一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀，包括顯控端、信號處理與控制模塊、線性調(diào)頻源模塊、收發(fā)倍頻鏈路模塊、時鐘分發(fā)模塊、中頻放大濾波模塊、信號采集模塊；線性調(diào)頻源模塊為收發(fā)倍頻鏈路模塊提供線性調(diào)頻信號；收發(fā)倍頻鏈路模塊將線性調(diào)頻源模塊提供的線性調(diào)頻信號倍頻到指定頻段、放大后輻射到被檢測對象，被檢測對象的反射回波經(jīng)接收、處理被傳輸至中頻放大濾波模塊，最后返回到顯控端；顯控端根據(jù)接收到的多次采集數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)被檢測對象的相互垂直的兩路回波的強(qiáng)度值的分布的方法可以有效檢測被檢測對象是否攜帶有危險(xiǎn)品，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測，可對處于開放場所的高密度人群進(jìn)行安檢，不需要被檢對象主動配合。
【專利說明】
一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及采用雷達(dá)探測進(jìn)行安檢的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特 性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，暴力恐怖襲擊等事件時有發(fā)生，人們對于反恐安防提出了更高的要求，特 別是在機(jī)場，火車站或地鐵口等人流量大的公共場所，如何實(shí)現(xiàn)對犯罪分子隨身隱藏的刀 具、槍支、炸藥等武器進(jìn)行遠(yuǎn)距離的快速自動檢測和識別，是目前公共安全領(lǐng)域面臨的一個 難題。
[0003] 現(xiàn)有的安檢手段都是利用安放在場所通道入口處的設(shè)備分別對人身體和攜帶物 品進(jìn)行檢查，其優(yōu)點(diǎn)是檢測的錯誤概率很低，這種安檢手段僅適用于對合作對象的檢測，即 要求被檢對象配合安檢設(shè)備進(jìn)行檢測，并且安檢設(shè)備一般都只能固定于通道入口位置，不 具備遠(yuǎn)距離預(yù)警能力。這種目前比較先進(jìn)的技術(shù)方案有，例如【公開日】為2015年9月23日，公 開號為CN104932029A的中國發(fā)明專利文獻(xiàn)，公開了一種主動式太赫茲人體安檢系統(tǒng)裝置及 調(diào)整方法，該系統(tǒng)裝置包括目標(biāo)人物、太赫茲平面反射鏡、太赫茲聚焦鏡、太赫茲探測器，圖 像分析處理模塊、噴氣裝置、目標(biāo)自動感應(yīng)裝置、擋板、裝置外殼、背景板、太赫茲源、高速振 鏡以及太赫茲傳輸波導(dǎo)，具體方法是:太赫茲源輻射出的太赫茲波通過太赫茲消相干用振 鏡后，進(jìn)入太赫茲傳輸波導(dǎo)并分為多個端口，從不同角度對目標(biāo)人物進(jìn)行均勻照射，目標(biāo)人 物身體表面會反射均勻照射到其身上的太赫茲波，通過控制太赫茲平面反射鏡的擺動軸和 角度調(diào)節(jié)軸，從而實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)人物的快速掃描成像，依據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況設(shè)定擺動角度和旋 轉(zhuǎn)角度。
[0004] 但是，在沒有明確通道入口的開放場所，如廣場等場所，對非合作對象的隱藏危險(xiǎn) 品的在一定的安全距離外進(jìn)行快速檢測則不能采用上述類型的安檢裝置，目前也沒有有效 的技術(shù)手段來進(jìn)行遠(yuǎn)距離的安檢。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，提出了一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱 藏危險(xiǎn)品檢測儀，相對現(xiàn)有的安檢裝置可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離實(shí)時檢測，還可以對處于開放場所 的高密度人群進(jìn)行監(jiān)控，不需要特別限定被檢對象的位置、動作，不需要被檢對象主動配 合，其工作距離可以覆蓋到5~100米。
