專利名稱：人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法
技術領域：
本發(fā)明涉及人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法。更具體地，本發(fā)明涉及基于毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準的方法。
背景技術：
毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維成像人體安檢系統(tǒng)采取了毫米波主動式柱狀合成孔徑技術實現(xiàn)對待檢人員的非脫衣式安全檢測。處于成本控制要求，柱狀三維數(shù)據(jù)的采集通常采用了圓周方向利用機械旋轉(zhuǎn)掃描，采用開關和天線一維陣列在豎直方向進行快速的電切換技術。目前的安檢門基本采用步進頻率方式工作，即開關和天線一維陣列中的每個通道均需要執(zhí)行等間隔頻率點的連續(xù)波探測工作，由于開關和天線陣列引入的傳輸衰減和傳輸長度的不一致，將導致其每個通道對相同的接收發(fā)射機傳輸信號的幅度和相位不一致，需要對各通道的幅度和相位進行一致性校準，以確保成像質(zhì)量對探測數(shù)據(jù)的要求。
以往對該類型安檢系統(tǒng)通道幅度和相位一致性進行校準時，通常采用的方法是在安檢系統(tǒng)目標中心位置遠距離區(qū)域放置定標體，這種方法的優(yōu)點是可以確保開關和天線一維陣列是在遠距離區(qū)域?qū)Ω魍ǖ赖姆群拖辔贿M行的一致性校準，精度較高，缺點是每次進行校準是需要在待測區(qū)域中心安裝定標體，由于安檢系統(tǒng)工作效率的要求，無法在實現(xiàn)對系統(tǒng)的實時校準，為解決以上問題，需要結合本類型毫米波安檢系統(tǒng)的結構和工作原理探索能夠確保安檢系統(tǒng)開關和天線陣列各通道幅度和相位一致性校準精準度和實時性的新型校準方法。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提供一種人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，實現(xiàn)了各通道幅度和相位一致性校準的精準度和實時性。
該方法包括
結合遠距離校準和首次近距離校準得到各通道的測量數(shù)據(jù)并建立各通道的比對系數(shù)；
在每次案件掃描前，進行該次近距離校準，獲得各通道的該次測量數(shù)據(jù)，利用所述比對系數(shù)修正所述該次測量數(shù)據(jù)得到該次校準數(shù)據(jù)；
利用所述該次校準數(shù)據(jù)對各通道的幅度和相位進行歸一化校準。
進一步地，所述結合遠距離校準和首次近距離校準得到各通道的測量數(shù)據(jù)并建立各通道的比對系數(shù)包括
采集各通道的遠距離幅度測量值和遠距離相位測量值；
采集各通道的首次近距離幅度測量值和首次近距離相位測量值；
將所述遠距離幅度測量值與所述首次近距離幅度測量值進行比對獲得各通道的幅度比對系數(shù)；
將所述遠距離相位測量值與所述首次近距離相位測量值進行比對獲得各通道的相位比對系數(shù)。進一步地，所述在每次案件掃描前，進行該次近距離校準，獲得各通道的該次測量數(shù)據(jù)，利用所述比對系數(shù)修正所述該次測量數(shù)據(jù)得到該次校準數(shù)據(jù)包括采集各通道的該次幅度測量值和該次相位測量值；根據(jù)所述該次幅度測量值和所述幅度比對系數(shù)獲得各通道的該次幅度校準值；根據(jù)所述該次相位測量值和所述相位比對系數(shù)獲得各通道的該次相位校準值。進一步地，所述采集各通道的遠距離幅度測量值和遠距離相位測量值進一步包括各通道對待測區(qū)域中心進行空背景掃描，獲得各通道的空背景幅度值α 和空背景相位值Gij，其中第一個下標表示第i個通道，i = 1，... N，N為通道數(shù)，第二個下標表示第j個頻點，j = 1，. . . M，M為每個通道的步進頻率連續(xù)波的頻率點數(shù)；在待測區(qū)域中心放置遠距離定標體并對其進行掃描，獲得遠距離定標體幅度β u 和遠距離定標體相位Φ。_;確定遠距離幅度測量值)C ,j和遠距離相位測量值巧，其中
