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专利名称：便携式辐射测量成像设备及相应的成像方法
便携式辐射测量成像设备及相应的成像方法本发明涉及一种便携式辐射测量成像设备及相应的成像方法。其特别应用于在例如机场或火车站的场所中检测乘客所携带的物体或行李之中所包含的物体。例如考虑到炸弹袭击的风险，安全性考虑对于世界上所有国家而言都是重要的。现已研发出或正在研发各种检测系统，例如，利用辐射测量检测乘客所携带的金属或其他物体的机场安全门、红外成像系统、以及细菌学(色析法、光谱测定)检测系统。所有这些系统根据它们的技术来提供不同的性能，但是它们也非常昂贵且体积庞大。事实上，目前没有便携式行李检验设备能够例如示出无人看管地留在如火车站或汽车站、高速公路服务区、机场航站楼、地铁等公共场所的行李中的内容。如果在繁忙的公共场所发现可疑行李，会呼叫专业的安全(炸弹处理)服务。根据这些服务的可用性以及根据这些服务的响应的复杂性(在中心位置或郊区位置)，响应时间可能会很长。这些对交通流量的干扰现已成为用户不满的一项因素，并且是主要的经济损失。在车站内出现这种行李例如导致轨道交通的整体瘫痪达数分钟或甚至数小时，并因此导致所有线路上的轨道交通完全变动。为了减少或者甚至消除这些干扰，由此需要能够在不用接触行李或包裹的情况下利用便携式成像设备在现场呈现出可疑行李或包裹的内容的图像。本发明涉及一种所谓的辐射测量设备。这种设备采用远场辐射测量。辐射测量术是相当广义的术语，其说明电离或非电离电磁辐射强度的测量。电离辐射(例如X和Y射线，α和β粒子)在轰击或穿过物质时具有足够的能量将电子与原子或分子分离。相反，非电离辐射(例如无线电波、微波、可见光等)是低能量的。辐射测量设备基于确定称为“温度”的物理量的大小。这种类型的测量所采用的物理原理是测量任何物体在不同于零开尔文(OK)的温度时所发出的、热源的电磁辐射。这种测量的主要好处在于，相比红外测量它们不会侵入更深得多的深度。由此，任何具有不等于OK的物理温度的物体都会沿其拓扑所产生的空间的方向发射噪声功率。因此本发明的目的是提出一种辐射测量设备，其使车站、机场等的合格安保人员能够在不冒风险的情况下查看行李的内容，并确定这些行李本身的危险程度如何。此工具使得能够有快速的响应，同时也具有安全性。其同样也可以由炸弹处理操作人员在其日常呼叫中使用，从而以显著减少对这些人员造成危险的方式在现场确定爆炸物的类型、引爆炸弹的机制等。与这种工具的研发相联系的最重要的问题之一在于设备便携性与图像的空间分辨率之间的冲突。因此，尤其就天线的数量和类型、辐射测量灵敏度、产生图像所需的时间、探测深度、校准每个信道的方法等而言，产生具有合适分辨率的图像遇到困难。此外，所需的设备必须能够通过测量物品所发射的噪声功率来检测尺寸非常小的物品。而且，设备必须具有尽可能低的灵敏度，以检测尽可能低的温度变化。因此，本发明的目的是通过提出一种提供高空间分辨率的灵敏便携式辐射测量成像设备来提供用以解决这些问题中的一些或全部的技术方案。因此，本发明的第一方面涉及一种便携式辐射测量成像设备。所述设备包括至少两个接收器天线，所述至少两个接收器天线用于获取来自物体或物品的第一部位和第二部位的电磁辐射，并将其转换成代表所述辐射的第一信号和第二信号。所述设备还包括接收器模块，所述接收器模块与所述两个天线相关联，用于接收代表辐射的第一信号和第二信号，并将它们转换成第一电信号和第二电信号。所述设备还包括数字处理器单元，所述数字处理器单元用于从第一电信号和第二电信号产生要在显示器上显示为物体或物品的图像的、代表电磁辐射的一个或更多个数据信号。所述设备典型地还包括相关器模块，所述相关器模块用于将第一电信号和第二电信号相关，以产生代表来自于物体或物品的第一部位和第二部位的相交部分的电磁辐射的至少一个信号。因此，由于此相关器模块的缘故，本发明的设备整体尺寸小，由此更加便携，并且其在降低了系统的噪声温度的同时产生具有高空间分辨率的图像。因此，本发明的主要好处涉及使用经由两个接收器模块与两个天线关联的相关器模块。此相关器模块产生经由有关的接收器电路从两个天线接收的信号连同接收器电路的固有噪声一起的相关结果。