包裹安全檢測系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及基于線性調頻技術、超外差探測原理和全息成像原理的毫米波三維成 像系統，具體地，涉及包裹安全檢測系統和方法。
【背景技術】
[0002] 毫米波的頻率為30GHz到300GHz (波長從1mm到10mm)，在實際工程應用中，常把毫 米波的低端頻率降到26GHz。在電磁波譜中，毫米波頻率的位置介于微波與紅外之間。與微 波相比，毫米波的典型特點是波長短、頻帶寬(具有很廣闊的利用空間）以及在大氣中的傳 播特性。與紅外相比，毫米波具有全天候工作的能力并且可用于煙塵，云霧等惡劣環境下。 在微波頻段越來越擁擠的情況下，毫米波兼顧微波的優點，并且還具備低頻段微波所不具 備的一些優點。
[0003] 具體來說，毫米波主要有以下幾個特點：1、精度高，毫米波雷達更容易獲得窄的波 束和大的絕對帶寬，使得毫米波雷達系統抗電子干擾能力更強;2、在多普勒雷達中，毫米波 的多普勒頻率分辨率高;3、在毫米波成像系統中，毫米波對目標的形狀結構敏感，區別金屬 目標和背景環境的能力強，獲得的圖像分辨率高，因此可提高對目標識別與探測能力4、毫 米波能夠穿透等離子體;5、與紅外激光相比，毫米波受惡劣自然環境的影響小;6、毫米波系 統體積小、重量輕，因此與微波電路相比，毫米波電路尺寸要小很多，從而毫米波系統更易 集成。正是這些獨特的性質賦予了毫米波技術的廣泛應用前景，尤其是在無損檢測和安檢 領域。
[0004] 在毫米波成像發展初期，毫米波成像系統都使用單通道的機械掃描體制，這種成 像體制結構簡單但掃描時間比較長。為了縮短掃描時間，Millivision公司研制了 Vetal25 成像儀，該成像儀除發射掃描系統外，還具有8X8的陣列接收機制，但這種成像儀更適合于 室外大范圍的遠程監測，而且視場不到50厘米。Trex公司還研制了一套PMC-2成像系統，此 成像系統中的天線單元采用了3mm相控陣天線的技術。PMC-2成像系統采用了中心頻率為 84GHz的毫米波，這種成像系統的工作頻率由于接近太赫茲頻段，因而成本較高。Lockheed Martin公司也研制了一套焦平面成像陣列成像系統，其采用的毫米波的中心頻率為94GHz。 TRW公司研制了 一套被動的毫米波成像系統，此套系統采用的毫米波的中心頻率為89GHz。 Lockheed Martin和TRW這兩家公司的成像系統的視場都較小，通常也不到50厘米。
[0005] 現階段在毫米波成像領域，毫米波成像研究成果主要集中在西北太平洋實驗室 (Pacific Northwest National Laboratory)。此實驗室中的McMakin等人，開發了一套三 維全息成像掃描系統，此套成像系統的掃描機制是基于圓柱掃描，并且這套系統已經實現 了毫米波成像系統的商業化。該成像系統采用的是主動成像機制，通過全息算法反演得到 目標的三維毫米波圖像。此項技術已經授權L_3Communications和Save View有限公司，他 們生產出的產品分別用于車站碼頭等場所的安檢系統中和試選服裝之中。但是由于這種系 統采用了384個收發單元，因而成本始終沒法降下來。目前西北太平洋實驗室正致力于更高 頻率的_米波成像系統的開發研制。
[0006]除上面介紹的實驗室和公司外，在英國、美國等國家，也有很多的科研院所和企業 參與了毫米波成像技術的研究，如美國的陸軍海軍空軍研究實驗室和海軍沿海基地等公司 以及Delaware，Arizona等大學、英國的Reading大學、Durham大學和Farran公司等。
