專利名稱：用于借助于電磁毫米波檢測被遮蓋物體的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種借助于毫米波對被遮蓋物體、尤其是個(gè)人隨身攜帶的物體進(jìn)行檢測的方法。
背景技術(shù)：
為了檢查諸如飛機(jī)乘客這樣的人員以發(fā)現(xiàn)可疑物體(例如武器或爆炸物)，已知利用毫米波對人員進(jìn)行掃描的方法。這樣的方法和設(shè)備在W02006/105997A1以及W02007/028472A1 中有介紹。為了檢測人員身體上隨身攜帶的物體，應(yīng)密集地在毫米波掃描器在所謂的近場中
記錄深度輪廓(Tiefenprofil)。借助于該深度輪廓可以檢測弱反射物體的反射信號,該反射信號通常被其他深度層(Tiefenschicht)中強(qiáng)反射物體的信號掩蓋。信號被強(qiáng)反射物體掩蓋的弱反射物體的示例包括強(qiáng)烈反射毫米波的人體皮膚上的具有很小毫米波反射的爆炸物薄膜。位于強(qiáng)反射的地表面之下的弱反射的塑料礦(Plastikminen)的信號同樣被掩
至JHL ο通常通過發(fā)射并分析極短脈沖或通過頻率調(diào)制(例如對于FMCW雷達(dá))借助于毫米波來實(shí)現(xiàn)深度分辨率(Tiefenauflosung )。fmcw雷達(dá)的一種可能的特殊形式是所謂的步進(jìn)FMCW雷達(dá)，其中使用離散的頻率，這些頻率借助于傅立葉變換被換算回時(shí)域中的脈沖。如果要求幾厘米的深度分辨率的話，所有這些方法都需要非常大的帶寬。因此，對于I. 5cm的深度分辨率，IOGHz的帶寬是必需的。在使用步進(jìn)FMCW雷達(dá)的情況下，為了避免偽目標(biāo)(Scheinziel),頻率的相對小的步長是必需的。因此,對于I. 5m的清楚范圍(Eindeutigkeisbereich)，允許的最大步長為 IOOMHz。這些要求在技術(shù)上是非常難以實(shí)現(xiàn)并且要實(shí)現(xiàn)的話花費(fèi)非常高。此外還很難從當(dāng)局獲得使用足夠大帶寬的許可。因此試圖使用模型方法(Modellverfahren)來在帶寬很小的情況下獲得所需要的分辨率。這些方法非常昂貴并且不能用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的任務(wù)在于提供一種用于借助于電磁毫米波檢測被遮蓋物體的方法，該方法使得能夠在技術(shù)上開銷更小地實(shí)現(xiàn)良好的深度分辨率。按照本發(fā)明，該任務(wù)通過以下方式來實(shí)現(xiàn)毫米波在照射檢查對象時(shí)被聚焦到檢查對象的不同深度層。其中，聚焦可以物理地或者事后以計(jì)算方式來實(shí)現(xiàn)。為了執(zhí)行該方法，設(shè)備具有電磁毫米波的發(fā)射天線、用于接收被檢查對象反射的波的接收天線、分析系統(tǒng)和聚焦元件，由聚焦元件將發(fā)射天線所發(fā)射的波聚焦到檢查對象的不同深度區(qū)域。也可以使用組合的發(fā)射接收天線。另一設(shè)備具有一個(gè)或多個(gè)電磁毫米波發(fā)射天線(I)、一個(gè)或多個(gè)用于接收被檢查對象反射的波的接收天線、分析系統(tǒng)以及用于借助于可調(diào)節(jié)的相位和幅度將毫米波聚焦到一深度層的裝置，其中發(fā)射天線和/或接收天線的相位和/或幅度是能調(diào)節(jié)的。另一設(shè)備被構(gòu)造為使得可以事后(IiachtrMglich )以計(jì)算方式(rechnerisch)進(jìn)行聚焦。該設(shè)備具有一個(gè)或多個(gè)電磁毫米波發(fā)射天線(I)、一個(gè)或多個(gè)用于接收被檢查對象反射的波的接收天線以及分析系統(tǒng)，分析系統(tǒng)包括用于借助于所測得的幅度和/或相位事后以計(jì)算方式將毫米波聚焦到深度層的裝置。其中本發(fā)明利用例如通過聚焦元件(例如透鏡)實(shí)現(xiàn)的聚焦的特性。能量被聚焦到一個(gè)點(diǎn)，并且能量在該點(diǎn)之前和之后降低。