另外，设置与常见的聚焦光学元件相关的天线，使得它们接收来自于共同的景物区域的信号。此称谓的区域对应于例如天线所视的总区域的一半。由于此缘故，只有来自于两个天线共同区域的信号被相关。因此，相关结果能够将观察到的景物区域限制到两个天线所视的共同区域。因此， 通过此技术，在无机械或数字空间扫描的情况下将空间分辨率提高两倍。此外，考虑到各个接收器信道的固有噪声之间存在很小的相关性或无相关性，因此在相关之后系统的噪声温度趋于零。因此，相关过程消除了系统噪声温度的影响，由此相比常见的辐射计结构而言提供了几种可能性，如相同的积分时间辐射测量灵敏度提高；或相同的辐射测量灵敏度积分时间减少。本发明的变化方案将在以下进行描述，可以单独地或任意组合地考虑这些变化方案。接收器模块中的一个或两个可以包括过渡模块。此过渡模块优选地包括与耦合器连接的噪声注入二极管。此耦合器优选地与低噪声放大器连接。接收器模块中的一个或两个可以包括降频器模块。此降频器模块优选地包括毫米波段混频器和低频低噪声放大器。接收器模块和数字处理器单元可以位于同一半导体芯片上。所述设备可以包括用于将第一电信号和第二电信号转换成相应的第一数字信号和第二数字信号的模块。于是，相关器模块是用于数字信号的数字相关器模块，优选地被集成到处理器单元中。为了在不影响辐射测量灵敏度并且不增加接收器复杂性的情况下实现空间扫描， 优选地是数字地产生相关结果。将来自一个天线的信号相对于来自相邻天线中的一个天线的信号进行时移并针对此时移产生相关结果可改变重叠面积，由于实现空间扫描。数字的相关结果具至少三点好处其能够实现空间扫描、其消除了接收器固有噪声的影响，并且其不过度影响用于辐射测量的时间。以下解释用于数字地产生相关结果的辐射测量结构的操作。每个天线与其接收器模块关联，接收器模块将天线接收到的模拟向量信号转换为处于更低频率的模拟向量信号。这些信号在被数字化以后最初被储存在随机存取存储器中，以便随后能够对它们进行数学上的处理。数字辐射计的灵敏度取决于其固有噪声温度以及取样数量δ T = Tsys/ V N.通过增加取样数量来提高灵敏度。换言之，需要在给定的时间上产生测量，以增加 N并进而增加灵敏度。例如，如果使用以每秒10亿个取样(GS/s)操作的模数转换器(ADC)并且测量花费1/10秒(S)，则N等于1亿个取样。对于每个接收器模块，可以在频域中产生这1亿个取样的向量平均，并且结果(是对模和相位的概念进行组合的向量结果)在被返回到时域之后储存到存储器中。如果便携式照相机具有例如7 X 7个天线的矩阵，则49个接收模块同时获得信号， 也就是，对整个矩阵有1/10秒的总的获取、平均和储存时间。应当注意的是，如果需要速度而非灵敏度，则可以减少获取时间，反之亦然。一旦实现了获取，则设备的随机存取存储器会容纳每个接收器模块的数字向量信号，即总共49个向量信号。就在这一刻，还没有重构图像。为了实现景物的空间扫描以达到使图像数字化的目的，将来自于观察到共同景物区域的两个相邻天线的数字向量信号数学地相关。以不同的时间常数τ (两个信号之间的时移)来实现相关，以针对每个τ值获得与景物区域的一部分所发射的噪声功率成比例的数字向量信号。因此，不实现额外的测量。问题仅仅是将数学处理应用于存储器中所储存的先前的测量结果。景物区域的数字化取决于曾经产生相关结果的延迟τ的值。考虑一个具体例子，如果照相机离景物有1米(m)，如果天线相互间隔2毫米 (mm)，且如果景物平面中所需的空间分辨率为5mm，则通过简单的数学计算(传播速度+几何计算)，要应用的两个数字信号之间的延迟为42飞秒(fs)。
