exemple fixé sur le disque 10 adapté pour se mouvoir en rotation, de préférence à faible moment d'inertie. L'émetteur 2 est par exemple fixée sur l'axe de rotation du disque 10, de façon à tourner par exemple sur lui-même. La demande de brevet français déposée sous le n°07 07968 décrit l'utilisation d'un tel disque 10 pour la détection d'objets. Figure la illustrates the operating principle of a device according to the invention. A device according to the invention comprises at least two rotating disks, for example of the type of the disk 10 illustrated in FIG. 1. The disk 10 comprises a microwave receiver 1 rotating around a point on which a microwave transmitter 2 is located. This device therefore produces a receiving beam 3 rotating around a transmission beam 4, of fixed origin at the center of the disk 10. A signal is emitted in the direction of, for example, an individual by the transmitter 2 for several angular positions of the receiver. The signals reflected by points k of an object possibly carried by the individual and received by the receiver at the aforementioned angular positions are supplied to processing means to form a radar image. The receiver 1 is for example fixed on the disk 10 adapted to move in rotation, preferably at low moment of inertia. The transmitter 2 is for example fixed on the axis of rotation of the disk 10, so as to turn for example on itself. The French patent application filed under No. 07 07968 describes the use of such a disc 10 for the detection of objects.
La figure 1 b précise le fonctionnement du dispositif de la figure 1 pour la détection des formes des objets à détecter. La figure 1 b présente donc le récepteur 1 en rotation, la sur un cercle 30 de diamètre D = 2R. A intervalles de temps réguliers AT définissant un pas d'angle Au entre deux positions successives du récepteur 1 sur le cercle 30, un signal est émis par l'émetteur 2. FIG. 1b specifies the operation of the device of FIG. 1 for detecting the shapes of the objects to be detected. Figure 1b thus shows the receiver 1 in rotation, the on a circle 30 of diameter D = 2R. At regular time intervals AT defining an angle pitch Au between two successive positions of the receiver 1 on the circle 30, a signal is emitted by the transmitter 2.
Un ensemble de récepteurs disposés le long du cercle 30 est alors reconstitué dans le temps comme dans une application de type SAR notamment, permettant ainsi la détection de formes simples. En effet, à partir des points brillants détectés, une reconstitution de signal est effectuée permettant de détecter notamment des dièdres de faibles dimensions. Même s'il n'est pas toujours possible de reconstituer la forme entière d'un objet comportant le ou les dièdres détectés, cela n'est pas gênant pour l'application pratique de l'invention. En effet, la détection d'un ou plusieurs dièdres réfléchissant pourra être considérée comme un indice sérieux de suspicion pour engager par exemple une fouille plus approfondie de l'individu les portant. A set of receivers arranged along the circle 30 is then reconstituted in time as in a particular SAR type application, thus allowing the detection of simple shapes. Indeed, from the detected bright spots, a signal reconstruction is performed to detect particular dihedral small dimensions. Although it is not always possible to reconstruct the entire shape of an object having the detected dihedral or dihedral, this is not a problem for the practical application of the invention. Indeed, the detection of one or more reflective dihedra can be considered as a serious indication of suspicion to engage for example a more thorough search of the individual wearing them.
Un point brillant est ici un point ou une surface élémentaire réfléchissant les ondes électromagnétiques. La figure 1 b illustre la détection d'un point brillant k par réflexion d'un signal émis puis reçu par le récepteur 1 à une position j sur le cercle 30. Le point brillant k est à la distance ri de la source d'émission et à une distance r2 du récepteur. Le signal se émis en ce point est défini par son amplitude A et sa phase (p, se peut donc être donné par la relation suivante : Se = ii2JG (1) Le signal réfléchi reçu par le récepteur 1 subit le déphasage A(p suivant : Aq _ eùJK(r,+r2)ej2tr.fdt (2) où K = 2n/7 , ?, étant la longueur de l'onde émise et fd correspond au Doppler de la personne en mouvement, ce Doppler étant fonction du point d'analyse compte tenu des angles d'incidence et de réflexion. fd est égal à (2itRN/X)cos0(ri), N étant le nombre de tours par seconde et 0(rl) l'angle du point brillant et de la tangente au cercle au point de réception. A bright spot is here a point or an elementary surface reflecting the electromagnetic waves. FIG. 1b illustrates the detection of a bright spot k by reflection of a signal transmitted then received by the receiver 1 at a position j on the circle 30. The bright spot k is at the distance ri of the emission source and at a distance r2 from the receiver. The signal emitted at this point is defined by its amplitude A and its phase (p, can therefore be given by the following relation: Se = ii2JG (1) The reflected signal received by the receiver 1 undergoes the phase shift A (p following : Aq _ eiJK (r, + r2) ej2tr.fdt (2) where K = 2n / 7,?, Being the length of the emitted wave and fd corresponds to the Doppler of the moving person, this Doppler being a function of the point the angle of incidence and reflection, fd equals (2itRN / X) cos0 (ri), where N is the number of revolutions per second and 0 (r1) the angle of the bright spot and the tangent to the circle at the point of reception.