[0006] 本發(fā)明主要利用了毫米波/太赫茲雷達(dá)的三個特性： (1) 毫米波/太赫茲雷達(dá)對大部分衣物具有很好的穿透性，但是無法穿透金屬和人體皮 膚等物質(zhì)； (2) 雷達(dá)發(fā)射線極化探測波照射到目標(biāo)后，一部分能量的回波的極化方向會變?yōu)榕c入 射波極化方向交叉。交叉極化回波強(qiáng)度因目標(biāo)的不同而有很大差別，當(dāng)雷達(dá)照射到粗糙表 面目標(biāo)或者邊沿比較銳利的目標(biāo)時，比如槍支和匕首等，與發(fā)射波極化方向交叉的回波能 量會顯著增大； (3)毫米波/太赫茲頻率高，容易生成大帶寬的信號，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)距離的高精度測 量。同時，頻率的提高帶來的波長的縮短可以使系統(tǒng)利用較小尺寸的天線獲得較大增益，有 利于縮小整個系統(tǒng)體積。
[0007] 基于以上特性，通過向被檢測對象發(fā)射雷達(dá)探測信號，反射回波中與發(fā)射信號的 同極化分量和交叉極化分量分別被兩路接收天線接收，通過統(tǒng)計(jì)多次回波的能量分布，就 有可能檢測出被檢測對象是否攜帶有危險(xiǎn)物品以及識別危險(xiǎn)品的大致類別。
[0008] 當(dāng)系統(tǒng)作用距離較遠(yuǎn)時候，回波信號能量減弱。為了提高信號的信噪比，濾除周圍 環(huán)境的干擾，提高系統(tǒng)作用距離，采用寬帶線性調(diào)頻信號作為探測波形，這種設(shè)計(jì)帶來如下 幾點(diǎn)優(yōu)勢： (1) 可以獲得被檢測對象的高精度距離維信息。通過在數(shù)據(jù)處理過程中選擇合適距離 的回波能量進(jìn)行計(jì)算并濾除不在這個距離內(nèi)的雜波的干擾，提高了目標(biāo)回波的信噪比，從 而提高系統(tǒng)檢測的正確概率； (2) 通過脈沖壓縮操作可以給信號帶來額外的壓縮增益，進(jìn)一步提高信噪比?；谝陨?特性設(shè)計(jì)的毫米波/太赫茲寬帶雙極化遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品實(shí)時檢測儀結(jié)構(gòu)如下圖所 示。系統(tǒng)采用的是全相參寬帶雷達(dá)架構(gòu)，采用收發(fā)天線分離結(jié)構(gòu)，共有三路天線，包括一路 發(fā)射天線和兩路接收天線。發(fā)射天線為水平極化;接收天線中一路為水平極化，一路為垂直 極化。系統(tǒng)選擇寬帶線性調(diào)頻信號作為探測波，以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)距離的高精度測量，并且能夠 降低環(huán)境雜波干擾，提高信噪比。系統(tǒng)采用零中頻接收結(jié)構(gòu)，采用模擬去斜的方法將寬帶回 波信號轉(zhuǎn)換為窄帶中頻脈沖信號。
[0009] 線性調(diào)頻發(fā)射信號為

為中心頻率，&為脈寬，T為調(diào)頻率，f k hJBl*為快時間， 〃為整數(shù)，T脈沖重復(fù)周期，匕為慢時間，t為全程時間。
[0010] 模擬去斜過程中，參考信號與回波在混頻器內(nèi)作共輒相乘，即作差頻處理，回波變 成單頻信號，且其頻率與回波和參考信號的距離差成正比，因而也叫解線頻調(diào)處理，其頻率
-。因此，對解線頻調(diào)后的信號作傅立葉變換，便可在頻域得到對應(yīng)的各回波 的?ηκ.:狀的窄脈沖，脈沖寬度為，而脈沖位置與R成正比。其分辨率為：
其中，C為光速，B為雷達(dá)發(fā)射波的帶寬。如果雷達(dá)發(fā)射帶寬大于15GHz，那么系統(tǒng)就可以 分辨厚度大于1厘米的物體。在低頻段，如此高的帶寬是很難達(dá)到的，但是當(dāng)工作頻段為太 赫茲時，很容易獲得高帶寬的波形。
[0011] 本發(fā)明的技術(shù)方案如下： 一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀，其特征在于:包括顯控 端、信號處理與控制模塊、線性調(diào)頻源模塊、收發(fā)倍頻鏈路模塊、時鐘分發(fā)模塊、中頻放大濾 波模塊、信號采集模塊； 顯控端，用于接收采集數(shù)據(jù)和發(fā)出操作控制指令； 信號處理與控制模塊，用于接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字 信號處理后上傳給顯控端；用于接收顯控端的配置命令和控制命令，配置整個系統(tǒng)的工作 參數(shù)，完成用戶指定的操作； 線性調(diào)頻源模塊，用于為收發(fā)倍頻鏈路模塊提供線性調(diào)頻信號； 收發(fā)倍頻鏈路模塊，用于將線性調(diào)頻源模塊提供的線性調(diào)頻信號倍頻到指定頻段后， 經(jīng)過放大后輻射到被檢測對象，被檢測對象的反射回波經(jīng)接收后，依次經(jīng)過放大、混頻、模 擬去斜變?yōu)檎瓗е蓄l信號，然后被傳輸至中頻放大濾波模塊； 時鐘分發(fā)模塊，用于為系統(tǒng)的所有模塊提供所需要的時鐘，以保證整個系統(tǒng)的相參性； 中頻放大濾波模塊，用于將收發(fā)倍頻鏈路模塊傳輸來的中頻信號進(jìn)行濾波和放大然后 傳輸至信號采集模塊； 信號采集模塊，用于將中頻放大濾波模塊傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行模數(shù)變換，然后輸入至信號 處理與控制模塊。