降低強(qiáng)度取決于射線入射到檢查對象上的入射角α，并且因此深度分辨率取決于射線入射到檢查對象上的入射角a。因此對象可以基于足夠的深度分辨率來區(qū)分與天線的不同距離。因此可以以單頻率毫米波掃描器實(shí)現(xiàn)足夠的深度分辨率。作為另一優(yōu)點(diǎn)還有該方法能應(yīng)用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。有利地，聚焦元件同時(shí)被構(gòu)造為反射器。這使得可以節(jié)省空間地在聚焦元件和檢查對象之間設(shè)置發(fā)射天線。這是可能的，因?yàn)橹虚g范圍中波的陰影(Abschattung)對深度分辨率只有很小的影響，而應(yīng)避免外射線的陰影。


以下借助于實(shí)施例詳細(xì)地介紹本發(fā)明。在附圖中圖I不出了本發(fā)明基本原理的不意圖；圖2至4以示意圖示出了多個(gè)實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式以下所述系統(tǒng)用于檢查旅客和行李以發(fā)現(xiàn)可疑物體(如武器或爆炸物)。該系統(tǒng)能應(yīng)用于其中用毫米波照射檢查對象并且被檢查對象反射的毫米波被分析以檢測被遮蓋的不可見的物體的其他應(yīng)用。在圖I中以用于執(zhí)行該方法的設(shè)備的基本部件示出了該方法的原理。電磁毫米波發(fā)射天線I照射聚焦元件2，從發(fā)射天線I發(fā)射的波被聚焦元件2聚焦到檢查對象上。聚焦元件2因此被構(gòu)造為使得可以將所發(fā)射的波的焦點(diǎn)設(shè)置到檢查對象的不同深度范圍3、4上。有利地，聚焦元件2(如在實(shí)施例中所示的那樣)同時(shí)被構(gòu)造為反射器。優(yōu)選地，聚焦元件2由相移能電子地調(diào)節(jié)的發(fā)射天線的陣列構(gòu)成。為了使得能夠進(jìn)行聚焦，發(fā)射天線和/或接收天線因此也可以被構(gòu)造為使得其相位和/或幅度是能調(diào)節(jié)的。該設(shè)備因此包含用于通過調(diào)節(jié)相位和/或幅度來將毫米波聚焦到一深度層的裝置。電磁波被聚焦元件2對準(zhǔn)檢查對象。其中聚焦被設(shè)置為使得焦點(diǎn)首先位于第一深度層3中。因此，最大能量密度位于第一深度層3的前緣(Vorderkante)，而能量密度在第二深度層4被降低。為了接收所發(fā)射的波，發(fā)射天線I同時(shí)被構(gòu)造為接收天線。同樣可能在聚焦元件2的陣列中附加地設(shè)置接收天線。因?yàn)樘炀€I是發(fā)射和接收天線，所以被發(fā)射的波所經(jīng)過的路徑與從聚焦元件發(fā)出的波相同，僅僅是方向相反。優(yōu)選通過移動(dòng)相位來進(jìn)行對焦點(diǎn)的調(diào)節(jié)。這例如通過使用貼片天線(Patch-Antennen)作為聚焦元件2中的反射天線來實(shí)現(xiàn)。在檢查這兩個(gè)層3、4時(shí)，焦深被改變，使得焦距從層3移動(dòng)到層4中。相反方向的聚焦同樣是可能的。檢查對象的這兩個(gè)層3、4因此可以相互分開地被測量并且分別在未示出的分析系統(tǒng)中被分析以便檢測被遮蓋的物體。有利地，聚焦元件2與檢查對象非常靠近地被設(shè)置在檢查對象之前。與聚焦元件2的適當(dāng)造型和適當(dāng)大小共同作用地，因此入射角α可以被形成為盡可能大。這導(dǎo)致深度分辨率改善，因?yàn)樯疃确直媛逝c波長成正比并且與數(shù)值孔徑NA的平方成反比。數(shù)值孔徑被定義為角度α的正弦值。深度分辨率因此平方地隨著入射角α的正弦值改善。如果檢查對象盡可能靠近地設(shè)置在聚焦元件2附近，則入射角可以保持為盡可能大。圖2至4示出了本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施方式。其中發(fā)射和接收天線I設(shè)置在聚焦元件2和具有深度層3、4的檢查對象之間的區(qū)域中。因?yàn)樵谶@些實(shí)施方式中發(fā)射天線I同時(shí)