La phase et l'amplitude du signal reçu sont mesurées en chaque point de réception j du cercle 30. Cette mesure est notamment fonction du gain à l'émission, l'amplitude A du signal émis, et du gain à la réception. L'utilisation d'une polarisation circulaire permet une analyse des deux polarisations réfléchies par la surface équivalente radar SERi,k au point k. The phase and amplitude of the received signal are measured at each reception point j of the circle 30. This measurement is in particular a function of the gain on transmission, the amplitude A of the transmitted signal, and the gain on reception. The use of a circular polarization allows an analysis of the two polarizations reflected by the radar equivalent surface SERi, k at the point k.
Cette analyse, effectuée par exemple par les moyens de traitement équipant l'unité 23, permet de distinguer les dièdres des surfaces de réflexion planes, ou d'autres formes comme les trièdres. Les dièdres ou les discontinuités sont des éléments qui permettent d'identifier des objets, car ils délimitent notamment les objets. This analysis, carried out for example by the processing means equipping the unit 23, makes it possible to distinguish the dihedrons from the plane reflection surfaces, or other forms such as trihedrons. The dihedrons or the discontinuities are elements which make it possible to identify objects, because they delimit particular objects.
La détection est bi statique dans la mesure où la source d'émission 2 n'est pas située au même endroit que la réception 1. Un élément d'objet situé au point k présente une surface équivalente radar SERi,k bi statique. Cette surface est dépendante de la polarisation. Son analyse permet de définir s'il s'agit ou non d'un dièdre. The detection is bi-static insofar as the emission source 2 is not located at the same place as the reception 1. An object element located at the point k has a radar equivalent surface SERi, k bi static. This surface is dependent on polarization. His analysis makes it possible to define whether or not it is a dihedron.
Les surfaces équivalentes radar SERi,k qui sont analysées sont de l'ordre de quelques centimètres carrés à quelques dizaines de centimètres carrés. Elles reflètent en fait les dimensions des objets que l'on cherche à détecter. The radar equivalent surfaces SERi, k which are analyzed are of the order of a few square centimeters to a few tens of square centimeters. They actually reflect the dimensions of the objects that one seeks to detect.
Les figures 2a et 2b présentent respectivement une vue en coupe et une vue de face d'un exemple particulier de réalisation d'un disque du type de celui de la figure 1 et des moyens de traitement associés. Le disque 10 est par exemple réalisé dans un matériau du type DVD, ou disque laser, ayant avantageusement un moment d'inertie faible. Son diamètre peut être de l'ordre de 20 à 60 centimètres par exemple. Le diamètre dépend notamment de la distance du récepteur 1 au centre. Le disque 10 est entraîné en rotation classiquement par un moteur 20. Ce moteur est par exemple un moteur synchrone sans balais dit Brushless . Il est monté sur le disque. La vitesse de rotation peut aller de quelques tours par secondes jusqu'à quelques dizaines de tours par seconde. La vitesse de rotation peut être contrôlée par un asservissement, utilisant par exemple des capteurs à effet Hall ou des capteurs laser pour capter la position angulaire du disque. L'énergie électrique est fournie au moteur 20 par un bloc d'alimentation électrique 26. Figures 2a and 2b respectively show a sectional view and a front view of a particular embodiment of a disc of the type of Figure 1 and associated processing means. The disc 10 is for example made of a material of the DVD type, or laser disc, advantageously having a low moment of inertia. Its diameter may be of the order of 20 to 60 centimeters for example. The diameter depends in particular on the distance from the receiver 1 to the center. The disk 10 is rotated conventionally by a motor 20. This motor is for example a Brushless brushless synchronous motor. It is mounted on the disc. The speed of rotation can go from a few turns per second to a few tens of revolutions per second. The rotational speed can be controlled by servocontrol, using for example Hall effect sensors or laser sensors to sense the angular position of the disc. The electrical energy is supplied to the motor 20 by a power supply unit 26.