cos θ _ Pn cos Φν )2 + [aV sin θ - βη sin Φν )2，
OC Αηθ -β ηφ
% = arc t§ —f"； ^y cos^y-/^； cos^所述采集各通道的首次近距離幅度測量值和首次近距離相位測量值包括在毫米波開關天線陣列的旋轉(zhuǎn)啟動位置的正對面放置近距離定標體并對其進行掃描，獲得所述首次近距離幅度校準值S u和所述首次近距離相位校準值Yij。進一步地，所述將所述遠距離幅度測量值與所述首次近距離幅度測量值進行比對獲得各通道的幅度比對系數(shù)包括計算
Λ XiiΛ 唭中，λ u為各通道的所述幅度比對系數(shù)；所述將所述遠距離相位測量值與所述首次近距離相位測量值進行比對獲得各通道的相位比對系數(shù)包括計算 y =，唭中，COij為各通道的所述相位比對系數(shù)。
'ν進一步地，所述采集各通道的該次幅度測量值和該次相位測量值包括對近距離定標體進行掃描，獲得各通道的所述該次幅度測量值《和所述該次相位測量值A ；所述根據(jù)所述該次幅度測量值和所述幅度比對系數(shù)獲得各通道的該次幅度校準值包括計算4 = 4Λ,，其中，Aij為各通道的所述該次幅度校準值；所述根據(jù)所述該次相位測量值和所述相位比對系數(shù)獲得各通道的該次相位校準值包括計算
Bij = ^11，其中，Bij為各通道的所述該次相位校準值。
進一步地，所述利用所述該次校準數(shù)據(jù)對各通道的幅度和相位進行歸一化校準包括
計算各通道的幅度歸一化校準數(shù)據(jù)Zi和各通道的相位歸一化校準數(shù)據(jù)瓦,，
Av=AiiZAty Sn=BiiIB^
其中，Anj為參考通道的幅度值，Bnj為參考通道的相位值，其中η為i值之一。
本發(fā)明將近距離校準技術與遠距離校準技術結合，通過設置適合于柱狀旋轉(zhuǎn)掃描成像系統(tǒng)的近距離校準目標，在對待安檢人員每次掃描前執(zhí)行近距離校準，而在系統(tǒng)可以在每次開機時利用設置在安檢系統(tǒng)待測區(qū)域中心的遠距離的定標體做高精度的遠距離校準，這樣避免了頻繁使用遠距離定標體的麻煩。通過近距離的實時校準能夠在長時間內(nèi)確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有效提高了基于毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)的工作效率。


下面將參照附圖并結合實施例對本發(fā)明進行具體說明。
圖1為本發(fā)明專利基于毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)近遠距離校準系統(tǒng)的主框圖2為圖1的頂視圖。
具體實施方式
下面結合

本發(fā)明的具體實施方式
。需要強調(diào)的是，本發(fā)明以具有對向旋轉(zhuǎn)并行掃描的雙毫米波開關天線陣列的毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)為例進行說明。本發(fā)明的方法可以用于現(xiàn)有技術中的單一毫米波開關天線陣列的安檢系統(tǒng)，也可以應用于其他技術領域中使用多通道的幅度和相位一致性校準。
如圖1所示，基于毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)包括框架1、并行圖像處理計算機2、旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置3、系統(tǒng)控制裝置4、操控計算機5、 第一毫米波收發(fā)機6、第二毫米波收發(fā)機7、第一毫米波開關天線陣列8、第二毫米波開關天線陣列9、第一掃描區(qū)域10、第二掃描區(qū)11、入口 12、出口 13、第一近距離定標體14、第二近距離定標體15、待測區(qū)域中心遠距離定標體16。