[0012] 所述顯控端接收采集數(shù)據(jù)后，利用檢測算法處理后得到檢測結(jié)果;作為系統(tǒng)的操 作界面和狀態(tài)顯示界面，用戶可以通過該模塊了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且發(fā)出操作指令控制 系統(tǒng)運(yùn)行。顯控軟件運(yùn)行在一臺個人電腦上，通過USB或者網(wǎng)線接口與信號處理與控制模塊 連接。
[0013] 所述檢測算法的工作流程如下： a)建立參考數(shù)據(jù)庫。例如，選擇十個不攜帶危險(xiǎn)品的人作為參考對象，令參考對象站在 指定距離處并對其進(jìn)行探測，采集這些參考對象的回波獲得其回波強(qiáng)度分布，因?yàn)榛夭◤?qiáng) 度正比于1/R4，R為被檢測對象距離，對回波強(qiáng)度以距離做歸一化處理，即回波強(qiáng)度乘以R 4。 將獲得的數(shù)據(jù)作為參考信號用于判斷被檢測對象是否帶有危險(xiǎn)品。
[0014] b)對被檢測對象進(jìn)行檢測，多次檢測獲得若干回波強(qiáng)度值，同樣對回波強(qiáng)度以距 離做歸一化處理。
[0015] c)比較被檢測對象回波強(qiáng)度和參考信號回波強(qiáng)度的分布，如果與發(fā)射天線極化方 向垂直的回波信號強(qiáng)度均值大于參考信號，或者兩路回波信號強(qiáng)度均大于參考信號強(qiáng)度均 值，則可判斷被檢測對象可能攜帶有危險(xiǎn)品。其攜帶危險(xiǎn)品的概率與回波強(qiáng)度和參考信號 強(qiáng)度的差值成正比。
[0016] 所述信號處理與控制模塊由高性能數(shù)字信號處理芯片以及與其他模塊的通信接 口構(gòu)成，其具體功能是： a) 接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字信號處理后通過通信接口上傳給顯控 端； b) 接收顯控端的配置命令，通過與其他模塊的通信接口配置整個系統(tǒng)工作參數(shù)； c) 接收顯控端的控制命令，通過與其他模塊的通信接口以及觸發(fā)信號完成用戶指定的 操作。
[0017] 所述信號處理與控制模塊的通信接口為： 兩路觸發(fā)信號，分別連接信號采集模塊和線性調(diào)頻源模塊，用于整個系統(tǒng)工作時同步； 調(diào)頻源控制接口，用于配置線性調(diào)頻源模塊的工作參數(shù)； 采集數(shù)據(jù)上傳接口，用于接收信號采集模塊的采集數(shù)據(jù)； 采集模塊控制接口，用于配置信號采集模塊的工作參數(shù)； 中頻增益控制接口，用于控制中頻放大濾波模塊的增益。
[0018] 一定距離外的被檢測對象的線性調(diào)頻信號的回波經(jīng)過模擬去斜處理后變?yōu)橐粋€ 中頻窄帶信號，需要經(jīng)過一級下變頻后變?yōu)榈皖l信號然后進(jìn)行采集，也可以利用高速AD進(jìn) 行采集后利用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行數(shù)字下變頻。為保持系統(tǒng)靈活性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時采用了 后一種方法。信號經(jīng)過高速ADC采集后上傳至信號處理與控制模塊，通過高性能數(shù)字信號處 理芯片完成信號的下變頻和降采樣操作，以降低數(shù)據(jù)率。需要兩路FIR濾波的目的是優(yōu)化濾 波器工作參數(shù)，得到更高的帶外衰減，并且可以節(jié)約硬件邏輯資源。經(jīng)過FFT變換之后，數(shù)據(jù) 變?yōu)榫嚯x維的強(qiáng)度分布信號，將兩路信號打包通過通信接口上傳給顯控軟件進(jìn)行進(jìn)一步處 理。
[0019] 所述線性調(diào)頻源模塊輸出三路線性調(diào)頻信號，一路線性調(diào)頻信號輸入到發(fā)射倍頻 鏈路，另兩路線性調(diào)頻信號分別輸入到兩路接收倍頻鏈路。線性調(diào)頻信號的脈沖寬度，工作 周期和帶寬等參數(shù)可以通過調(diào)頻源控制接口進(jìn)行配置。
[0020] 輸入到發(fā)射倍頻鏈路的線性調(diào)頻信號，通過功率放大器放大，然后由發(fā)射天線輻 射出去，輻射到被檢測對象后形成的反射回波由接收天線接收，然后經(jīng)過低噪聲放大器放 大，在諧波混頻器內(nèi)由與經(jīng)過接收倍頻鏈路倍頻后的線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完成模擬去 斜操作，變?yōu)檎瓗е蓄l信號，傳輸至中頻放大濾波模塊。