此非常低的值是难以实现的。事实上，可能应用的最小延迟对应于如ADC的取样率所决定的两个取样之间的时移。如果该取样率为lGS/s，则两个取样之间的时移为1纳秒 (ns) ο必须要考虑的是接收器模块包括能够实现降频的毫米波段混频器。如果由景物发射的并由天线接收的(单谐)信号的频率为100千兆赫(GHz)的量级，且毫米波段混频器能使测量的信号的频率降低到1兆赫(MHz)，则降频之前的信号频率与降频之后的信号频率之间的比值达到100000。此比值对应于取决于频率转换方向的时间压缩或扩展。换言之，如果Ins的数字时移应用于已降频的信号，则其对应于降频之前的信号中的IOfs的时移。因此，降频能够产生足够的时移。降频比值越大，能实现的时移值就越小。如上所述，这对于单谐信号正确的。相反，为了从对多谐噪声信号的降频中获得好处，需要在产生相关结果之前数学地处理所述信号。降频器模块的引入使得能够使用取样率不太高(< lGS/s)的ADC。相反，如果有取样率大于200GS/s的ADC可用，则不需降频。为了获得来自于视见共同景物区域的所有天线的信号的相关结果，接收器模块的混频器需要使用同步的局部振荡器信号，即来自相同源的信号。总而言之，依经验的，分配 1/10秒给测量并且将图像数字化。因此，此方案尤其适用于制造高性能便携式辐射测量图像设备。替代地，相关器模块可以是模拟相关器模块，所述模拟相关器模块包括至少一个第一子模块，所述至少一个第一子模块根据被相移的第一电信号和第二电信号而在其输出端生成分别对应于两个输入数字信号之和以及之差的两个信号。第一子模块优选地为具有两个输入端的混合耦合器。模拟相关器模块还可选地包括至少两个平方律检波器子模块，所述至少两个平方律检波器子模块在其输入端接收来自第一子模块的相应输出信号。模拟相关器模块还可选地包括差分放大器子模块，所述差分放大器子模块用于在其两个输入端接收来自每个平方律检波器子模块的相应输出信号。所述设备优选地包括用于将来自模拟相关器模块的一个输出信号或多个输出信号转换成至少一个数字信号的模块，以便由处理器单元来处理该数字信号。接收器模块和相关器模块可以位于相同半导体芯片上。能够产生模拟相关结果的辐射计体系结构如以下的说明来操作。每个天线与其接收器模块关联，所述接收器模块将天线接收到的低振幅模拟向量信号转换成更大振幅的模拟向量信号。在模拟向量信号经接收器模块放大之后，来自己观察到景物区域的一部分的两个相邻天线的模拟向量信号被注入到模拟相关器(由180°混合耦合器、两个平方律检波器以及低频差分放大器构成)的输入端。在模拟相关器的输出端(也就是低频差分放大器的输出端)获得的模拟信号对应于来自两个相邻天线的信号的模拟相关结果。这是振幅与由两个天线视见的共同区域所发射的噪声功率成比例的DC信号。由于事实上与两个相邻天线关联的两个接收器模块的固有噪声之间不相关，因此可以忽略噪声对相关结果的影响，因此使得能够具有低的噪声温度Tsys。类似地，由两个天线所非同时观察到的景物区域辐射的噪声功率不相关。由于此缘故，该噪声功率不出现在相关结果中。模拟辐射计的灵敏度取决于其固有噪声温度 (Tsys)、其带宽⑶以及信号积分时间(τ )，如下δ T = Tsys/ VBt.已知Tsys与相关结果联系较弱，故主要通过增加带宽或积分时间来实现灵敏度的提尚。与数字相关辐射计体系结构相反的是，模拟相关器的输出端的信号为DC信号(仅包含振幅信息)。因此，凭经验此体系结构不能实现数字空间扫描。为了将图像设备所覆盖的景物区域数字化，需要以机械方式实现空间扫描。换言之，需要使用精确的机械设备来沿着空间中的X和Y两个方向控制光学与天线系统 (optics-and-antenna system)的辐射图，以便扫描景物区域。需要产生针对每个位置的测量。由于此缘故，与仅实现一次测量的数字相关结构相比，此处产生的是与景物中存在的像素一样多的测量。因此，重要的是要将积分时间限制为尽可能低的值。由于此缘故，低的积分时间不会影响辐射测量灵敏度，优选的是使系统的带宽最大化。此方案同样适用于制造高性能便携式辐射测量成像设备。本发明的第二方面涉及一种辐射测量成像方法。所述方法包括以下步骤至少第一接收器模块和第二接收器模块接收第一信号和第二信号并将它们转换为电信号，所述第一信号和第二信号分别代表由第一天线和第二天线所获取的来自物体或物品的第一部位和第二部位的辐射。所述方法还包括以下步骤数字处理器单元从第一电信号和第二电信号产生代表电磁辐射的、要被显示在显示器上作为所述物体或物品的图像的至少一个数字信号。所述方法还特征性地包括以下步骤将第一电信号和第二电信号相关，以形成代表来自物体或物品的第一部位和第二部位的相交部分的电磁辐射的至少一个信号。