A proximité de l'émetteur, près du centre du disque 10, sont par exemple fixés une partie des circuits d'émission et les circuits de réception 21 qui seront décrits par la suite. Les circuits de réception comportent des convertisseurs analogique-numérique qui convertissent les signaux reçus au format numérique. Ces derniers sont ensuite envoyés par exemple par une liaison sans fil 28, type WiFi, ou via un collecteur tournant, vers une unité centrale 23 qui peut être un ordinateur équipé des moyens nécessaires au traitement et à l'analyse des signaux reçus. Cette unité centrale 23 comporte des moyens de traitement aptes à calculer l'image radar à partir des signaux issus des différentes positions angulaires du récepteur. In the vicinity of the transmitter, near the center of the disk 10, are for example fixed part of the transmission circuits and the reception circuits 21 which will be described later. The receiving circuits include analog-to-digital converters that convert the received signals to digital format. These are then sent for example via a wireless link 28, WiFi type, or via a rotating collector, to a central unit 23 which may be a computer equipped with the means necessary for the processing and analysis of the received signals. This central unit 23 comprises processing means capable of calculating the radar image from the signals coming from the various angular positions of the receiver.
Dans un mode de réalisation particulier, le dispositif peut contenir deux récepteurs 2, l'un étant par exemple situé à la périphérie du disque et l'autre à une distance plus proche du centre. Cela donne des angles d'observation légèrement différents, ce qui a notamment pour effet d'améliorer le rapport signal sur bruit en décorrélant les lobes secondaires d'antenne du lobe principal. Un commutateur relie entre les antennes de réception de chacun des deux récepteurs pour permettre l'utilisation de l'un ou de l'autre récepteur. In a particular embodiment, the device may contain two receivers 2, one being for example located at the periphery of the disk and the other at a distance closer to the center. This gives slightly different angles of observation, which notably has the effect of improving the signal-to-noise ratio by decorrelating the antenna side lobes of the main lobe. A switch connects between the receiving antennas of each of the two receivers to allow the use of either receiver.
La figure 3 illustre un premier mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention. Le dispositif comporte deux disques 10, 10' en rotation, du type de celui illustré par les figures 1, 2a et 2b. Les faisceaux de réception 3, 3' des deux disques sont donc en rotation chacun autour du centre de leurs disques respectifs 10, 10', chaque centre comportant l'émetteur 2, 2'. L'exemple de réalisation de la figure 3 comporte deux disques, il est possible de prévoir d'autre exemples de réalisation comportant trois, quatre disques ou plus. Chaque émetteur est alimenté par une voie hyperfréquence 31, 31', un guide d'onde hyperfréquence. Chaque voie est reliée à un VCO 32 fixe par l'intermédiaire d'un isolateur 33, 33' fixe lui-aussi. Les deux voies sont donc isolées entre elles par les isolateurs 33, 33'. Le composant VCO, acronyme de l'expression anglo-saxonne Voltage Control Oscillator effectue le contrôle de la fréquence d'émission fournie à l'émetteur, en particulier il commande la modulation de fréquence. Chaque émetteur 2, 2', en rotation avec son disque, est reliée à sa voie hyperfréquence 31, 31' par l'intermédiaire d'un joint, ou collecteur, tournant 34, 34'. FIG. 3 illustrates a first possible embodiment of a device according to the invention. The device comprises two rotatable discs 10, 10 'of the type illustrated in FIGS. 1, 2a and 2b. The reception beams 3, 3 'of the two disks are thus in rotation each around the center of their respective disks 10, 10', each center comprising the emitter 2, 2 '. The embodiment of Figure 3 comprises two discs, it is possible to provide other embodiments having three, four or more discs. Each transmitter is powered by a microwave channel 31, 31 ', a microwave waveguide. Each channel is connected to a fixed VCO 32 via an insulator 33, 33 'fixed itself too. The two paths are therefore isolated from each other by insulators 33, 33 '. The component VCO, acronym for the English expression Voltage Control Oscillator controls the transmit frequency supplied to the transmitter, in particular it controls the frequency modulation. Each transmitter 2, 2 ', in rotation with its disk, is connected to its microwave channel 31, 31' via a joint, or commutator, rotating 34, 34 '.