[0021] 所述發(fā)射天線和接收天線的波束寬度和作用距離有關(guān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大作用距離在 100米，按照天線主瓣在100米距離能夠覆蓋一個人的要求計(jì)算，設(shè)計(jì)天線主瓣寬度為1.1 度。
[0022] 所述時鐘分發(fā)模塊采用恒溫晶振作為時鐘分發(fā)模塊的參考，以確保時鐘信號質(zhì) 量。
[0023] 為避免中頻放大濾波模塊中的放大器飽和，通過中頻增益控制接口可以控制中頻 放大濾波模塊的放大倍數(shù)。
[0024] 所述信號采集模塊的核心部件是兩路高速ADC。
[0025]所述系統(tǒng)的工作過程如下： (1)配置系統(tǒng)工作參數(shù) 系統(tǒng)啟動之后，在顯控軟件界面通過與信號處理與控制模塊之間的通信接口配置系統(tǒng) 的工作參數(shù)，包括脈沖寬度，脈沖周期，脈沖個數(shù)NC0的頻率，中頻增益倍數(shù)，F(xiàn)IR濾波器參數(shù) 和數(shù)據(jù)抽取率。信號處理與控制模塊接收到參數(shù)配置命令后，對命令進(jìn)行解析，重新打包并 通過其與各個子模塊間的接口將命令以指定格式下發(fā)給各個子模塊。子模塊接收到指令后 完成工作參數(shù)配置。
[0026] (2)進(jìn)行檢測 操作者發(fā)出開始檢測指令，并將檢測儀對準(zhǔn)被檢測對象。
[0027]開始檢測后，信號處理與控制模塊以指定的脈沖周期向線性調(diào)頻源模塊發(fā)送觸發(fā) 信號，線性調(diào)頻源接收到觸發(fā)信號后將產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號發(fā)送給收發(fā)倍頻鏈路模塊，其 脈沖寬度以及發(fā)射脈沖的個數(shù)已在系統(tǒng)工作參數(shù)配置階段指定。
[0028] 發(fā)射倍頻鏈路模塊將線性調(diào)頻源模塊輸入的信號倍頻至系統(tǒng)工作頻段，經(jīng)過放大 后通過天線輻射出去。
[0029] 探測波被被檢測對象反射后，回波的極化方向可能發(fā)生改變。利用兩路接收天線 分別接收與探測波極化方向相同以及與探測波極化方向交叉的回波信號。接收的兩路回波 信號經(jīng)過低噪聲放大器放大之后，在諧波混頻器內(nèi)和線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完成模擬去 斜的過程，變?yōu)橹蓄l窄帶信號，輸入至中頻放大模塊。
[0030] 中頻放大模塊對兩路信號進(jìn)行放大和濾波操作之后，將處理后的信號輸入至信號 采集模塊。
[0031] 信號采集模塊利用高速ADC，對兩路放大后的中頻信號進(jìn)行模數(shù)變換，并通過采集 數(shù)據(jù)上傳接口將數(shù)據(jù)上傳給信號處理與控制模塊。
[0032] 信號處理與控制模塊在每一個脈沖周期開始階段開始接收采集數(shù)據(jù)，接收時間與 脈沖寬度時間相同。接收到的采集數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字下變頻，濾波和抽取操作后，被打包并通過 通信接口將數(shù)據(jù)上傳給顯控軟件。
[0033] (3)數(shù)據(jù)處理，顯示檢測結(jié)果 顯控軟件接收到采集數(shù)據(jù)之后，由于被檢測對象的回波頻譜是窄帶的，周圍環(huán)境雜波 帶來的干擾在這個頻段之外，利用數(shù)字信號處理方法設(shè)計(jì)一個帶通濾波器或者只分析檢測 對象所在距離處對應(yīng)的一段頻譜對應(yīng)的信號的強(qiáng)度，以達(dá)到減小雜波干擾的目的，通過統(tǒng) 計(jì)被檢測對象的兩路不同極化回波的強(qiáng)度值的分布可以判斷被檢測對象是否帶有危險(xiǎn)品。 [0034] 至此，檢測過程結(jié)束。
[0035]本發(fā)明的有益效果如下： 本發(fā)明主要針對非合作進(jìn)行安檢的對象，對于應(yīng)用場所沒有特別局限性，相對現(xiàn)有的 安檢裝置可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離檢測，還可對處于開放場所的高密度人群進(jìn)行檢測，不需要特別限 定被檢對象的位置、動作，不需要被檢對象主動配合，其工作距離可以覆蓋到5~100米，特別 適用于人流量大以及開放場所的實(shí)時檢測;本發(fā)明采用多次發(fā)射探測信號并統(tǒng)計(jì)被檢測對 象的相互垂直的兩路回波的強(qiáng)度值的分布的方法可以有效檢測被檢測對象是否攜帶有危 險(xiǎn)品；采用全相參的系統(tǒng)架構(gòu)和寬帶線性調(diào)頻信號獲得回波高精度距離維信息，有利于提 高信噪比，濾除周圍環(huán)境雜波的干擾。