在第一变形方案中，第一电信号和第二电信号被转换器模块分别转换成第一数字信号和第二数字信号。于是，相关步骤是应用于所述数字信号的数字相关步骤。在此情况下，尤其为了消除由接收器系统的降频和滤波导致的影响，可以在相关之前提供对第一数字信号和第二数字信号的数学处理(见以下)。数字相关步骤可以包括至少一个以下的步骤从第一数字信号和第二数字信号计算出至少一个数字相关信号，所述至少一个数字相关信号代表来自于物体或物品的第一部位和第二部位的相交部分的电磁辐射；至少一个以下的步骤通过计算产生至少一个第三数字信号，所述第三数字信号代表来自相邻于第一部位和/或第二部位的区域的电磁辐射。至少一个以下的步骤从第一数字信号和/或第二数字信号以及第三数字信号计算出至少一个数字相关信号，所述至少一个数字相关信号代表来自物体或物品的第一部位和/或第二部位与所述相邻区域的相交部分的电磁辐射；
此外，通过计算产生代表来自相相邻的第一部位和/或第二部位的区域的电磁辐射的第三数字信号的步骤可以包括以下步骤将第一数字信号和/或第二数字信号时移或相移。在第二变形方案中，相关步骤为直接向第一电信号和第二电信号应用模拟相关步骤。于是，此步骤生成至少一个电输出信号，所述至少一个电输出信号被转换器模块转换为至少一个数字信号，以便由处理器单元进行处理。在此情况下，相关步骤可以包括产生对应于第一电信号和第二电信号之和以及之差的两个电信号。在阅读了以下对所述设备的优选实施例以及实施所述方法的描述之后，本发明的其他特征和优点将变得更加完全清晰，借助于仅为非限定性的例子并参照附图给出所述描述，在附图中

图1A、1B示意性地示出检测来自于物体或物品的部位的电磁辐射的例子；图2A、2B示意性地示出在图IA和图IB的例子中本发明设备的辐射测量检测分辨率，重叠区域被突出显示；图3示意性地示出本发明的设备的第一个实施例；图4A、4B示意性地示出本发明设备的辐射测量检测分辨率以及凭经验的多次数字相关的方法图5示意性地示出本发明的设备的第二个实施例；图6A、6B示意性地示出检测来自于物体或物品的电磁辐射的另一个例子；以及图7示意性地示出在图6A和图6B的例子中本发明设备的辐射测量检测分辨率， 重叠区域被突出显示；辐射测量设备的目的是测量物品所生成的噪声功率。通常，在此类型的设备中，天线接收由存在于景物中的物体所辐射出的并具有某一温度的噪声功率。此噪声功率被传送给接收器，所述接收器将此噪声功率转换成具有与所述温度成比例的值的DC电压。系统的前校准或原位(in situ)校准使得能够将此电压与物体温度的真实值关联。当检测是模拟型的时，这种设备的灵敏度与积分器的积分时间(测量时间)与系统带宽相乘的乘积的平方根成反比δ T = Tsys/ V (B τ )其中Tsys是天线与平方律检波器之间的系统的噪声温度；B是接收器的带宽；τ是积分器的积分时间。因此，如果期望在不明显增加积分时间的情况下降低灵敏度，要求接收器具有尽可能大的带宽，连同具有尽可能最低的系统噪声温度。已知的设备是通过作用于带宽B和积分时间τ以增加Βτ并由此减小δΤ(由此增加灵敏度)，而本发明的设备利用上述和以下将具体描述的相关来作用于Tsys。在不增加带宽B或积分时间τ的情况下，减小Tsys就减小了 δ Τ(由此增加灵敏度)。同样地，在不增加ST的情况下，减小Tsys就减小了带宽B和/或积分时间τ，由此没有降低灵敏度。当检测是数字型的时，设备的灵敏度与在给定时间上所处理的取样数量的平方根成反比δ T = Tsys/ V N其中Tsys是天线与模数转换器之间的系统的噪声温度；N是与转换器的取样率乘以给定时间的乘积相对应的所接收到的取样数量。因此，为了在不明显增加获取时间的情况下降低灵敏度，需要噪声尽可能最低的接收器、以及取样率尽可能最高的模数转换器。再一次，尽管已知的设备力图通过增加N来作用于N从而减小δ T (并且由此提高灵敏度)，但是本发明的设备是通过上述和以下将更详细描述的相关方法来作用于Tsys。在不增加N的情况下，减小Tsys就减小了 δ T(由此增加灵敏度)。同样地，在不增加δ T的情况下，减小Tsys就减小了 N，由此没有降低灵敏度。