La figure 4 présente le schéma d'un exemple de réalisation de l'émetteur/récepteur d'un disque. L'émetteur 2 comporte une partie fixe 41. Cette partie fixe comporte le VCO 32 commun avec les autres émetteurs, l'isolateur 33 et le joint tournant 34, ce dernier permettant de guider les signaux hyperfréquence fournis par le VCO à la partie mobile 21 située sur le disque en rotation. En sortie du collecteur tournant le signal hyperfréquence est amplifié au moyen par exemple de deux multiplieurs 42, 43. En sortie du deuxième multiplieur 43 le signal est transmis à une antenne d'émission 44 située par exemple sensiblement au centre du disque, ou le plus près possible du centre du disque en fonction des contraintes du mécanisme de rotation. L'antenne d'émission 44 émet selon une polarisation, circulaire droite ou circulaire gauche. La partie réception, incluse dans la partie mobile 21 comporte une antenne 35 de réception 450 pour la polarisation circulaire droite et une antenne de réception 451 pour la polarisation circulaire gauche. La réception étant du type homodyne, La sortie de chaque antenne est reliée à une entrée d'un mélangeur hyperfréquence 460, 461, l'autre entrée recevant une fréquence intermédiaire fournie par un circuit fixé sur le disque et non représenté, un tel circuit étant bien connu. Les signaux de réception, en sortie des mélangeurs, sont transposés en bande de base puis transmis via le collecteur tournant 34 à la partie fixe vers des moyens de traitement. Dans un autre mode de réalisation, les signaux de réception peuvent être numérisés puis transmis via la liaison Wifi précédemment décrite à des moyens de traitement, ou par tout autre moyen de transmission sans fil. Les lignes hyperfréquence reliant les différents composants 42, 43, 450, 460, 451, 461 de la partie mobile 21 de l'émetteur/récepteur, y compris le collecteur tournant 34, sont par exemple réalisées en lignes microruban encore appelées microstrip . Figure 4 shows the diagram of an exemplary embodiment of the transmitter / receiver of a disk. The transmitter 2 comprises a fixed part 41. This fixed part comprises the common VCO 32 with the other emitters, the insulator 33 and the rotary joint 34, the latter making it possible to guide the microwave signals supplied by the VCO to the mobile part 21 located on the rotating disk. At the output of the rotating collector, the microwave signal is amplified by means, for example, of two multipliers 42, 43. At the output of the second multiplier 43, the signal is transmitted to a transmitting antenna 44 located for example substantially in the center of the disc, or the most near the center of the disc depending on the constraints of the rotation mechanism. The transmitting antenna 44 transmits in a polarization, circular right or circular left. The reception part, included in the mobile part 21 comprises a reception antenna 450 for the right circular polarization and a receiving antenna 451 for the left circular polarization. The reception being of the homodyne type, the output of each antenna is connected to an input of a microwave mixer 460, 461, the other input receiving an intermediate frequency supplied by a circuit fixed on the disk and not shown, such a circuit being well known. The reception signals, at the output of the mixers, are transposed into baseband and then transmitted via the rotating collector 34 to the fixed part to processing means. In another embodiment, the reception signals can be digitized and transmitted via the Wi-Fi connection previously described to processing means, or by any other means of wireless transmission. The microwave lines connecting the various components 42, 43, 450, 460, 451, 461 of the mobile part 21 of the transceiver, including the rotary collector 34, are for example made in microstrip lines also called microstrip.
