机场安检毫米波成像传感器研究

Millimeter-wave (MMW) imaging sensors for airport security screening (ASS) utilize the principle that the intensity and phase changes of MMWs after interacting with the detected human body are correlated to the surface state of the human body to judge whether passengers are carrying concealed contraband through reconstruction of the body surface image, which have the advantages of non-contact inspection, safety and civilization from technology perspectives. However, the existing products or technology exist problems of low imaging resolution, containing some artifacts, and having a weak ability to classify objects. Exploring the solutions to the above common problems and developing new types of data acquisition and processing mechanisms for millimeter-wave imaging have remarkable scientific significance..This project will carry out research on wide-bandwidth and wide-beamwidth MMW holographic imaging method to address the needs of ASS for high resolution MMW image acquisition mechanism. The artifact removal method based on constrainted reconstruction will be studied and the reconstruction method based on MMW anisotropic scattering information will be explored, so as to achieve MMW imaging with high resolution, low artifact and certain ability to classify objects, and to solve the key problems restricting the application of MMW imaging technology in ASS. A MMW imaging sensor prototype for ASS will be constructed and its application research will be conducted to verify the related scientific and technology issues of MMW imaging for ASS. The implementation of this project will lay the foundation for the wide application of MMW imaging technology in the field of ASS.

机场安检毫米波成像传感器利用毫米波与被测人体相互作用后强度和相位的变化与人体表面状态相关这一原理，通过重建体表图像来判断旅客是否随身携带隐匿物，具有非接触检查、安全文明等技术优势，但目前已有的产品或技术存在成像分辨率低、含有一定伪影、物品分类能力弱等问题。探索上述共性问题的解决方法，形成新型毫米波成像数据获取与处理机制具有重要的科学意义。.本项目将开展宽带宽波束毫米波全息成像方法研究，解决机场安检所需的高分辨率毫米波图像获取机制问题；研究基于有约束重建的成像伪影去除方法，探索基于毫米波各向异性散射信息的重建方法，实现高分辨率、低伪影且有一定物品分类能力的毫米波成像方法，解决制约毫米波成像技术在机场安检中应用的关键难题；构建机场安检毫米波成像传感器原型，并开展应用研究，验证机场安检毫米波成像相关科学与技术问题。本项目的实施将为毫米波成像技术在机场安检领域的广泛应用奠定基础。

安检反恐领域的传统思路是以“物”为中心，重在监控车辆、货物、行李中的违禁品。随着中国民航事业的快速发展，旅客运输规模的增大给航空安全保卫带来了巨大的压力。如果爆炸物等危险品通过安检通道带上飞机很可能导致飞机坠落，传统安检手段既侵犯个人隐私，又无法全面发现隐藏于旅客身上的非金属陶瓷刀、小尺寸导爆索等严重威胁航空安全的危险品。在应对上述威胁的技术装备研发中，毫米波成像技术表现出较大优势，更能够满足民航安检的迫切需要。本项目面向机场安检毫米波成像传感器，对其中的成像机制和重建算法进行了深入研究，针对近距离毫米波全息成像的精度和成本问题，改进了成像物理模型，提出毫米波全息成像精确重建方法，首次实现平面扫描的高精度重建；提出基于等效阵列概念的弧形MIMO阵列设计方法，极大地降低了所需的天线数目,且成像分辨率接近理论极限；并进一步提出通过MIMO阵列与介质透镜结合实现快速扫描，在旅客自身行进过程中实时成像。对实现宽带宽波束毫米波电磁能量辐射与接收进行了广泛探索和研究，提出采用非对称介质剔除方法改善平衡对拓维瓦尔第天线的辐射特性，在保持较低交叉极化水平的同时，显著增强波段低端和高端的增益。针对毫米波主动成像中物品区分问题，提出目标散射特性的两种表征方法，分别实现了定性区分目标的表面精细结构和定量测量目标的表面粗糙度，可以对毫米波复杂散射特性进行表征和测量。基于本项目成果研发了毫米波人身安检核心技术并形成国产装备，实现非接触、高效舒适、精准报警的人身安检，相关技术已在国内外多个民用机场安检现场实际应用。