由于本发明的目的是提供一种能够通过测量发射出的噪声功率来检测非常小的物品的设备，因此此设备必须具有一个或多个天线的辐射图，其具有尽可能最低的半功率孔径角。此外，天线的辐射图的副瓣必须尽可能小。同样地，每个单独像素Ρ1、Ρ2、Ρ3、Ρ4，即每个天线1、2、四所视的景物区域，必须通过以机械方式或以电子方式扫描而被离散化(见图IA和1Β)。以机械方式扫描是指借助于能沿着景物平面中的X和Y两个方向运动动态地观察景物的机械元件通过两个角度来控制光学与天线系统的辐射图。以电子方式扫描是指将一个天线所拾取的信号相对于另一天线所拾取的信号进行时移。这意味着两个天线观察到共同的景物区域，由此意味着信号全部相关或部分相关。因此，时移具有减少共同的景物区域的作用。通过实现多次时移并将所得结果进行组合，可以将景物像素化(Pixelize)。此外，由于本发明的目的是提供一种具有尽可能最小的灵敏度的设备，以检测最小的温度变化，所以此设备需要具有非常高的增益以及最小的插入损耗的高定向天线。而且，接收器的固有噪声必须尽可能低，或者甚至为零。同样地，系统的校准必须非常精确，以在测量过程中周期考虑接收器的增益变化。另外，在模拟处理的情况下，如下面解释的，在平方律检波器的输出端(也就是在接收器的输出端)存在具有积分常数τ的积分器，该积分常数必须要高的，以提高灵敏度。在数字处理的情况下，如也在下面解释的，在平方律检波器的输出端存在具有取样率的模数转换器，该取样率必须要高的，以提高灵敏度和空间分辨率。如图IA示意性示出的，本发明的设备包括光学元件27，所述光学元件27具有优选以有利于设备便携性的方式而确定的特性。光学元件27例如可以是透镜。举例而言，辐射元件1、2、四是拓扑被调整为用以实现所需谐振频率的印刷的天线1、2、四(片状天线、八木天线(yagi)、对数周期天线等)。这些天线1、2、四设置在支承件观上，并与各自的接收器连接。
图IA和IB示出了光学元件27加上印刷的天线1、2、四的组合，连同对辐射原理的简要说明。在此例中，天线1、2、四的矩阵由7X7个天线1、2、四(图1A)构成。位于矩阵中央的天线2沿着与光学元件27的平面垂直的轴线辐射。位于中央天线2左侧的天线四沿着相对于与光学元件27的平面相垂直的轴线向右倾斜的轴线辐射， 而位于中央天线2右侧的天线1沿着相对于与光学元件27的平面相垂直的轴线向左倾斜的轴线辐射。为了获得两个相邻的天线之间的最佳重叠区域(见图2A和2B)，需要正确地定位天线1、2、四。此重叠区域优选地对应于天线所覆盖的区域的一半。根据本发明，如参照图3和图4所描述的两个例子所示的，因此每个接收器天线1、 2与相应的接收器模块5、6关联。两个天线1、2分别用于获取来自物体或物品的部位PI、P2(见图IA和1B)的电磁辐射ri、r2 (见图IA和1B)，并将此辐射转换为代表辐射ri、r2的第一信号S1和第二信号
S2 O因此，这两个接收器模块5和6分别用于接收代表辐射巧、r2的第一信号S1和第二信号s2，并将这些信号Sl、S2转换为第一电信号Se1和第二电信号se2。而且，提供数字处理器单元3用于响应于第一电信号Se1和第二电信号W2来产生代表电磁辐射的一个或更多个数字信号，以便将这些数字信号显示在显示设备上作为物体或物品的图像，所述显示设备未在图中示出。此数字处理器单元3包括连接到现场可编程门阵列(FPGA)逻辑电路20的存储器 18和微处理器19。最后，提供相关器模块4用于直接或间接地将第一电信号和第二电信号相关，以形成代表来自于部位Pl和P2的相交部分的电磁辐射的一个或更多个信号。如以下更加详细描述的，图3和图5的配置根据相关器模块4所实现的相关是数字的(图3)还是模拟的(图5)而有所不同。每个接收器模块5、6可以包括天线接收器过渡模块7。过渡模块7优选地包括连接到单向耦合器9的过渡元件11和噪声注入二极管8。 耦合器9连接到低噪声放大器10。周期使用单向耦合器9和噪声二极管8的组合以确定接收器5、6的增益。低噪声放大器10在毫米波段或甚至亚毫米波段运行。此放大器10应优选地具有最大的增益和最小的噪声因数来限制接收器5、6的噪声温度，并应当首要地消耗最小的电能以防止接收器5、6的自发热。如图3的实施例所示，可以在过渡模块7的输出端提供降频器模块12。此无源或有源的降频器模块12将来自于天线1、2的信号调换到特定频带。此降频器模块12优选地包括毫米波段混频器13和低频低功率放大器。因此，混频器13的输出信号被滤波，然后被有力地放大，以便被数字化及储存到存储器中。因此混频器13在其输入端接收来自过渡模块7的信号以及来自本地振荡器的信号。来自本地振荡器的信号优选地不直接产生在毫米(亚毫米)波段。CN