On revient à la figure 3 pour décrire le fonctionnement du dispositif représenté. Une cible 35, un élément d'objet par exemple, est éclairé par les faisceaux d'émission des deux antennes 2, 2', cet élément réfléchissant un signal en direction des récepteurs 1, 1'. La figure 3 illustre le mode d'émission du dispositif. L'émission se fait de manière séquencée. La figure 3 présente deux séquences d'émission et réception. Les flèches 360, 361 en trait discontinu illustre une première séquence et les flèches 370, 371 en trait plein illustrent une deuxième séquence. Dans la première séquence l'émetteur 2 du premier disque 10 émet un signal d'émission 360 vers la cible 35 qui réfléchit un signal 361 vers le récepteur 1' du deuxième disque 10'. Dans l'autre séquence, l'émetteur 2' du deuxième disque 10' émet un signal d'émission 370 vers la cible 35 qui réfléchit un signal 371 vers le récepteur 1 du premier disque 10. Le fait de disposer de plusieurs disques 10, 10', deux dans l'exemple de la figure 3, alimentés par un même VCO 32 en partie fixe, permet la multiplication des images puisqu'il est alors possible d'émettre par l'un des disques et de recevoir sur les deux antennes de réception 450, 451 de l'autre disque tout en conservant le fonctionnement décrit dans la demande de brevet français n°07 07968, le nombre d'images obtenues pouvant être égal à 8. Return to Figure 3 to describe the operation of the device shown. A target 35, an object element for example, is illuminated by the emission beams of the two antennas 2, 2 ', this element reflecting a signal towards the receivers 1, 1'. Figure 3 illustrates the transmission mode of the device. The broadcast is done sequentially. Figure 3 shows two transmission and reception sequences. The arrows 360, 361 in broken lines illustrate a first sequence and the arrows 370, 371 in solid lines illustrate a second sequence. In the first sequence the transmitter 2 of the first disk 10 transmits a transmission signal 360 to the target 35 which reflects a signal 361 to the receiver 1 'of the second disk 10'. In the other sequence, the transmitter 2 'of the second disk 10' transmits a transmission signal 370 to the target 35 which reflects a signal 371 to the receiver 1 of the first disk 10. The fact of having several disks 10, 10 ', two in the example of Figure 3, powered by a same VCO 32 in fixed part, allows the multiplication of images since it is possible to emit by one of the disks and receive on both antennas receiving 450, 451 of the other disc while retaining the operation described in French Patent Application No. 07 07968, the number of images obtained can be equal to 8.
Les figures 5a, 5b, 5c, 5d illustrent les différentes séquences d'émission/réception possibles pour un dispositif tel qu'illustré par la figure 3. L'émetteur du premier disque 10 est noté E1, l'émetteur du deuxième disque 10 étant noté E2. Les antennes de réception du premier disque 10 sont notées R11 et R12. Les antennes de réception du premier disque 10' sont notées R21 et R22. Les antennes de réception sont par exemple situées diamétralement opposées à la périphérie des disques 10, 10'. L'émission est en polarisation circulaire droite et la réception sur chaque disque se fait par deux antennes, l'une recevant en polarisation circulaire droite et l'autre recevant en polarisation circulaire gauche. L'émission pourrait aussi se faire en polarisation circulaire gauche. Les figures 5e et 5f illustrent le principe de l'analyse polarimétrique. La figure 5e montre l'émission d'une onde circulaire droite 100 réfléchie par un dièdre 351, l'onde réfléchie reçue conserve la polarisation circulaire droite 101. Dans ce cas l'antenne de réception reçoit le signal réfléchi sur sa voie de polarisation circulaire droite 450. La figure 5f montre l'émission d'une onde circulaire droite 100 réfléchie par une surface plane 352, l'onde réfléchie a une polarisation inversée, circulaire gauche 102. Dans ce cas, l'antenne de réception reçoit le signal réfléchi sur sa voie de polarisation circulaire gauche 452. La détection selon l'une ou l'autre voie permet ainsi de détecter la nature de la surface réfléchissante. Les deux réponses d'une cible à une émission en polarisation circulaire droite sont donc : une réponse en polarisation circulaire inversée, ici circulaire gauche 25 caractérise la détection d'une plaque plane ou d'un trièdre ; une réponse en polarisation circulaire droite caractérise un dièdre. FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d illustrate the different possible transmission / reception sequences for a device as illustrated in FIG. 3. The emitter of the first disk 10 is denoted E1, the transmitter of the second disk 10 being noted E2. The receiving antennas of the first disk 10 are denoted R11 and R12. The receiving antennas of the first disk 10 'are denoted R21 and R22. The receiving antennas are for example located diametrically opposite to the periphery of the disks 10, 10 '. The emission is in right circular polarization and the reception on each disk is done by two antennas, one receiving in right circular polarization and the other receiving in left circular polarization. The emission could also be done in left circular polarization. Figures 5e and 5f illustrate the principle of polarimetric analysis. FIG. 5e shows the emission of a right circular wave 100 reflected by a dihedron 351, the received reflected wave retains the right circular polarization 101. In this case the receiving antenna receives the signal reflected on its circular polarization path 450. FIG. 5f shows the emission of a right circular wave 100 reflected by a plane surface 352, the reflected wave has a left circular inverted polarization 102. In this case, the receiving antenna receives the reflected signal. on its left circular polarization path 452. The detection according to one or the other way thus makes it possible to detect the nature of the reflecting surface. The two responses of a target to a transmission in right circular polarization are therefore: an inverse circular polarization response, here circular left characterizes the detection of a plane plate or a trihedron; a right circular polarization response characterizes a dihedron.
