亚星游戏官网-www.yaxin868.com

专利名称：用于借助于电磁毫米波检测被遮盖物体的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种借助于毫米波对被遮盖物体、尤其是个人随身携带的物体进行检测的方法。
背景技术：
为了检查诸如飞机乘客这样的人员以发现可疑物体(例如武器或爆炸物)，已知利用毫米波对人员进行扫描的方法。这样的方法和设备在W02006/105997A1以及W02007/028472A1 中有介绍。为了检测人员身体上随身携带的物体，应密集地在毫米波扫描器在所谓的近场中
记录深度轮廓(Tiefenprofil)。借助于该深度轮廓可以检测弱反射物体的反射信号,该反射信号通常被其他深度层(Tiefenschicht)中强反射物体的信号掩盖。信号被强反射物体掩盖的弱反射物体的示例包括强烈反射毫米波的人体皮肤上的具有很小毫米波反射的爆炸物薄膜。位于强反射的地表面之下的弱反射的塑料矿(Plastikminen)的信号同样被掩
至JHL ο通常通过发射并分析极短脉冲或通过频率调制(例如对于FMCW雷达)借助于毫米波来实现深度分辨率(Tiefenauflosung )。fmcw雷达的一种可能的特殊形式是所谓的步进FMCW雷达，其中使用离散的频率，这些频率借助于傅立叶变换被换算回时域中的脉冲。如果要求几厘米的深度分辨率的话，所有这些方法都需要非常大的带宽。因此，对于I. 5cm的深度分辨率，IOGHz的带宽是必需的。在使用步进FMCW雷达的情况下，为了避免伪目标(Scheinziel),频率的相对小的步长是必需的。因此,对于I. 5m的清楚范围(Eindeutigkeisbereich)，允许的最大步长为 IOOMHz。这些要求在技术上是非常难以实现并且要实现的话花费非常高。此外还很难从当局获得使用足够大带宽的许可。因此试图使用模型方法(Modellverfahren)来在带宽很小的情况下获得所需要的分辨率。这些方法非常昂贵并且不能用于实时系统。

发明内容
因此，本发明的任务在于提供一种用于借助于电磁毫米波检测被遮盖物体的方法，该方法使得能够在技术上开销更小地实现良好的深度分辨率。按照本发明，该任务通过以下方式来实现毫米波在照射检查对象时被聚焦到检查对象的不同深度层。其中，聚焦可以物理地或者事后以计算方式来实现。为了执行该方法，设备具有电磁毫米波的发射天线、用于接收被检查对象反射的波的接收天线、分析系统和聚焦元件，由聚焦元件将发射天线所发射的波聚焦到检查对象的不同深度区域。也可以使用组合的发射接收天线。另一设备具有一个或多个电磁毫米波发射天线(I)、一个或多个用于接收被检查对象反射的波的接收天线、分析系统以及用于借助于可调节的相位和幅度将毫米波聚焦到一深度层的装置，其中发射天线和/或接收天线的相位和/或幅度是能调节的。另一设备被构造为使得可以事后(IiachtrMglich )以计算方式(rechnerisch)进行聚焦。该设备具有一个或多个电磁毫米波发射天线(I)、一个或多个用于接收被检查对象反射的波的接收天线以及分析系统，分析系统包括用于借助于所测得的幅度和/或相位事后以计算方式将毫米波聚焦到深度层的装置。其中本发明利用例如通过聚焦元件(例如透镜)实现的聚焦的特性。能量被聚焦到一个点，并且能量在该点之前和之后降低。降低强度取决于射线入射到检查对象上的入射角α，并且因此深度分辨率取决于射线入射到检查对象上的入射角a。因此对象可以基于足够的深度分辨率来区分与天线的不同距离。因此可以以单频率毫米波扫描器实现足够的深度分辨率。作为另一优点还有该方法能应用于实时系统。有利地，聚焦元件同时被构造为反射器。这使得可以节省空间地在聚焦元件和检查对象之间设置发射天线。这是可能的，因为中间范围中波的阴影(Abschattung)对深度分辨率只有很小的影响，而应避免外射线的阴影。


以下借助于实施例详细地介绍本发明。在附图中图I不出了本发明基本原理的不意图；图2至4以示意图示出了多个实施方式。