【附圖說明】
[0036]圖1為本發(fā)明的系統(tǒng)整體架構(gòu)示意圖； 圖2為本發(fā)明的檢測工作流程示意圖； 圖3為本發(fā)明的數(shù)字信號處理流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037]如圖1所示，一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀，包括顯 控端、信號處理與控制模塊、線性調(diào)頻源模塊、收發(fā)倍頻鏈路模塊、時鐘分發(fā)模塊、中頻放大 濾波模塊、信號采集模塊、； 顯控端，用于接收采集數(shù)據(jù)和發(fā)出操作控制指令； 信號處理與控制模塊，用于接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字 信號處理后上傳給顯控端；用于接收顯控端的配置命令和控制命令，配置整個系統(tǒng)的工作 參數(shù)，完成用戶指定的操作； 線性調(diào)頻源模塊，用于為收發(fā)倍頻鏈路模塊提供線性調(diào)頻信號； 收發(fā)倍頻鏈路模塊，用于將線性調(diào)頻源模塊提供的線性調(diào)頻信號倍頻到指定頻段后， 經(jīng)過放大后輻射到被檢測對象，被檢測對象的反射回波經(jīng)接收后，依次經(jīng)過放大、混頻、模 擬去斜變?yōu)檎瓗е蓄l信號，然后被傳輸至中頻放大濾波模塊； 時鐘分發(fā)模塊，用于為系統(tǒng)的所有模塊提供所需要的時鐘，以保證整個系統(tǒng)的相參性； 中頻放大濾波模塊，用于將收發(fā)倍頻鏈路模塊傳輸來的中頻信號進(jìn)行濾波和放大然后 傳輸至信號采集模塊； 信號采集模塊，用于將中頻放大濾波模塊傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行模數(shù)變換，然后輸入至信號 處理與控制模塊。
[0038] 所述顯控端接收采集數(shù)據(jù)后，利用檢測算法處理后得到檢測結(jié)果;作為系統(tǒng)的操 作界面和狀態(tài)顯示界面，用戶可以通過該模塊了解系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，并且發(fā)出操作指令控制 系統(tǒng)運(yùn)行。顯控軟件運(yùn)行在一臺個人電腦上，通過USB或者網(wǎng)線接口與信號處理與控制模塊 連接。
[0039] 如圖2所示，所述檢測算法的工作流程如下： a)建立參考數(shù)據(jù)庫。例如，選擇十個不攜帶危險(xiǎn)品的人作為參考對象，令參考對象站在 指定距離處并對其進(jìn)行探測，采集這些參考待測目標(biāo)的回波獲得其回波強(qiáng)度分布，因?yàn)榛?波強(qiáng)度正比于1/R4，R為待測目標(biāo)距離，對回波強(qiáng)度以距離做歸一化處理，即回波強(qiáng)度乘以 R 4。將獲得的數(shù)據(jù)作為參考信號用于判斷待測目標(biāo)是否帶有危險(xiǎn)品。
[0040] b)對被檢測對象進(jìn)行檢測，多次檢測獲得若干回波強(qiáng)度值，同樣對回波強(qiáng)度以距 離做歸一化處理。
[0041] c)比較被檢測對象回波強(qiáng)度和參考信號回波強(qiáng)度的分布，如果與發(fā)射天線極化方 向垂直的回波信號強(qiáng)度均值大于參考信號，或者兩路回波信號強(qiáng)度均大于參考信號強(qiáng)度均 值，則可判斷被檢測對象可能攜帶有危險(xiǎn)品。其攜帶危險(xiǎn)品的概率與回波強(qiáng)度和參考信號 強(qiáng)度的差值成正比。
[0042]所述信號處理與控制模塊由高性能數(shù)字信號處理芯片以及與其他模塊的通信接 口構(gòu)成，其具體功能是： a) 接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字信號處理后通過通信接口上傳給顯控 端； b) 接收顯控端的配置命令，通過與其他模塊的通信接口配置整個系統(tǒng)工作參數(shù)； c) 接收顯控端的控制命令，通過與其他模塊的通信接口以及觸發(fā)信號完成用戶指定的 操作。
[0043]所述信號處理與控制模塊的通信接口為： 兩路觸發(fā)信號，分別連接信號采集模塊和線性調(diào)頻源模塊，用于整個系統(tǒng)工作時同步； 調(diào)頻源控制接口，用于配置線性調(diào)頻源模塊的工作參數(shù)； 采集數(shù)據(jù)上傳接口，用于接收信號采集模塊的采集數(shù)據(jù)； 采集模塊控制接口，用于配置信號采集模塊的工作參數(shù)； 中頻增益控制接口，用于控制中頻放大濾波模塊的增益。
