[发明专利]一种多频点可重构电磁表面快速成像方法

说明书

本发明公开了一种多频点可重构电磁表面快速成像方法，利用接收信号的宽带信息实现高分辨率的距离向聚焦；通过调控可重构阵列阵元对应二极管的通断状态，完成对电磁波的空间相位调制，实现在聚焦平面上的精确聚焦与快速扫描；本发明提出的宽带的可重构电磁表面阵的电扫描快速成像方法，其实波束扫描成像方式与基于合成孔径技术的成像方式具有显著差异，成像处理方法简洁，避免了以往基于合成孔径技术的安检成像中的复杂运算，兼具高距离分辨率和高方位向分辨率的优点，易于布置，应用环境适用性强，可以实现快速的人体安检，可应用于机场和高通量的地铁、火车站等环境下的人体安检。

技术领域

本发明属于安检技术领域，具体涉及一种基于实波束的可重构电磁表面阵 列的多频点电扫描快速成像方法。

背景技术

近年来，公共安全问题引起国际社会的广泛关注。现阶段的袭击事件主要 发生在机场、地铁、车站、广场等人员密集的场所。因此，公共场所的安检问 题也逐渐成为社会关注的焦点，对安检系统的准确性、实时性、智能化和环境 适用性也提出了更高的要求。

人体安检一直都面临着一些技术难题，传统的安全检测设备如金属探测器、 X光成像设备等均存在一些问题。金属探测器能够检测出人体携带的金属违禁 物品，但不能检测如陶瓷刀、塑胶炸弹等非金属违禁物品，且对违禁物品无法 实现精确定位；X光成像设备可以对携带隐匿物品的人体进行高分辨率成像， 但由于X光具有电离性，并不适用于人体安检成像。

利用毫米波进行安检成像是近几年出现的新型安检技术，其具有如安全性 高、穿透性好、不同材料的电磁散射特性具有差异性等优点，已成为目前人体 安检技术的主流发展方向。

目前，世界上主流的毫米波安检成像系统仍存在不同程度的问题：如美国 L3公司的Provision系列，需要机械扫描，成像速度较慢；德国RohdeSchwarz 公司的QPS系统，成本较高，信号处理负荷大、时间长；Smith公司的Eqo，需 要被检人员在成像系统前旋转一周，成像速度较慢。目前这些问题使得已有安 检成像系统无法满足国内的高通量安检需求。

可重构天线是一种新型天线，其它经典成熟天线形式都可设计为可重构天 线的一部分，又因其移相原理也可以丰富多样，所以可重构天线种类很多。随 着研究的不断深入，大家对可重构天线的理解也不断加深，虽然国内外关于这 种新型天线的研究起步较晚，但是已经存在的一些性能较为的优秀的低成本天 线的出现表明关于此天线的研究是非常有意义的，同时具有研究价值和应用价 值。

波束可重构天线主要包括两种类型—反射式和透射式阵列天线，这两类天 线的基本工作原理都为：天线阵列表面接收到从空间馈源照射的电磁波，完成 相位的调制，之后再将能量辐射出去。反射式与透射式的主要区别为：经过相 位调制后的电磁波从哪个方向辐射出去，以可重构天线阵面为分界面，若辐射 方向与来波方向在阵面的同一侧则称为反射式天线，若辐射方向与来波方向在 阵面的不同侧则称为透射式天线。

与传统的抛物面天线和微带阵列天线相比，可重构阵列天线吸收了两者的 优点，同时又克服了各自的不足。如采用空间馈电避免了馈线损耗、简化了馈 电设计复杂度；利用平面结构实现了波束聚焦、便于集成和加工；独立的单元 确保了充足的设计自由度及灵活的性能等。这些优点使得此类天线受到人们的 普遍关注。尤其是2000年以来，随着微带印刷技术的成熟和卫星天线需求的 增长，这类高定向性天线开始得到深入研究，并有望成为新一代高定向性天线 的理想选择。在可重构阵列设计中，因为低成本的需求，目前采用的移相器件 大多为已有的集总开关形式，主要包括半导体PIN二极管和变容二极管。目前设计高性能的加载PIN二极管的1比特波束可重构阵列天线仍是一大研究热 点，本发明主要围绕此种天线类型展开。

但已有的基于实波束的方案大多是基于单频点的扫描方法，无法实现距离 向上的高分辨。以传统相控阵天线为例，大部分阵列采用窄带收发的方式，由 于阵列电尺寸对频率变化较为敏感，若工作在宽带多频情况下会在扫描时产生 栅瓣。且传统的相控阵应用场景为远场，只需要测角，并不需要采用宽带多频 相控阵的形式以实现距离向的高分辨。