事实上，接收器5、6的组中的所有本地振荡器都必须同步，这意味着要使用相同源。来自每个降频器模块12中的本地振荡器的此信号的标称功率通常接近于10分贝毫瓦 (decibels referenced to one milliwatt，dBm)。由于此缘故，在具有 49 个接收器 5、6 (也就是具有7X7个天线的矩阵)的例子中，用于为接收器组生成本地振荡器信号的源必须产生约1瓦(W)的功率。此功率非常高，并且难以用耿氏二极管(Gurm diode)源、或例如固态放大器来实现。这就是为什么优选地使用耿氏二极管运行在厘米波段的波长并以低相位噪声传递足够高的电能的原因。来自于厘米波段源的信号在经毫米波段(或亚毫米波段)的中等功率放大器16放大之前到达毫米波段乘法器15，以实现足以驱动每个混频器13的功率。此外，可以利用锑技术，例如与江崎二极管(Esaki diode)或异质双极晶体管 (HBT)混频器体系结构相结合，来实现需要低功率本地振荡器信号的混频器13。基于半导体锑的异质结构使隧道晶体管能够实现为在处于非常低的偏压时生成非线性，这对于实现从控制的本地晶体管接收低功率的混频器而言是必要的物理条件。应当理解的是，在单谐信号的情况下，对于给定取样率而言降频越多，空间扫描的空间分辨率就越好。相反地，在噪声信号、即多谐信号的情况下，对于给定取样率，为了通过增加降频来获得空间扫描的提高的空间分辨率，尤其需要在进行相关之前，通过为降频信号的每个谐波补偿降频所带来的影响而进行信号处理，并且需要将天线和接收器模块的滤波效果解卷禾只(deconvolute)。事实上，如果降频信号是单谐类型，则由借助于混频器的降频所引起的时间扩展现象是完全有效的。因此，例如如果100GHz的正弦信号出现在单边带(上边带)混频器13的输入端， 并且来自本地振荡器的信号频率为99. 99GHz，则在混频器13的输出端的信号具有IOMHz的频率。因此，混频器13的输入端的信号与混频器13的输出端的信号之间的降频比等于 10000。如果将2ps的时移加到混频器13的输入端的射频信号上，则这将在混频器13的输出端引起10000倍的时移，即20ns的时移。因此，如果混频器13的输入端的有用信号为单谐信号，则降频器模块12的使用使得可以利用取样率不太高(< lGS/s)的ADC。相反地，如果有取样率在200GS/s以上的ADC可用，则不再需要降频。然而，在本发明中，天线1、2所收集和测量的信号是辐射测量信号，即具有有限带宽的噪声信号(由天线和有关接收器的带宽所致)。因此此信号是多谐信号。为了利用模块12的降频器所带来的物理特性(根据转换方向的时间压缩和扩展)，所测量的信号必需是单谐的。由于此缘故，在本发明的情况下，需要生成单谐信号，并且利用所述单谐信号来图示出景物。换言之，需要在保留本发明的数字空间扫描以及获取方法的同时使系统“活动”。
如上所述的，在辐射测量配置中，照相机测量由物体在不同于绝对零度的温度下发射出的自然微波热辐射。此热辐射与包括1个以上的谐波的噪声信号等效。例如，如果在混频器13的输入端注入中心处于99. 5GHz频带宽度为IGHz的噪声信号，并且本地振荡器的频率为99GHz，则在混频器13的输出端的信号具有中心位于 0. 5GHz具有IGHz的频带宽度。混频器13的输入信号的IOOGHz频率的谐波在此混频器13的输出端被下降为 IGHz频率的谐波。这表示降低因数为100。相反，对混频器13的输入信号的99GHz谐波而言降低因数为无穷大，因为混频器 13的输出端的频率为零。因此，发现降低因数在整个频带上根本不是恒定的，如以下的曲线图1所示，曲线图1示出了中心位于99. 5GHz的IGHz带宽的噪声信号的降低因数A随混频器13的输入信号的频率FRF的变化。
权利要求