[0044] 一定距離外的被檢測對象的線性調(diào)頻信號的回波經(jīng)過模擬去斜處理后變?yōu)橐粋€ 中頻窄帶信號，需要經(jīng)過一級下變頻后變?yōu)榈皖l信號然后進(jìn)行采集，也可以利用高速AD進(jìn) 行采集后利用數(shù)字信號處理方法進(jìn)行數(shù)字下變頻。為保持系統(tǒng)靈活性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)時采用了 后一種方法。信號經(jīng)過高速ADC采集后上傳至信號處理與控制模塊，通過高性能數(shù)字信號處 理芯片完成信號的下變頻和降采樣操作，以降低數(shù)據(jù)率，其流程如圖3所示。需要兩路FIR濾 波的目的是優(yōu)化濾波器工作參數(shù)，得到更高的帶外衰減，并且可以節(jié)約硬件邏輯資源。經(jīng)過 FFT變換之后，數(shù)據(jù)變?yōu)榫嚯x維的強(qiáng)度分布信號，將兩路信號打包通過通信接口上傳給顯控 軟件進(jìn)行進(jìn)一步處理。
[0045] 所述線性調(diào)頻源模塊輸出三路線性調(diào)頻信號，一路線性調(diào)頻信號輸入到發(fā)射倍頻 鏈路，另兩路線性調(diào)頻信號分別輸入到兩路接收倍頻鏈路。線性調(diào)頻信號的脈沖寬度，工作 周期和帶寬等參數(shù)可以通過調(diào)頻源控制接口進(jìn)行配置。
[0046] 輸入到發(fā)射倍頻鏈路的線性調(diào)頻信號，通過功率放大器放大，然后由發(fā)射天線輻 射出去，輻射到被檢測對象后形成的反射回波由接收天線接收，然后經(jīng)過低噪聲放大器放 大，在諧波混頻器內(nèi)由與經(jīng)過接收倍頻鏈路倍頻后的線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完成模擬去 斜操作，變?yōu)檎瓗е蓄l信號，傳輸至中頻放大濾波模塊。
[0047]所述發(fā)射天線和接收天線的波束寬度和作用距離有關(guān)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)最大作用距離在 100米，天線主瓣寬度只要能夠覆蓋一個人即可，設(shè)計(jì)天線主瓣寬度為1.1度。
[0048] 所述時鐘分發(fā)模塊采用恒溫晶振作為時鐘分發(fā)模塊的參考，以確保時鐘信號質(zhì) 量。
[0049] 為避免中頻放大濾波模塊的放大器飽和，通過中頻增益控制接口可以控制中頻放 大濾波模塊的放大倍數(shù)。
[0050] 所述信號采集模塊的核心部件是兩路高速ADC。
[00511所述系統(tǒng)的工作過程如下： (1)配置系統(tǒng)工作參數(shù) 系統(tǒng)啟動之后，在顯控軟件界面通過與信號處理與控制模塊之間的通信接口配置系統(tǒng) 的工作參數(shù)，包括脈沖寬度，脈沖周期，脈沖個數(shù)NC0的頻率，中頻增益倍數(shù)，F(xiàn)IR濾波器參數(shù) 和數(shù)據(jù)抽取率。信號處理與控制模塊接收到參數(shù)配置命令后，對命令進(jìn)行解析，重新打包并 通過其與各個子模塊間的接口將命令以指定格式下發(fā)給各個子模塊。子模塊接收到指令后 完成工作參數(shù)配置。
[0052] (2)進(jìn)行檢測 操作者發(fā)出開始檢測指令，并將檢測儀對準(zhǔn)被檢測對象。
[0053]開始檢測后，信號處理與控制模塊以指定的脈沖周期向線性調(diào)頻源模塊發(fā)送觸發(fā) 信號，線性調(diào)頻源接收到觸發(fā)信號后將產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號發(fā)送給收發(fā)倍頻鏈路模塊，其 脈沖寬度以及發(fā)射脈沖的個數(shù)已在系統(tǒng)工作參數(shù)配置階段指定。
[0054]發(fā)射倍頻鏈路模塊將線性調(diào)頻源模塊輸入的信號倍頻至系統(tǒng)工作頻段，經(jīng)過放大 后通過天線輻射出去。
[0055]探測波被被檢測對象反射后，回波的極化方向可能發(fā)生改變。利用兩路接收天線 分別接收與探測波極化方向相同以及與探測波極化方向交叉的回波信號。接收的兩路回波 信號經(jīng)過低噪聲放大器放大之后，在諧波混頻器內(nèi)和線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完成模擬去 斜的過程，變?yōu)橹蓄l窄帶信號，輸入至中頻放大模塊。
[0056] 中頻放大模塊對兩路信號進(jìn)行放大和濾波操作之后，將處理后的信號輸入至信號 采集模塊。
[0057] 信號采集模塊利用高速ADC，對兩路放大后的中頻信號進(jìn)行模數(shù)變換，并通過采集 數(shù)據(jù)上傳接口將數(shù)據(jù)上傳給信號處理與控制模塊。