Les figures 5a et 5c présentent les séquences d'émission et de réception déjà illustrées à la figure 3. La figure 5a montre l'émission de l'émetteur E1 30 du premier disque 10 vers la cible 35 et la réception par les deux antennes R21 et R22 du deuxième disque 10'. La figure 5c montre l'émission de l'émetteur E2 du deuxième disque 10' vers la cible 35 et la réception par les deux antennes R11 et R12 du premier disque 10. FIGS. 5a and 5c show the transmission and reception sequences already illustrated in FIG. 3. FIG. 5a shows the transmission of the transmitter E1 30 of the first disk 10 towards the target 35 and the reception by the two antennas R21. and R22 of the second disk 10 '. FIG. 5c shows the transmission of the emitter E2 of the second disk 10 'towards the target 35 and the reception by the two antennas R11 and R12 of the first disk 10.
Dans le processus de formation de l'image, l'image est formée à partir des signaux réfléchis reçus par les récepteurs aux positions angulaires j d'un disque pour une émission issue de l'autre disque. Les figures 5b et 5d présentent des séquences d'émission et de réception faisant intervenir un seul disque. Ainsi, la figure 5b montre l'émission de l'émetteur El du premier disque 10 vers la cible 35 et la réception par les deux antennes Rll et R12de ce premier disque. La figure 5d montre l'émission de l'émetteur E2 du deuxième disque 10' vers la cible 35 et la réception par les deux antennes R21 et R22 de ce deuxième disque. Dans ce cas, le processus pour obtenir une image est analogue à celui décrit dans le principe de fonctionnement de la figure 1 avec un seul disque 10. Chaque séquence permet d'obtenir deux images, une image pour la réception en polarisation circulaire droite 450 et une image pour la polarisation circulaire gauche 451. Les quatre séquences des figures 5a, 5b, 5c et 5d permettent donc d'obtenir huit images. In the image formation process, the image is formed from the reflected signals received by the receivers at the angular positions of one disk for transmission from the other disk. Figures 5b and 5d show transmission and reception sequences involving a single disk. Thus, FIG. 5b shows the transmission of the transmitter El from the first disk 10 towards the target 35 and the reception by the two antennas R11 and R12 of this first disk. FIG. 5d shows the emission of the emitter E2 of the second disk 10 'towards the target 35 and the reception by the two antennas R21 and R22 of this second disk. In this case, the process for obtaining an image is similar to that described in the operating principle of FIG. 1 with a single disk 10. Each sequence makes it possible to obtain two images, an image for reception in right circular polarization 450 and an image for left circular polarization 451. The four sequences of FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d thus make it possible to obtain eight images.
La disposition du VCO 32 en partie fixe, isolé des multiplieurs 42, 43 par un isolateur 33, 33' permet une modulation de fréquence plus facile, de l'ordre de 100 à 500 MHz, ce qui permet d'obtenir une largeur de bande de modulation de l'ordre de 1 à 4 GHz et ainsi de moduler la fréquence linéairement au cours de la rotation des disques et ainsi de mesurer les points brillant, ou éléments d'objet 35, dans des intervalles de 4 centimètres à 8 centimètres. Plus précisément, un changement de fréquence est effectué à chaque tour, la fonction étant fixe à l'intérieur d'un tour. A cet effet, un capteur de position, non représenté, détectant les nombres de tours parcourus. L'information est fournie à des moyens de commande qui augmentent la tension du VCO au fur et à mesure que les tours augmentent pour incrémenter la fréquence. Au bout d'un certain nombre de tours, on revient à la fréquence de départ. The provision of VCO 32 in fixed part, isolated from the multipliers 42, 43 by an isolator 33, 33 'allows an easier frequency modulation, of the order of 100 to 500 MHz, which makes it possible to obtain a bandwidth modulation of the order of 1 to 4 GHz and thus to modulate the frequency linearly during the rotation of the discs and thus to measure the glossy points, or object elements 35, in intervals of 4 centimeters to 8 centimeters. More precisely, a change of frequency is made at each turn, the function being fixed inside a turn. For this purpose, a position sensor, not shown, detecting the number of laps traveled. The information is provided to control means that increases the VCO voltage as the revolutions increase to increment the frequency. After a certain number of turns, we return to the starting frequency.