1.一种便携式辐射测量成像设备，包括至少第一接收器天线和第二接收器天线(1，2)，所述至少第一接收器天线和第二接收器天线(1，幻用于拾取来自物体或物品的第一部位和第二部位(Pl，P2)的电磁辐射(r1; r2)，并将所述电磁辐射转换成代表所述辐射Ovr2)的第一信号和第二信号(si，s2)；至少第一接收器模块和第二接收器模块(5，6)，所述第一接收器模块和第二接收器模块(5，6)与所述第一天线和第二天线(1，2)关联，用于接收代表所述辐射Ovr2)的所述第一信号和第二信号(S1，s2)并将所述第一信号和第二信号转换成第一电信号和第二电信号 (Se1, se2)；以及数字处理器单元(3)，所述数字处理器单元C3)用于从所述第一电信号和第二电信号 (Sei，se2)产生代表所述电磁辐射的、要显示在显示器上作为所述物体或物品的图像的至少一个数字信号；所述设备的特征在于还包括相关器模块G)，所述相关器模块(4)用于将所述第一电信号和第二电信号(Se1, se2)相关，以形成代表来自所述物体或物品的所述第一部位和第二部位(P1，P》的相交部分的电磁辐射的至少一个信号。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一接收器模块和/或所述第二接收器模块(5，6)包括过渡模块(7)，所述过渡模块(7)优选地包括连接到耦合器(9)连接的噪声注入二极管(8)，所述耦合器(9)优选地与低噪声放大器(10)连接。
3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一接收器模块和/或所述第二接收器模块(5，6)包括降频器模块(12)，所述降频器模块(1 优选地包括毫米波段混频器 (13)和低频低噪声放大器(14)。
4.如权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，所述接收器模块(5，6)和所述数字处理器单元(3)位于相同半导体芯片上。
5.如权利要求1至3中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括用于将所述第一电信号和第二电信号(se” se2)转换成第一数字信号和第二数字信号(sni，sn2)的模块 (17)，并且特征在于，所述相关器模块(4)是用于将所述数字信号(Sn1, sn2)数字相关的模块G)，并且优选地被包括在所述处理器单元(3)中。
6.如权利要求1至4中任何一项所述的设备，其特征在于，所述相关器模块(4)是模拟相关器模块G)，所述模拟相关器模块(4)包括至少一个第一子模块(21)，所述至少一个第一子模块的输入端接收所述第一电信号(Se1)和被相移的所述第二电信号(W2)，且用于在其输出端生成分别对应于所述输入信号之和以及之差的信号。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于，所述第一子模块是具有两个输入的混合華禹合器(21) ο
8.如权利要求6或7所述的设备，其特征在于，所述相关器模块(4)包括至少两个平方律检波器子模块02，23)，所述至少两个平方律检波器子模块(22，2 用于在相应的输入端接收所述第一子模块的输出信号，并且，所述相关器模块(4)可选地包括差分放大器子模块(M)，所述差分放大器子模块04)用于在相应的输入端接收所述平方律检波器子模块02，23)的输出信号。
9.如权利要求6至8中任何一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括模块(17)，所述模块(17)用于将所述相关器模块(4)的一个或多个输出信号转换成要由处理器单元(3)来处理的至少一个数字信号(Sn1)。
10.如权利要求6至9中任何一项所述的设备，其特征在于，所述接收器模块(5，6)和所述相关器模块(4)位于相同半导体芯片上。