具体实施例方式以下所述系统用于检查旅客和行李以发现可疑物体(如武器或爆炸物)。该系统能应用于其中用毫米波照射检查对象并且被检查对象反射的毫米波被分析以检测被遮盖的不可见的物体的其他应用。在图I中以用于执行该方法的设备的基本部件示出了该方法的原理。电磁毫米波发射天线I照射聚焦元件2，从发射天线I发射的波被聚焦元件2聚焦到检查对象上。聚焦元件2因此被构造为使得可以将所发射的波的焦点设置到检查对象的不同深度范围3、4上。有利地，聚焦元件2(如在实施例中所示的那样)同时被构造为反射器。优选地，聚焦元件2由相移能电子地调节的发射天线的阵列构成。为了使得能够进行聚焦，发射天线和/或接收天线因此也可以被构造为使得其相位和/或幅度是能调节的。该设备因此包含用于通过调节相位和/或幅度来将毫米波聚焦到一深度层的装置。电磁波被聚焦元件2对准检查对象。其中聚焦被设置为使得焦点首先位于第一深度层3中。因此，最大能量密度位于第一深度层3的前缘(Vorderkante)，而能量密度在第二深度层4被降低。为了接收所发射的波，发射天线I同时被构造为接收天线。同样可能在聚焦元件2的阵列中附加地设置接收天线。因为天线I是发射和接收天线，所以被发射的波所经过的路径与从聚焦元件发出的波相同，仅仅是方向相反。优选通过移动相位来进行对焦点的调节。这例如通过使用贴片天线(Patch-Antennen)作为聚焦元件2中的反射天线来实现。在检查这两个层3、4时，焦深被改变，使得焦距从层3移动到层4中。相反方向的聚焦同样是可能的。检查对象的这两个层3、4因此可以相互分开地被测量并且分别在未示出的分析系统中被分析以便检测被遮盖的物体。有利地，聚焦元件2与检查对象非常靠近地被设置在检查对象之前。与聚焦元件2的适当造型和适当大小共同作用地，因此入射角α可以被形成为尽可能大。这导致深度分辨率改善，因为深度分辨率与波长成正比并且与数值孔径NA的平方成反比。数值孔径被定义为角度α的正弦值。深度分辨率因此平方地随着入射角α的正弦值改善。如果检查对象尽可能靠近地设置在聚焦元件2附近，则入射角可以保持为尽可能大。图2至4示出了本发明的多个实施方式。其中发射和接收天线I设置在聚焦元件2和具有深度层3、4的检查对象之间的区域中。因为在这些实施方式中发射天线I同时
用作为发射波的接收天线，所以设备的节省空间的对称结构是可能的。将发射和接收天线I设置在聚焦元件2和检查对象之间这种设置方式对所期望的深度分辨率只具有非常小的负面影响，因为中间范围中的阴影在这方面只具有很小的影响。外射线的阴影应当被避免以避免对深度分辨率的损害。因此，反射元件2向外尽可能远地延伸到发射和接收天线I之外。因此，数值孔径有利地同时扩大。对于按照图3的实施方式，发射和接收天线I设置在聚焦元件2的阵列中。附加的反射器5将从天线I发射的射线偏转到聚焦元件2，并且将被检查对象的层3、4反射的射线又偏转回接收天线I。对于根据图4的实施方式，聚焦元件2按照凹面镜的方式弯曲构造，以便将毫米波聚焦到检查对象的层3、4中。作为采样和分析方法，使用单频率的方法(例如相位阵列方法(Phase-Array-Verfahren))、多频率的方法(尤其是步进FMCW方法)、或者脉冲雷达方法(Pulsradarverfahren)。对于单频率方法，聚焦使得能够实现检查对象的一深度分辨率。对于多频率的方法，有利地在预给定的带宽的情况下对于一所期望的深度分辨率需要几个频率。对于脉冲雷达方法，可以通过聚焦在深度分辨率相同的情况下减小采样率。可替换地，该设备还可以构造为使得事后以计算方式进行聚焦。分析系统于是包含用于借助于所测得的幅度和/或相位事后以计算方式将毫米波聚焦到一深度层的装置。根据一实施方式，对于以计算方式实现的聚焦，以SAR方法(合成孔径)来进行分析。为了产生其，在已知轨迹上移动发射天线和/或接收天线。可替代地，也可以以逆SAR方法进行分析。于是，在已知轨迹上移动检查对象。也可以与开头介绍的已知的深度分辨率方法结合。因此也可以使用基于模型的方法来进一步改善深度分辨率，并且所需要的频率的数量在步进FMCW方法中可以显著地被限制，因为清楚范围通过聚焦而变得更小。总之，由于足够的深度分辨率，所以可以区分位于不同深度层中并因此与采样装置的距离不同的对象。因此也可以检测被强反射层遮盖的物体。对于用于执行该方法的设备，发射天线和相应的接收天线相邻地并列设置在阵列中，使得它们近似作为组合的准单基地的(quasi-monostatisch)发射和接收天线工作。可替代地也可以在阵列中发射天线和相应的接收天线相互相距一大距离地设置，使得它们作为双基地(bistatisch)或多基地(multistatisch)的天线工作。于是有利地，发射天线和相应接收天线之间的距离大于波长。所有上述天线优选设置在天线阵列中。如果阵列被构造为有源天线阵列，则各个元件的相位和/或幅度是可调节的。如上所述，在用于对人员进行检查的检测设备中电子地执行聚焦。尤其是对于更