[0007] 除英美國之外，德國的微波與雷達研究所(Microwave and Radar Institute)和 德國的航空中心(German Aerospace Center)也有參與毫米波成像技術的研究。澳大利亞 的ICT中心，日本的NEC公司等都有相關毫米波成像研究成果的報道。但是，這些單位的毫米 波研究要么處于實驗室階段，要么研制出的產品價格非常高昂，或者檢測的視場較小。
[0008] 國際上由于政治和民族的原因引起的爭端不斷，爆炸等恐怖襲擊不斷，毒品走私 的不法犯罪活動也日益猖獗。隨著科學技術的發展，不法犯罪份子的犯罪手段越來越隱蔽 和多樣化，安全問題變得日益突出。如何減少恐怖襲擊和走私等違法犯罪活動成為各方關 注的問題，而毫米波三維全息成像檢測系統能夠識別裝在容器或包裹內的違禁品。
[0009] 傳統的安檢設備往往采用的是被動式的毫米波安檢系統，利用物體自身的物理性 能和溫度高低輻射的電磁波來進行成像。例如毫米波攝像機，毫米波可以穿透任何絕緣材 料、所有衣物布料及大多數建筑材料，所以在毫米波攝像機面前，包裹中藏匿的手槍、炸彈、 毒品等違禁物就能夠分辨出來。但是被動式的毫米波安檢系統只能進行二維成像，且被動 式的并不能將吸收能力強的較薄的物體(例如金屬)和吸收能力弱的較厚的物體(例如爆炸 品）區分開來。
[0010] 目前，安檢系統也有采用主動式的微波成像裝置，主動式的微波成像裝置與毫米 波攝像機不同之處是微波成像裝置不是利用物體本身的輻射，而是采用微型雷達發射微波 脈沖和接受回波的安檢系統。由于微波物體，所以微波成像裝置可以輕而易舉地發現物體 內部隱秘部位藏匿的違禁品等物體。但是此種方法也是只能進行二維成像，并且其分辨率 不尚。
[0011]因此，需要一種價格低、視場大的毫米波三維成像檢測系統來實現對包裹的安全 檢測。

【發明內容】

[0012] 本發明的目的在于提供一種結構簡單、分辨率高、成像時間短的包裹安全檢測系 統，其結合毫米波的優點及線性調頻技術可對包裹進行高分辨率的三維成像。
[0013] 根據本發明的一個方面，提供了一種包裹安全檢測系統，包括:發射天線，用于向 被測包裹發送毫米波發射信號;接收天線，用于接收從被測包裹返回的回波信號;毫米波收 發模塊，用于生成發送給被測包裹的毫米波發射信號并接收和處理來自接收天線的回波信 號；掃描裝置，用于固定并移動毫米波收發模塊、發射天線和接收天線;數據采集和處理模 塊，用于采集和處理從毫米波收發模塊輸出的回波信號以生成被測包裹的三維圖像；以及 圖像顯示單元，用于顯示由數據采集和處理模塊生成的三維圖像。
[0014]進一步地，掃描裝置包括:兩塊平面檢測面板，用于支撐毫米波收發模塊、發射天 線和接收天線，被測包裹置于兩塊平面檢測面板之間;兩對導軌，分別設置在每塊平面檢測 面板的兩側，毫米波收發模塊、發射天線和接收天線沿導軌上下移動；以及電機，用于控制 毫米波收發模塊、發射天線和接收天線沿導軌的上下移動。
[0015]進一步地，在每塊平面檢測面板上設置N個毫米波收發模塊、N個發射天線和N個接 收天線，每一個毫米波收發模塊對應一個發射天線和一個接收天線，N個毫米波收發模塊并 排設置以形成一排毫米波收發系統，N個發射天線并排設置以形成發射天線陣列，以及N個 接收天線并排設置以形成接收天線陣列其中N是大于等于2的整數。
[0016]進一步地，N個毫米波收發模塊根據時序控制逐個進行毫米波的發射和接收。
[0017]進一步地，毫米波收發模塊包括:發射鏈路，用于生成發送給被測包裹的毫米波發 射信號；以及接收鏈路，用于接收被測包裹返回的回波信號并對回波信號進行處理以發送 給數據采集和處理模塊。
[0018] 進一步地，發射鏈路包括:第一信號源，第一信號源是工作在第一頻率范圍內的調 頻信號源;第一定向耦合器，第一定向耦合器的輸入端連接至第一信號源，直通端連接至第 一功率放大器;第一功率放大器，對第一定向耦合器的輸出信號的功率進行放大以達到第 一二倍頻器的安全輸入功率范圍；以及第一二倍頻器，將第一功率放大器