Cette modulation de fréquence qui croît linéairement en fonction du nombre de tours permet une meilleure sélectivité en distance. This frequency modulation which increases linearly as a function of the number of revolutions allows a better selectivity in distance.
D'autre part, ce dispositif est en particulier conçu pour faire de l'imagerie d'individus en mouvement allant à une vitesse de 1 km/h à environ 10 km/h. On the other hand, this device is particularly designed for imaging moving individuals ranging in speed from 1 km / h to about 10 km / h.
Le déplacement correspondant mesuré par un télémètre, par exemple toutes les 50 ms, permet d'affecter à chaque point brillant à mesurer une fréquence Doppler. La figure 6a présente le vecteur vitesse v d'un point brillant porté par un individu en mouvement mesuré par un télémètre 61 effectuant une mesure dans l'axe 60 du dispositif, axe de symétrie des centres des deux disques. Les angles 61, 82 représentent les angles respectifs de la direction d'émission 360 et de la direction de réception 361 avec l'axe de symétrie 60. Un point brillant en mouvement induit une fréquence Doppler permettant son découplage, ou sa séparation, avec d'autres points brillants et l'élimination du clutter dû à l'environnement immobile. Ainsi, les différentes techniques utilisées : focalisation par formation de faisceau par le calcul (FFC), modulation FMCW linéairement en fonction des tours, détection Doppler et l'analyse polarimétrique permettent l'obtention d'images nettes tout en minimisant le clutter d'environnement. La polarisation des composants actifs sur les disques en rotation peut se 15 faire : soit à l'aide d'un collecteur associé au joint hyperfréquence 34 ; soit par un système redressant un signal basse fréquence passant par ce joint hyperfréquence 34 La figure 6b présente un exemple de réalisation d'un tel système. Le signal 20 basse fréquence 62 est redressé classiquement par quatre diodes Dl, D2, D3, D4 montées en pont 63. Le signal redressé est ensuite filtré, par exemple par un condensateur 64. La tension filtrée est ensuite régulée par un régulateur de tension 65 chargé en sortie par une résistance 66. The corresponding displacement measured by a rangefinder, for example every 50 ms, makes it possible to assign to each bright point to be measured a Doppler frequency. FIG. 6a shows the velocity vector v of a shining point carried by a moving individual measured by a range finder 61 measuring in the axis 60 of the device, axis of symmetry of the centers of the two disks. The angles 61, 82 represent the respective angles of the emission direction 360 and of the reception direction 361 with the axis of symmetry 60. A shining point in motion induces a Doppler frequency allowing its decoupling, or its separation, with other bright spots and the elimination of clutter due to the immobile environment. Thus, the different techniques used: beamforming by calculation (FFC), linearly FMCW modulation according to turns, Doppler detection and polarimetric analysis allow to obtain sharp images while minimizing environmental clutter . The polarization of the active components on the rotating disks can be done: either with the aid of a collector associated with the microwave seal 34; or by a system rectifying a low frequency signal passing through this microwave joint 34 Figure 6b shows an embodiment of such a system. The low frequency signal 62 is rectified conventionally by four diodes D1, D2, D3, D4 mounted in bridge 63. The rectified signal is then filtered, for example by a capacitor 64. The filtered voltage is then regulated by a voltage regulator 65 loaded at the output by a resistor 66.