用作為發(fā)射波的接收天線，所以設(shè)備的節(jié)省空間的對稱結(jié)構(gòu)是可能的。將發(fā)射和接收天線I設(shè)置在聚焦元件2和檢查對象之間這種設(shè)置方式對所期望的深度分辨率只具有非常小的負(fù)面影響，因?yàn)橹虚g范圍中的陰影在這方面只具有很小的影響。外射線的陰影應(yīng)當(dāng)被避免以避免對深度分辨率的損害。因此，反射元件2向外盡可能遠(yuǎn)地延伸到發(fā)射和接收天線I之外。因此，數(shù)值孔徑有利地同時(shí)擴(kuò)大。對于按照圖3的實(shí)施方式，發(fā)射和接收天線I設(shè)置在聚焦元件2的陣列中。附加的反射器5將從天線I發(fā)射的射線偏轉(zhuǎn)到聚焦元件2，并且將被檢查對象的層3、4反射的射線又偏轉(zhuǎn)回接收天線I。對于根據(jù)圖4的實(shí)施方式，聚焦元件2按照凹面鏡的方式彎曲構(gòu)造，以便將毫米波聚焦到檢查對象的層3、4中。作為采樣和分析方法，使用單頻率的方法(例如相位陣列方法(Phase-Array-Verfahren))、多頻率的方法(尤其是步進(jìn)FMCW方法)、或者脈沖雷達(dá)方法(Pulsradarverfahren)。對于單頻率方法，聚焦使得能夠?qū)崿F(xiàn)檢查對象的一深度分辨率。對于多頻率的方法，有利地在預(yù)給定的帶寬的情況下對于一所期望的深度分辨率需要幾個(gè)頻率。對于脈沖雷達(dá)方法，可以通過聚焦在深度分辨率相同的情況下減小采樣率。可替換地，該設(shè)備還可以構(gòu)造為使得事后以計(jì)算方式進(jìn)行聚焦。分析系統(tǒng)于是包含用于借助于所測得的幅度和/或相位事后以計(jì)算方式將毫米波聚焦到一深度層的裝置。根據(jù)一實(shí)施方式，對于以計(jì)算方式實(shí)現(xiàn)的聚焦，以SAR方法(合成孔徑)來進(jìn)行分析。為了產(chǎn)生其，在已知軌跡上移動(dòng)發(fā)射天線和/或接收天線?？商娲?，也可以以逆SAR方法進(jìn)行分析。于是，在已知軌跡上移動(dòng)檢查對象。也可以與開頭介紹的已知的深度分辨率方法結(jié)合。因此也可以使用基于模型的方法來進(jìn)一步改善深度分辨率，并且所需要的頻率的數(shù)量在步進(jìn)FMCW方法中可以顯著地被限制，因?yàn)榍宄秶ㄟ^聚焦而變得更小?？傊?，由于足夠的深度分辨率，所以可以區(qū)分位于不同深度層中并因此與采樣裝置的距離不同的對象。因此也可以檢測被強(qiáng)反射層遮蓋的物體。對于用于執(zhí)行該方法的設(shè)備，發(fā)射天線和相應(yīng)的接收天線相鄰地并列設(shè)置在陣列中，使得它們近似作為組合的準(zhǔn)單基地的(quasi-monostatisch)發(fā)射和接收天線工作?？商娲匾部梢栽陉嚵兄邪l(fā)射天線和相應(yīng)的接收天線相互相距一大距離地設(shè)置，使得它們作為雙基地(bistatisch)或多基地(multistatisch)的天線工作。于是有利地，發(fā)射天線和相應(yīng)接收天線之間的距離大于波長。所有上述天線優(yōu)選設(shè)置在天線陣列中。如果陣列被構(gòu)造為有源天線陣列，則各個(gè)元件的相位和/或幅度是可調(diào)節(jié)的。如上所述，在用于對人員進(jìn)行檢查的檢測設(shè)備中電子地執(zhí)行聚焦。尤其是對于更
小的裝置(例如手或鞋掃描儀)，也可以使用準(zhǔn)光學(xué)的聚焦毫米波的元件，例如準(zhǔn)光學(xué)的透鏡系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種用于借助于電磁毫米波檢測被遮蓋物體的方法，其中以毫米波照射檢查對象并且分析被檢查對象反射的毫米波，其特征在于，毫米波在照射檢查對象時(shí)被聚焦到檢查對象的不同深度層(3，4)。