11.一种辐射测量成像方法，包括以下步骤至少第一接收器模块和第二接收器模块(5，6)接收第一信号和第二信号(Sl，s2)并将所述第一信号和第二信号转换成电信号(se” ，所述第一信号和第二信号(Sl，s2)代表由第一天线和第二天线(1，幻获取的来自物体或物品的第一部位和第二部位(P1，P》的辐射(r1 r2)；以及数字处理器单元C3)从所述第一电信号和第二电信号(se” se2)产生代表所述电磁辐射(r1;r2)的、要显示在显示器上作为所述物体或物品的图像的至少一个数字信号；所述方法的特征在于还包括以下步骤将所述第一电信号和第二电信号(Se1, se2)相关以形成代表来自于所述物体或物品的所述第一部位和第二部位(Pl，P2)的相交部分的电磁辐射的至少一个信号。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一电信号和第二电信号被转换器模块(17)转换成第一数字信号和第二数字信号(sni，sn2)，并且，特征在于，将所述相关步骤应用于所述数字信号(Sn1，sn2)。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述相关步骤包括以下步骤至少一个以下步骤从所述第一数字信号和第二数字信号(sn” sn2)计算出代表来自于所述物体或物品的所述第一部位和第二部位(Pl，P2)的相交部分的电磁辐射的至少一个数字相关信号；至少一个以下步骤通过计算来产生代表来自与所述第一部位和/或所述第二部位 (Pl, P2)相邻的区域的电磁辐射的至少一个第三数字信号；以及至少一个以下步骤从所述第一数字信号和/或第二数字信号以及从所述第三数字信号计算出代表来自于所述物体或物品的所述第一部位和/或第二部位(P1，P》与所述相邻区域的相交部分的辐射的至少一个数字相关信号。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，通过计算来产生代表来自与所述第一部位和/或所述第二部位(P1，P》相邻的区域的电磁辐射的所述第三数字信号的步骤包括以下步骤将所述第一数字信号和/或第二数字信号(sn” sn2)进行时移或相移。
15.如权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤计算代表来自于所述物体或物品的所述第一部位和第二部位(Pl，P2)的相交部分的电磁辐射的数字相关信号与代表来自于所述物体或物品的所述第一部位和/或第二部位(P1，P》和所述相邻区域的相交部分的电磁辐射的数字相关信号之差。
16.如权利要求11所述的方法，其特征在于，将所述相关步骤直接应用于所述第一电信号和第二电信号(se” ，并且所述相关步骤生成至少一个电输出信号，所述至少一个电输出信号被转换器模块(17)转换成至少一个数字信号(Sn1),以由处理器单元(3)进行处理。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述相关步骤包括以下步骤产生分别对应于所述第一电信号与被相移的所述第二电信号之和以及之差的两个电信号。
全文摘要
本发明涉及一种便携式辐射测量成像设备及相关方法，其找到一种用以在例如机场或火车站检测乘客所携带的物体、或者行李之中所包含的物体的特定应用。所述设备包括多个接收器天线(1，2)，所述多个接收器天线(1，2)用于获取来自物体或物品的多个部位(P1，P2)的电磁辐射，并将它们转换成代表所述辐射的多个信号；多个接收器模块(5，6)，所述多个接收器模块(5，6)与天线相连，用于接收代表辐射的信号并将它们转换成多个电信号；以及数字处理器单元(3)，所述数字处理器单元(3)用于响应于电信号以产生代表电磁辐射的、用于显示在显示器上作为物体或物品的图像的一个或更多个数字信号。提供相关器模块(4)用于将电信号相关，以形成代表来自物体或物品的两个部位的相交部分的电磁辐射的信号。
文档编号G01K11/00GK102422137SQ201080019157
公开日2012年4月18日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年4月30日
发明者克里斯托夫·加基埃雷, 尼古拉斯·图弗南, 尼古拉斯·韦拉斯, 弗雷德里克·比埃-埃尔克曼, 西蒙·万德恩布鲁克, 马蒂厄·韦尔坎 申请人:微波特性中心