掃描過程為，第一毫米波收發(fā)機6向第一毫米波開關天線陣列8提供探測信號，第二毫米波收發(fā)機7向第二毫米波開關天線陣列9提供探測信號。該系統(tǒng)使用的探測信號為步進頻率連續(xù)波，即連續(xù)的且頻率步進的波。通過系統(tǒng)控制裝置4控制旋轉(zhuǎn)掃描驅(qū)動裝置 3以及第一和第二毫米波收發(fā)機6，7使第一和第二毫米波開關天線陣列8，9分別在第一和第二掃描區(qū)域10，11內(nèi)對所述待測區(qū)域進行并行圓柱旋轉(zhuǎn)掃描，根據(jù)來自第一和第二毫米波收發(fā)機的采集數(shù)據(jù)及該采集數(shù)據(jù)的空間位置信息，并行圖像處理計算機2合成待檢人員的三維全息圖像。
本發(fā)明中，毫米波收發(fā)機向毫米波開關天線陣列提供探測信號，由毫米波開關天線陣列通過中每個天線單元發(fā)射接收探測信號，并由毫米波收發(fā)機對信號進行采集，該過程中，探測信號所經(jīng)過的路徑稱為通道。在進行上述掃描過程之前，首先安檢系統(tǒng)加電后各裝置完成自檢，操控計算機5 提示進入遠距離校準，由第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7分別向第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9發(fā)射接收探測信號，圍繞待測區(qū)域中心進行空背景旋轉(zhuǎn)掃描校準，并由第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7完成數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)存儲到并行圖像處理計算機2，該數(shù)據(jù)包括各個通道在各個探測頻率點下的空背景幅度和相位，即空背景幅度α⑴空背景相位θ iJ7第一個下標表示第i個通道，i = 1，... N，N為通道數(shù)，第二個下標表示第j個頻點，j = 1，. . . M，M為每個通道的步進頻率連續(xù)波的頻率點數(shù)，以下i、j均照此定義。第二步在待測區(qū)域中心放入遠距離定標體16，本實施例中使用圓柱形金屬定標體，由操控計算機控制第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7分別向第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9發(fā)射接收探測信號圍繞待測區(qū)域中心進行金屬定標體旋轉(zhuǎn)掃描校準，并由第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7完成數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)存儲到并行圖像處理計算機2，該數(shù)據(jù)包括各個通道在各個探測頻率點下的遠距離定標體幅度和相位，即 遠距離定標體幅度β 遠距離定標體相位Φ ij將遠距離金屬體定標數(shù)據(jù)與空背景數(shù)據(jù)進行相減作為去除背景噪聲干擾后的遠距離測量數(shù)據(jù)，即遠距離幅度測量值X遠距離相位測量值-M1，其中-.Z1=^aijcosθτ] - βτ] cosφτ]+ ( sin θτ] - βτ] sin φτ]，
α —θ -β《mtj)
% = arc t§ —f"； (^1J ^oseij - βυ cos Φυ第三步在第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9發(fā)射接收探測信號在安檢系統(tǒng)第一掃描區(qū)域10和第二掃描區(qū)11的內(nèi)側(cè)，第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9的旋轉(zhuǎn)啟動位置的正前方，如圖1和2所示，分別放置第一近距離定標體14和第二近距離定標體15。本實施例中近距離定標體使用平板金屬定標體。由操控計算機5提示進入近距離校準后，由第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7分別向第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9發(fā)射接收探測信號，對第一近距離定標體14和第二近距離定標體15進行近距離校準，并由第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7完成數(shù)據(jù)采集并將數(shù)據(jù)存儲到并行圖像處理計算機2，該數(shù)據(jù)包括各個通道在各個探測頻率點下的首次近距離校準幅度和相位，即首次近距離幅度測量值δ…首次近距離相位測量值Y u ；第四步是將第三步獲得的首次近距離測量數(shù)據(jù)與第二步獲得的遠距離測量數(shù)據(jù)進行比值比較，獲得各通道的比對系數(shù)，即