2.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述方法的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射天線(I)，用于發(fā)射電磁毫米波； 一個(gè)或多個(gè)接收天線，用于接收被檢查對象反射的波； 分析系統(tǒng)；以及 聚焦元件(2)，從發(fā)射天線(I)發(fā)射的波被聚焦元件(2)聚焦到檢查對象的不同深度層(3，4)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，聚焦元件(2)同時(shí)被構(gòu)造作為反射器。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，聚焦元件(2)是準(zhǔn)光學(xué)的透鏡。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，聚焦元件(2)被構(gòu)造為相移可調(diào)節(jié)的反射天線的陣列。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，其特征在于，聚焦元件(2)被構(gòu)造為相位和/或幅度的 變化能電氣調(diào)節(jié)的透射天線的陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求I至5之一所述的設(shè)備，其特征在于，在聚焦元件(2)和檢查對象之間設(shè)置有針對毫米波的發(fā)射和接收天線(I)。
8.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述方法的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射天線(I)，用于發(fā)射電磁毫米波； 一個(gè)或多個(gè)接收天線，用于接收被檢查對象反射的波，其中發(fā)射天線和/或接收天線的相位和/或幅度是能調(diào)節(jié)的； 分析系統(tǒng)；以及 用于借助于能調(diào)節(jié)的相位和幅度將毫米波聚焦到一深度層的裝置。
9.一種用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求I所述方法的設(shè)備，其特征在于，所述設(shè)備包括 一個(gè)或多個(gè)發(fā)射天線(I)，用于發(fā)射電磁毫米波； 一個(gè)或多個(gè)接收天線，用于接收被檢查對象反射的波； 分析系統(tǒng)，所述分析系統(tǒng)包括用于借助于所測得的幅度和/或相位事后以計(jì)算方式將毫米波聚焦到一深度層的裝置。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，在已知軌跡上移動(dòng)發(fā)射天線和/或接收天線中的一個(gè)或多個(gè)，以生成合成孔徑(SAR)。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，在已知軌跡上移動(dòng)檢查對象，并且以逆SAR方法進(jìn)行分析。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的設(shè)備，其特征在于，發(fā)射天線和相應(yīng)的接收天線相鄰并列地設(shè)置為使得它們近似作為組合的準(zhǔn)單基地的發(fā)射和接收天線工作。
13.根據(jù)權(quán)利要求9至11之一所述的設(shè)備，其特征在于，發(fā)射天線和相應(yīng)的接收天線相互以大于波長的距離間隔開，并且作為雙基地或多基地的天線工作。
14.根據(jù)權(quán)利要求8至13之一所述的設(shè)備，其特征在于，天線構(gòu)成天線陣列。
全文摘要
在一種用于借助于電磁毫米波檢測被遮蓋物體的方法中，以毫米波照射檢查對象并且分析被檢查對象反射的毫米波，毫米波在照射檢查對象時(shí)被聚焦到檢查對象的不同深度層(3，4)。
文檔編號G01S13/90GK102803931SQ201080027037
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月19日
發(fā)明者M·杰克, C·沃爾茲 申請人:史密斯海曼有限公司