陣列式非線性目標探測系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及的是一種金屬探測領(lǐng)域的技術(shù)，具體是一種陣列式非線性目標探測系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]人工金屬結(jié)構(gòu)物體(主要包括人造金屬和半導體)與自然界中的物體不同，其伏安特性曲線具有特有的非線性特征，在探測領(lǐng)域被稱為非線性目標。非線性目標經(jīng)微波照射后可再輻射產(chǎn)生諧波，其中，人造金屬目標的三次諧波分量能量最大，而半導體目標的二次諧波分量能量最大。接收利用物體的散射諧波來探測特定目標的裝置被稱為非線性目標探測器(或諧波雷達)，目前廣泛用于偵查、反偵察和安全保衛(wèi)等重要領(lǐng)域。實際應(yīng)用中，許多非線性目標的電磁轉(zhuǎn)換效率低，散射諧波很微弱，在環(huán)境噪聲干擾下很容易造成探測器的漏警率或虛警率高的問題，在安全保衛(wèi)部門的郵路檢查應(yīng)用中問題尤為突出。
[0003]經(jīng)過對現(xiàn)有技術(shù)的檢索發(fā)現(xiàn)，中國專利文獻號CN102540262，公開(公告)日2012.07.04，公開了一種非線性結(jié)點探測器，用于探測電子目標；中國專利文獻號CN201011524，公開(公告)日2008.01.23，公開了一種天線與收發(fā)前端一體化設(shè)計的非線性結(jié)探測雷達，包括探測天線和探測雷達主機；中國專利文獻號CN103176181，公開(公告)日2013.06.26，公開了一種調(diào)頻連續(xù)波體制的非線性結(jié)點探測器，包括:調(diào)制信號發(fā)生器，產(chǎn)生調(diào)制信號；壓控振蕩器，受調(diào)制信號控制產(chǎn)生連續(xù)波調(diào)頻信號；但上述技術(shù)均停留在挖掘諧波信號的時域或頻域信息的基礎(chǔ)上。非線性目標的再輻射諧波呈散射態(tài)，并非集束態(tài)，可見諧波信號的空域信息尤其重要。當前的非線性目標探測方法均未考慮諧波信號空域信息的接收利用，因此難以解決問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種陣列式非線性目標探測系統(tǒng)及方法，能夠充分利用電子目標散射諧波的時間和空間信息，實現(xiàn)噪聲環(huán)境下微弱諧波信號目標的尚效探測。
[0005]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0006]本發(fā)明涉及一種陣列式非線性目標探測系統(tǒng)，包括:設(shè)置于檢測容器頂部的發(fā)射模塊、設(shè)置于檢測容器周邊用于接收自激回波的接收模塊以及分別與發(fā)射模塊和接收模塊相連的信號處理模塊，其中:
[0007]所述的發(fā)射模塊包括:發(fā)射天線組和與之相連的發(fā)射單元，其中:發(fā)射單元接收來自信號處理模塊的控制指令并產(chǎn)生所需的發(fā)射信號，發(fā)射天線組向容器內(nèi)發(fā)射電磁波信號。
[0008]所述的發(fā)射天線組包括至少兩個發(fā)射天線以同時發(fā)射兩種不同頻率的電磁波信號。
[0009]所述的接收模塊包括:接收天線陣和與之相連的接收單元，其中:接收天線陣接收容器中金屬反射的自激回波，接收單元對自激回波進行濾波、AD采樣處理后輸出至信號處理模塊。
[0010]所述的接收天線陣包括至少五個子天線，以分別同時接收不同頻段的回波信號；優(yōu)選為同時接收二次諧波和三次諧波。
[0011]所述的信號處理模塊包括:信號處理單元、外部控制單元和顯示單元，其中:信號處理單元分別與外部控制單元(如按鍵控制等)、發(fā)射單元、接收單元和顯示單元相連接，輸出控制指令并接收用戶操作指令、接收視頻信號并轉(zhuǎn)換為累積量特征空間后輸出至顯示單元。
[0012]所述的顯示單元可綜合顯示當前和歷史接收信號信息。
[0013]本發(fā)明涉及上述系統(tǒng)的金屬探測方法，包括以下步驟:
[0014]步驟1、將被探測物件放入探測容器內(nèi)；
[0015]步驟2、通過發(fā)射天線組發(fā)射電磁波照射被探測物件，同時，通過接收天線陣同步接收被探測物件中電子目標散射在空間各方向上的諧波信號；
[0016]步驟3、通過信號處理單元構(gòu)建接收陣列信號的累積量特征空間，并在顯示單元中實時展示；
[0017]步驟4、通過外部控制單元調(diào)整發(fā)射信號功率，并通過顯示單元同步觀察接收信號，獲得最佳效果；
[0018]步驟5、通過顯示單元調(diào)取包括時域信號和累積量信號的歷史相關(guān)信號與當前信號進行對比，根據(jù)參考閾值進行判斷:當二次諧波時域信號或累積量信號強度超過相應(yīng)的參考閾值時，判斷容器內(nèi)存在半導體目標，否則不存在；當三次諧波時域信號或累積量信號強度超過相應(yīng)的參考閾值時，判斷容器內(nèi)存在金屬目標，否則不存在。