[0058]信號處理與控制模塊在每一個脈沖周期開始階段開始接收采集數(shù)據(jù)，接收時間與 脈沖寬度時間相同。接收到的采集數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字下變頻，濾波和抽取操作后，被打包并通過 通信接口將數(shù)據(jù)上傳給顯控軟件。
[0059] (3)數(shù)據(jù)處理，顯示檢測結(jié)果 顯控軟件接收到采集數(shù)據(jù)之后，由于被檢測對象的回波頻譜是一個窄帶脈沖，周圍環(huán) 境雜波帶來的干擾在這個頻段之外，利用數(shù)字信號處理方法設(shè)計(jì)一個帶通濾波器或者只分 析檢測對象所在距離處對應(yīng)的一段頻譜對應(yīng)的信號的強(qiáng)度，以達(dá)到減小雜波干擾的目的， 通過統(tǒng)計(jì)被檢測對象的兩路不同極化回波的強(qiáng)度值的分布可以判斷被檢測對象是否帶有 危險(xiǎn)品D
[0060] 至此，檢測過程結(jié)束。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測儀，其特征在于:包括顯 控端、信號處理與控制模塊、線性調(diào)頻源模塊、收發(fā)倍頻鏈路模塊、時鐘分發(fā)模塊、中頻放大 濾波模塊、信號采集模塊； 顯控端，用于接收采集數(shù)據(jù)和發(fā)出操作控制指令； 信號處理與控制模塊，用于接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字 信號處理后上傳給顯控端；用于接收顯控端的配置命令和控制命令，配置整個系統(tǒng)的工作 參數(shù)，完成用戶指定的操作； 線性調(diào)頻源模塊，用于為收發(fā)倍頻鏈路模塊提供線性調(diào)頻信號； 收發(fā)倍頻鏈路模塊，用于將線性調(diào)頻源模塊提供的線性調(diào)頻信號倍頻到指定頻段后， 經(jīng)過放大后輻射到被檢測對象，被檢測對象的反射回波經(jīng)接收后，依次經(jīng)過放大、混頻、模 擬去斜變?yōu)檎瓗е蓄l信號，然后被傳輸至中頻放大濾波模塊； 時鐘分發(fā)模塊，用于為系統(tǒng)的所有模塊提供所需要的時鐘； 中頻放大濾波模塊，用于將收發(fā)倍頻鏈路模塊傳輸來的中頻信號進(jìn)行濾波和放大然后 傳輸至信號采集模塊； 信號采集模塊，用于將中頻放大濾波模塊傳輸?shù)男盘栠M(jìn)行模數(shù)變換，然后輸入至信號 處理與控制模塊。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述顯控端接收采集數(shù)據(jù)后，利用檢測算法處理后得到檢測結(jié)果。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述檢測算法的工作流程如下： a) 建立參考數(shù)據(jù)庫，選擇若干參考被檢測對象，令參考對象位于指定距離處并進(jìn)行探 測，采集所述參考對象的反射回波獲得回波強(qiáng)度分布，對回波強(qiáng)度以距離做歸一化處理獲 得相應(yīng)數(shù)據(jù)，將相應(yīng)數(shù)據(jù)作為參考信號用于判斷被檢測對象是否帶有危險(xiǎn)品； b) 對被檢測對象進(jìn)行檢測，多次檢測獲得若干回波強(qiáng)度值，同樣對回波強(qiáng)度以距離做 歸一化處理； c) 比較被檢測對象回波強(qiáng)度和參考信號回波強(qiáng)度的分布，如果與發(fā)射天線極化方向垂 直的回波信號強(qiáng)度均值大于參考信號，或者兩路回波信號強(qiáng)度均大于參考信號強(qiáng)度均值， 則可判斷被檢測對象可能攜帶有危險(xiǎn)品;所述攜帶有危險(xiǎn)品的概率與回波強(qiáng)度和參考信號 強(qiáng)度的差值成正比。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述信號處理與控制模塊由高性能數(shù)字信號處理芯片以及與其他模塊的 通信接口構(gòu)成，其具體功能是： a) 接收信號采集模塊上傳的采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)字信號處理后通過通信接口上傳給顯控 端； b) 接收顯控端的配置命令，通過與其他模塊的通信接口配置整個系統(tǒng)工作參數(shù)； c) 接收顯控端的控制命令，通過與其他模塊的通信接口以及觸發(fā)信號完成用戶指定的 操作。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述信號處理與控制模塊的通信接口為： 兩路觸發(fā)信號，分別連接信號采集模塊和線性調(diào)頻源模塊，用于整個系統(tǒng)工作時同步； 調(diào)頻源控制接口，用于配置線性調(diào)頻源模塊的工作參數(shù)； 采集數(shù)據(jù)上傳接口，用于接收信號采集模塊的采集數(shù)據(jù)； 采集模塊控制接口，用于配置信號采集模塊的工作參數(shù)； 中頻增益控制接口，用于控制中頻放大濾波模塊的增益。