25 La figure 7 présente un autre mode de réalisation possible d'un dispositif selon l'invention. Ce mode de réalisation comporte toujours au moins deux disques 10, 10' en rotation mais seul le système de réception est mobile, c'est-à-dire placé sur la partie mobile. L'ensemble de l'émetteur, la partie émission, est fixe. Le système d'émission fixe, comprend au moins circuit 30 d'amplification d'un signal hyperfréquence et une antenne d'émission 71 émettant selon une polarisation circulaire donnée, reliée audit circuit d'amplification. L'émetteur est placé sur une structure fixe 72 qui supporte notamment le VCO 32. Les faisceaux de réception 3, 3' sont ainsi toujours en rotation. Les 35 voies hyperfréquence 31, 31' sont toujours séparées du VCO 32 et entre elles par des isolateurs 33, 33'. La transmission des signaux hyperfréquence entre la partie fixe et la partie mobile se fait toujours par des joints tournant 34, 34'. La source d'émission est par exemple située à égale distance des centres des disques 10, 10'. La figure 7 illustre une séquence d'émission et de réception où l'émetteur 71 émet un signal 73, la cible 35 réfléchissant un signal 740 vers le récepteur 1 du premier disque 10 et un signal 741 vers le récepteur 1' du deuxième disque. Comme dans le cas de la figure 3, l'émission est en polarisation circulaire droite et la réception sur chaque disque se fait par deux antennes, l'une recevant en polarisation circulaire droite et l'autre recevant en polarisation circulaire gauche. Figure 7 shows another possible embodiment of a device according to the invention. This embodiment always comprises at least two rotating disks 10, 10 'but only the reception system is mobile, that is to say placed on the mobile part. The whole of the transmitter, the emission part, is fixed. The fixed transmission system comprises at least one amplification circuit for a microwave signal and a transmission antenna 71 emitting in a given circular polarization, connected to said amplification circuit. The transmitter is placed on a fixed structure 72 which supports in particular the VCO 32. The receiving beams 3, 3 'are thus always in rotation. The microwave channels 31, 31 'are always separated from the VCO 32 and between them by insulators 33, 33'. The transmission of the microwave signals between the fixed part and the moving part is always done by rotating joints 34, 34 '. The emission source is for example located equidistant from the centers of the disks 10, 10 '. Figure 7 illustrates a transmission and reception sequence where the transmitter 71 transmits a signal 73, the target 35 reflecting a signal 740 to the receiver 1 of the first disk 10 and a signal 741 to the receiver 1 'of the second disk. As in the case of FIG. 3, the transmission is in right circular polarization and the reception on each disk is done by two antennas, one receiving in right circular polarization and the other receiving in left circular polarization.
La figure 8 illustre un exemple de réalisation de la source d'émission fixe. Cette source d'émission est composée de quatre antennes 81, 82, 83, 83 reliées chacune par une ligne microruban à un commutateur hyperfréquence 85 du type SP4T par exemple fonctionnant autour de 77 GHz. L'ensemble de ces éléments est disposé sur un substrat ou support 80. Les antennes peuvent être du type cornet ou du type pastille métallisée encore appelé patch . FIG. 8 illustrates an exemplary embodiment of the fixed emission source. This emission source is composed of four antennas 81, 82, 83, 83 each connected by a microstrip line to a microwave switch 85 of the SP4T type for example operating around 77 GHz. All of these elements are arranged on a substrate or support 80. The antennas may be of the horn type or of the metallic patch type, also called a patch.
Plusieurs applications de détection d'objets dangereux sont possibles. Un ou plusieurs dispositifs selon l'invention peut être associé à des détecteurs magnétiques placés sur des portiques à travers lesquels passent des individus susceptibles de porter des objets dangereux. Ils peuvent notamment être installés sur des plateformes de détection adaptées à un flux de passagers important en prévoyant par exemple une détection avant et une détection arrière des passagers. Ils peuvent aussi être installés dans des réseaux de détection, notamment des couloirs ou corridors dans lesquels passent les individus à contrôler. Several applications for detecting dangerous objects are possible. One or more devices according to the invention can be associated with magnetic detectors placed on gantries through which pass individuals likely to carry dangerous objects. They can in particular be installed on detection platforms adapted to a large passenger flow by providing for example a forward detection and a rearward detection of passengers. They can also be installed in detection networks, in particular corridors or corridors in which the individuals to be controlled pass.
Un dispositif selon l'invention peut comporter deux ou plus de disques équipés d'un récepteur et éventuellement d'une partie des circuits de réception comme illustré à la figure 3. Un tel dispositif forme alors un réseau de disques autonomes en émission cohérente les uns par rapport aux autres. A device according to the invention may comprise two or more disks equipped with a receiver and possibly a part of the reception circuits as illustrated in FIG. 3. Such a device then forms a network of autonomous disks in coherent transmission. compared to others.
L'invention a été décrite avec un mode de réalisation comportant des disques, d'autres supports en rotation peuvent être utilisés pourvu que les systèmes de réception, notamment les antennes de réception, effectuent un mouvement circulaire.5 The invention has been described with an embodiment comprising disks, other rotating supports can be used provided that the receiving systems, including receiving antennas, perform a circular motion.
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