小的装置(例如手或鞋扫描仪)，也可以使用准光学的聚焦毫米波的元件，例如准光学的透镜系统。
权利要求
1.一种用于借助于电磁毫米波检测被遮盖物体的方法，其中以毫米波照射检查对象并且分析被检查对象反射的毫米波，其特征在于，毫米波在照射检查对象时被聚焦到检查对象的不同深度层(3，4)。
2.一种用于执行根据权利要求I所述方法的设备，其特征在于，所述设备包括 一个或多个发射天线(I)，用于发射电磁毫米波； 一个或多个接收天线，用于接收被检查对象反射的波； 分析系统；以及 聚焦元件(2)，从发射天线(I)发射的波被聚焦元件(2)聚焦到检查对象的不同深度层(3，4)。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，聚焦元件(2)同时被构造作为反射器。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，聚焦元件(2)是准光学的透镜。
5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，聚焦元件(2)被构造为相移可调节的反射天线的阵列。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，聚焦元件(2)被构造为相位和/或幅度的 变化能电气调节的透射天线的阵列。
7.根据权利要求I至5之一所述的设备，其特征在于，在聚焦元件(2)和检查对象之间设置有针对毫米波的发射和接收天线(I)。
8.一种用于执行根据权利要求I所述方法的设备，其特征在于，所述设备包括 一个或多个发射天线(I)，用于发射电磁毫米波； 一个或多个接收天线，用于接收被检查对象反射的波，其中发射天线和/或接收天线的相位和/或幅度是能调节的； 分析系统；以及 用于借助于能调节的相位和幅度将毫米波聚焦到一深度层的装置。
9.一种用于执行根据权利要求I所述方法的设备，其特征在于，所述设备包括 一个或多个发射天线(I)，用于发射电磁毫米波； 一个或多个接收天线，用于接收被检查对象反射的波； 分析系统，所述分析系统包括用于借助于所测得的幅度和/或相位事后以计算方式将毫米波聚焦到一深度层的装置。
10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在已知轨迹上移动发射天线和/或接收天线中的一个或多个，以生成合成孔径(SAR)。
11.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，在已知轨迹上移动检查对象，并且以逆SAR方法进行分析。
12.根据权利要求9至11之一所述的设备，其特征在于，发射天线和相应的接收天线相邻并列地设置为使得它们近似作为组合的准单基地的发射和接收天线工作。
13.根据权利要求9至11之一所述的设备，其特征在于，发射天线和相应的接收天线相互以大于波长的距离间隔开，并且作为双基地或多基地的天线工作。
14.根据权利要求8至13之一所述的设备，其特征在于，天线构成天线阵列。
全文摘要
在一种用于借助于电磁毫米波检测被遮盖物体的方法中，以毫米波照射检查对象并且分析被检查对象反射的毫米波，毫米波在照射检查对象时被聚焦到检查对象的不同深度层(3，4)。
文档编号G01S13/90GK102803931SQ201080027037
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月18日 优先权日2009年6月19日
发明者M·杰克, C·沃尔兹 申请人:史密斯海曼有限公司