[0019]所述的判斷的結(jié)果保存并作為后續(xù)檢測判斷參考。
技術(shù)效果
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明陣列式非線性目標探測器采用陣列天線對電子目標輻射信號進行多通道接收，構(gòu)建接收信號的累積量特征空間，依據(jù)多通道信號在特征空間中的結(jié)構(gòu)信息判斷決策，能夠在噪聲環(huán)境下有效探測僅輻射微弱諧波信號的電子目標。
[0021]本發(fā)明可用于探查隱藏在行李、包裹、郵件等物品內(nèi)的手機、數(shù)碼相機、遙控炸彈、竊聽器、電子存儲介質(zhì)等電子裝置，尤其是復雜環(huán)境中輻射信號微弱的電子目標(比如隱藏在包裹中金屬盒內(nèi)的CF卡)，可廣泛應(yīng)用于各類要害場所安全檢測領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖2為本發(fā)明發(fā)射通路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3為本發(fā)明接收通路結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為本發(fā)明天線陣分布圖；
[0026]圖5為實施例中分別對郵包中空金屬盒和內(nèi)裝CF卡的金屬盒進行檢測的時間累積量特征空間對比效果圖。
【具體實施方式】
[0027]下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施例。
實施例1
[0028]如圖1所示，本實施例陣列式非線性目標探測器的發(fā)射頻率可以為800MHz和900MHz雙頻，可用于探測電子目標，包括:
[0029]按鍵控制單元，與信號處理單元相連接，用于用戶發(fā)出控制發(fā)射功率的指令；
[0030]信號處理單元，與按鍵控制單元、發(fā)射單元、接收單元和顯示單元相連接，用于接收按鍵控制單元的用戶控制指令，控制發(fā)射單元生成所需信號；同時，接收接收單元所傳遞的陣列信號，變換信號到累積量特征空間后傳遞給顯示單元；
[0031]顯示單元，與信號處理單元相連接，用于綜合顯示當前和歷史接收信號的累積量特征空間結(jié)構(gòu)信息；
[0032]發(fā)射單元，與信號處理單元和發(fā)射天線組相連接，用于接收信號處理單元的控制，產(chǎn)生說明書所需的發(fā)射信號；發(fā)射天線組，與發(fā)射單元相連接，包括兩個天線，用于將兩種不同頻率的電磁波信號同時發(fā)射出去；
[0033]接收單元，與信號處理單元和接收天線陣相連接，用于接收接收天線陣傳遞的目標信號，并經(jīng)濾波、混頻、AD采樣等處理后傳遞給信號處理單元；
[0034]接收天線陣，與接收單元相連接，包括五個子天線，用于同步接收電子目標輻射在各方向的回波信號。
[0035]所述的變換信號到累積量特征空間在本實施例中即為短時離散傅里葉變換。
[0036]如圖2所示，所述的發(fā)射天線組為兩個發(fā)射天線Tl和T2，分別與對應(yīng)的濾波器相連接，用于發(fā)射800MHz和900MHz的電磁波信號。
[0037]對應(yīng)上述發(fā)射天線組，所述的發(fā)射單元包括:
[0038]用于產(chǎn)生參考激勵信號的參考源、
[0039]兩個分別與參考源和對應(yīng)的電調(diào)衰減器相連接的鎖相環(huán)，用于頻率鎖定800MHz和900MHz的兩個發(fā)射激勵信號、
[0040]兩個分別與對應(yīng)的鎖相環(huán)和功放相連接的電調(diào)衰減器，用于在信號處理單元的控制下控制激勵信號的幅度，確保輸入到功放的激勵信號幅度在功放要求范圍內(nèi)，同時接收機不會處于飽和工作狀態(tài)、
[0041]兩個分別與對應(yīng)的電調(diào)衰減器和濾波器相連接的功率放大器，用于在信號處理單元的發(fā)射調(diào)制信號下控制脈沖功放，實現(xiàn)對發(fā)射信號的脈沖調(diào)制，發(fā)射調(diào)制信號脈寬為200ps，周期為20ms，占空比為1%,
[0042]兩個分別與對應(yīng)的功放和發(fā)射天線相連接的濾波器，用于將功放輸出的大功率脈沖信號中的干擾濾除。
[0043]如圖3所示，所述的接收天線陣包括:五個接收天線R1、R2、R3、R4和R5，用于接收電子目標輻射的1699.16MHz 二次諧波和2499.52MHz三次諧波。
[0044]對應(yīng)上述接收天線陣，所述的接收單元包括:
[0045]五個分別與對應(yīng)的接收天線和混頻器相連接的濾波器，用于濾除接收信號中的干擾、
[0046]五個分別與對應(yīng)的濾波器和放大檢波器相連接的混頻器，用于將接收信號和本振鎖相信號混頻后輸出10.7MHz中頻信號、
[0047]五個分別與對應(yīng)的混頻器和信號采樣合并器相連接的放大檢波器，用于對10.7MHz中頻信號進行窄帶濾波、放大和檢波處理、
[0048]與五個放大檢波器相連接的信號采樣合并器，用于對五通道信號進行AD采樣和合