幅度比對系數(shù)、=γ，
相位比對系數(shù) =^，'ν
第五步是在后續(xù)每次對待檢人員掃描前，第一毫米波收發(fā)機6和第二毫米波收發(fā)機7分別向第一毫米波開關天線陣列8和第二毫米波開關天線陣列9發(fā)射接收探測信號， 分別在安檢系統(tǒng)第一掃描區(qū)域10和第二掃描區(qū)11對第一近距離定標體14和第二近距離定標體15分別進行該次近距離校準，得到各個通道在各個探測頻率點下的該次校準數(shù)據(jù)， 即
該次幅度測量值 ，該次相位測量值&，
進一步，將式與λ ”，&與COij分別相乘，即可獲得近距離校準與遠距離校準相結合的各通道的該次校準數(shù)據(jù)，即
該次幅度校準值:4 = ,Λ,，
該次相位校準值Α〗=T^lj ；
第六步是選擇各通道中某一路的幅度和相位值作為參考通道，如選定第η通道， 其中η為i值之一，本實施例中取η = 1，即選擇第1通道參考通道，則第1通道的幅度值用 Alj表示，第1通道的相位值用Blj表示，將其它通道的幅度和相位對參考通道進行歸一化， 完成各開關天線陣列的各通道的幅度和相位的一致性校準，從而得到各通道歸一化數(shù)據(jù)， 即
幅度歸一化校準數(shù)據(jù) = Aij /Alj，
相位歸一化校準數(shù)據(jù) = Bij /Blj。
以上實施過程中開關通道個數(shù)N典型值為128、192、256、384，頻率點數(shù)M典型值為136，271，毫米波開關天線陣列距待測區(qū)域中心圓柱形金屬定標體校準目標距離典型值為700mm、1000mm，圓柱形金屬定標體校準直徑典型值為100mm，高度典型值為2000mm，毫米波開關天線陣列距近距離金屬平板定標體校準目標距離典型值為20mm、50mm，金屬板寬度典型值為100mm，高度典型值為2000mm。
應當理解，以上借助優(yōu)選實施例對本發(fā)明的技術方案進行的詳細說明是示意性的而非限制性的。本領域的普通技術人員在閱讀本發(fā)明說明書的基礎上可以對各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的精神和范圍。本發(fā)明的保護范圍僅由隨附權利要求書限定。
權利要求
1.一種人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，包括結合遠距離校準和首次近距離校準得到各通道的測量數(shù)據(jù)并建立各通道的比對系數(shù)；在每次案件掃描前，進行該次近距離校準，獲得各通道的該次測量數(shù)據(jù)，利用所述比對系數(shù)修正所述該次測量數(shù)據(jù)得到該次校準數(shù)據(jù)；利用所述該次校準數(shù)據(jù)對各通道的幅度和相位進行歸一化校準。
2.根據(jù)權利要求1所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述結合遠距離校準和首次近距離校準得到各通道的測量數(shù)據(jù)并建立各通道的比對系數(shù)包括采集各通道的遠距離幅度測量值和遠距離相位測量值； 采集各通道的首次近距離幅度測量值和首次近距離相位測量值； 將所述遠距離幅度測量值與所述首次近距離幅度測量值進行比對獲得各通道的幅度比對系數(shù)；將所述遠距離相位測量值與所述首次近距離相位測量值進行比對獲得各通道的相位比對系數(shù)。
3.根據(jù)權利要求2所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述在每次案件掃描前，進行該次近距離校準，獲得各通道的該次測量數(shù)據(jù)，利用所述比對系數(shù)修正所述該次測量數(shù)據(jù)得到該次校準數(shù)據(jù)包括采集各通道的該次幅度測量值和該次相位測量值；根據(jù)所述該次幅度測量值和所述幅度比對系數(shù)獲得各通道的該次幅度校準值； 根據(jù)所述該次相位測量值和所述相位比對系數(shù)獲得各通道的該次相位校準值。
