[发明专利]一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法

摘要

本发明公开了一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法，校准系统包括：开关阵列、天线阵、金属校准线、幅相一致性校准模块、相对时延校准模块。本发明通过天线阵测量参考信号，幅相一致性校准模块校准幅度、相位一致性，相对时延校准模块校准相对时延完成一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法。本方法采用金属线对成像系统进行近场校准，金属校准线结构对天线阵辐射场扰动小，因此校准重复性好，能保证校准精度。校准方法只需要对空目标区进行一次测量就能完成校准，无需摆放校准反射体，校准时间少于成像测量时间，可在系统工作间隙随时进行实时校准。

主权项

一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法，其特征在于该方法的具体步骤为：第一步组建校准系统校准系统包括：开关阵列、天线阵、金属校准线、幅相一致性校准模块、相对时延校准模块；开关阵列和天线阵馈线连接；金属校准线置于天线阵的初始位置正前方区域，金属校准线安装角度与地面垂直，金属线与天线阵距离小于等于10厘米；幅相一致性校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的幅度、相位一致性；相对时延校准模块的功能为校准开关阵列和天线阵的相对时延；第二步天线阵测量参考信号在每次扫描启动时，天线阵正对金属校准线；对天线阵电扫描一次，测量金属校准线上产生的反射信号，所记录的测量信号为校准信号；天线阵对空目标区进行一次扫描以测量校准信号，记录空目标区背景信号；在天线阵远离初始启动位置记录的信号为背景信号；用校准信号减去背景信号作为参考信号；第三步幅相一致性校准模块校准幅度、相位一致性幅相一致性校准模块在天线阵中选定一路收发通道作为参考通道，选择位于天线阵中心的收发通道；设天线阵共有N路收发通道，参考通道测量的参考信号是a0，其他收发通道测量的参考信号是a1、a2、…、aN‑1，将其他通道相对于参考通道归一化，计算系统校准值ci：                            ci＝ai/a0                                    (1)在公式(1)中，ci为系统校准值，i＝1，2，…，N‑1；保存系统校准值，完成收发通道幅度、相位一致性校准；第四步相对时延校准模块校准相对时延幅相一致性校准模块完成校准后，相对时延校准模块校准参考通道的相对时延；根据天线阵与成像中心的距离确定信号传播时延理论值T1；设天线阵与成像中心的距离为d1，则成像中心相对时延的理论值：                            T1＝2d1/c                                    (2)在公式(2)中，c为自由空间光速；根据天线阵与金属校准线的距离确定传播路径时延理论值T2；设天线阵中心与金属校准线的距离为d2，天线阵的发射、接收天线中心距离为d3，则金属校准线相对时延的理论值为： T 2 = d 2 2 + ( d 3 2 ) 2 / c - - - ( 3 ) 设天线阵辐射出的宽带步进调频信号共有M个离散频点；参考通道测量的参考信号为B0(fi)，i＝0，1，2，…，M‑1；对B0(fi)进行反傅立叶变换，得到信号随时间变化的函数b0(ti)，i＝0，1，2，…，M‑1；以信号最强反射点的位置作为校准线反射信号时间位置的测量值T3，即求出b0(ti)最大值处的时间位置： T 3 = Δt arg max i = 0,1 , . . . , M - 1 [ b 0 ( t i ) ] - - - ( 4 ) 在公式(4)中，Δt是时间步长，Δt＝1/W，W是测量信号带宽；天线阵到成像中心的实际相对时延T4为：                            T4＝T3‑T2+T1                                    (5)相对时延对宽带步进调频信号不同频率分量将产生不同的相位修正值；在进行成像测量时，由相对时延测量值T4计算相位修正值cT：                cT＝exp(j2πT4fi)，i＝0，1，2，…，M‑1                      (6)在公式(6)中，fi为步进调频信号的频率点，i＝0，1，2，…，M‑1；至此，完成一种用于人体毫米波成像安检系统的近场实时校准方法。