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述線性調(diào)頻源模塊輸出三路線性調(diào)頻信號，一路線性調(diào)頻信號輸入到發(fā) 射倍頻鏈路，另兩路線性調(diào)頻信號分別輸入到兩路接收倍頻鏈路。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:輸入到發(fā)射倍頻鏈路的線性調(diào)頻信號，通過功率放大器放大，然后由發(fā)射 天線輻射出去，輻射到被檢測對象后形成的反射回波由接收天線接收，然后經(jīng)過低噪聲放 大器放大，在諧波混頻器內(nèi)由與經(jīng)過接收倍頻鏈路倍頻后的線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完成 模擬去斜操作，變?yōu)檎瓗е蓄l信號，傳輸至中頻放大濾波模塊。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述時鐘分發(fā)模塊采用恒溫晶振作為時鐘分發(fā)模塊的參考。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述中頻增益控制接口還用于控制中頻放大濾波模塊的放大倍數(shù)。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于:所述信號采集模塊的核心部件是兩路高速ADC。11. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于雷達(dá)目標(biāo)極化特性的遠(yuǎn)距離人體隱藏危險(xiǎn)品檢測 儀，其特征在于系統(tǒng)的工作過程如下： (1) 系統(tǒng)啟動之后，在顯控端通過與信號處理與控制模塊之間的通信接口配置系統(tǒng)的 工作參數(shù)，包括脈沖寬度、脈沖周期、脈沖個數(shù)NCO的頻率、中頻增益倍數(shù)、FIR濾波器參數(shù)和 數(shù)據(jù)抽取率;信號處理與控制模塊接收到參數(shù)配置命令后，對命令進(jìn)行解析，重新打包并通 過其與各個子模塊間的接口將命令以指定格式下發(fā)給各個模塊，各個模塊接收到指令后完 成工作參數(shù)配置； (2) 開始檢測后，信號處理與控制模塊以指定的脈沖周期向線性調(diào)頻源模塊發(fā)送觸發(fā) 信號，線性調(diào)頻源模塊接收到觸發(fā)信號后將產(chǎn)生的線性調(diào)頻信號發(fā)送給收發(fā)倍頻鏈路模 塊； 發(fā)射倍頻鏈路模塊將線性調(diào)頻源模塊輸入的線性調(diào)頻本振信號倍頻至系統(tǒng)工作頻段， 經(jīng)過放大后形成探測波通過發(fā)射天線輻射出去； 探測波被被檢測對象反射后，回波的極化方向可能發(fā)生改變;利用兩路接收天線分別 接收與探測波極化方向相同以及與探測波極化方向交叉的回波信號;接收的兩路回波信號 分別經(jīng)過低噪聲放大器放大之后，分別在兩個諧波混頻器內(nèi)和線性調(diào)頻信號進(jìn)行混頻，完 成模擬去斜的過程，變?yōu)橹蓄l窄帶信號，分別輸入至中頻放大濾波模塊； 中頻放大濾波模塊對兩路中頻窄帶信號進(jìn)行放大和濾波操作之后，將處理后的信號輸 入至信號采集模塊； 信號采集模塊對兩路放大后的中頻窄帶信號進(jìn)行模數(shù)變換，并通過采集數(shù)據(jù)上傳接口 將數(shù)據(jù)上傳給信號處理與控制模塊； 信號處理與控制模塊在每一個脈沖周期開始階段開始接收采集數(shù)據(jù)，接收時間與脈沖 寬度時間相同；接收到的采集數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字下變頻、濾波和抽取操作后，被打包并通過通信 接口將數(shù)據(jù)上傳給顯控端； (3)顯控端接收到采集數(shù)據(jù)之后，通過統(tǒng)計(jì)被檢測對象的兩路不同極化回波的強(qiáng)度值 的分布可以判斷被檢測對象是否帶有危險(xiǎn)品； 至此，檢測過程結(jié)束。
【文檔編號】G01V3/12GK105866850SQ201610385565
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月3日
【發(fā)明人】鄧賢進(jìn), 安健飛, 成彬彬, 陸彬, 桑子儒, 劉杰, 崔振茂, 康小克, 黃昆, 林海川, 何月, 蔣均, 趙宇嬌, 繆麗, 田遙嶺, 岑冀娜, 曾耿華, 李彪, 姚軍, 張健, 唐藝倫
【申請人】中國工程物理研究院電子工程研究所