4.根據(jù)權利要求3所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述采集各通道的遠距離幅度測量值和遠距離相位測量值進一步包括 對待測區(qū)域中心進行空背景掃描，獲得各通道的空背景幅度值α。.和空背景相位值 Qij，其中第一個下標表示第i個通道，i = 1，...N，N為通道數(shù)，第二個下標表示第j個頻點，j = 1，. . . M，M為每個通道的步進頻率連續(xù)波的頻率點數(shù)。在待測區(qū)域中心放置遠距離定標體并對其進行掃描，獲得遠距離定標體幅度β ij和遠距離定標體相位Φ。_;確定遠距離幅度測量值Xu和遠距離相位測量值巧，其中cos θ _ Pn cos Φν Γ + sin θν - Pn sin Φν )2，OC —θ -β η<!) % = arc t§ —Τ"； (^1J ^oseij-βυ cos Φυ所述采集各通道的首次近距離幅度測量值和首次近距離相位測量值包括 在毫米波開關天線陣列的旋轉(zhuǎn)啟動位置的正對面放置近距離定標體并對其進行掃描， 獲得所述首次近距離幅度校準值S u和所述首次近距離相位校準值Yij。
5.根據(jù)權利要求4所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述將所述遠距離幅度測量值與所述首次近距離幅度測量值進行比對獲得各通道的幅度比對系數(shù)包括計算 λ Xiiy =I，其中，λ ij為各通道的所述幅度比對系數(shù)；所述將所述遠距離相位測量值與所述首次近距離相位測量值進行比對獲得各通道的相位比對系數(shù)包括計算 =，唭中，ω υ為各通道的所述相位比對系數(shù)。
6.根據(jù)權利要求5所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述采集各通道的該次幅度測量值和該次相位測量值包括對近距離定標體進行掃描，獲得各通道的所述該次幅度測量值 <和所述該次相位測量值& ；所述根據(jù)所述該次幅度測量值和所述幅度比對系數(shù)獲得各通道的該次幅度校準值包括計算4 = ，其中，Aij為各通道的所述該次幅度校準值；所述根據(jù)所述該次相位測量值和所述相位比對系數(shù)獲得各通道的該次相位校準值包括計算B, =Y^，其中，Bu為各通道的所述該次相位校準值。
7.根據(jù)權利要求6所述人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，其特征在于，所述利用所述該次校準數(shù)據(jù)對各通道的幅度和相位進行歸一化校準包括計算各通道的幅度歸一化校準數(shù)據(jù)I.和各通道的相位歸一化校準數(shù)據(jù)A A^=A11IAnj ,B11 =BJBiv 其中，Anj為參考通道的幅度值，Bnj為參考通道的相位值，其中η為i值之一。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種人體安檢系統(tǒng)多通道幅度和相位一致性校準方法，包括結合遠距離校準和首次近距離校準得到各通道的測量數(shù)據(jù)并建立各通道的比對系數(shù)；在每次案件掃描前，進行該次近距離校準，獲得各通道的該次測量數(shù)據(jù)，利用所述比對系數(shù)修正所述該次測量數(shù)據(jù)得到該次校準數(shù)據(jù)；利用所述該次校準數(shù)據(jù)對各通道的幅度和相位進行歸一化校準。本發(fā)明將近距離校準技術與遠距離校準技術結合，這樣避免了頻繁使用遠距離定標體的麻煩，通過近距離的實時校準能夠在長時間內(nèi)確保系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，有效提高了基于毫米波主動式高速柱狀旋轉(zhuǎn)掃描三維全息成像的人體安檢系統(tǒng)的工作效率。
文檔編號G01S7/40GK102495396SQ20111036132
公開日2012年6月13日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者馮克明, 年豐, 張冰, 方維海, 楊于杰, 溫鑫, 王暖讓 申請人:北京無線電計量測試研究所