1. 什么是毫米波
毫米波(Millimeter—wave)是指频率范围在30GHz-300GHz之间的电磁波,波长在10mm-1mm,其在频谱上的位置介于红外线和微波之间。由于其独特的频率特性,毫米波表现出了良好的穿透性和高分辨率优势,可作为探测手段进行人体安全检测应用。
毫米波安全检查设备在不直接接触人体的情况下,发射出的毫米波可以穿透衣物并有效检测出藏匿于衣物下的金属和非金属物品,能够精确定位危险物品藏匿部位;且无电离辐射,对人体安全无伤害。
毫米波安检设备以无侵犯、低感知的方式快速完成高通量安检,是在人工手检和金属探测器等传统安检基础上的技术革命。
2. 毫米波成像技术介绍
毫米波成像技术基于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,利用毫米波对常规衣物的穿透能力进行人体表面成像。毫米波成像系统向人体发射一定频率范围的毫米波信号,毫米波穿透衣物后,被人体表面或者衣物隐匿的物体反射或散射,系统接收返回的毫米波信号,记录其幅度和相位信息并重建出人体表面图像,从该图像中进而确定是否随身携带隐匿嫌疑物品:包括金属、液体、爆炸物、粉末、陶瓷及刀具枪支等武器。
3. 毫米波设备类型介绍
1)圆柱式
圆柱式扫描可实现图像快速重建,扫描角度大,成像信息丰富,对腋下和身体两侧的检出实现有效覆盖,可生成3D动图,视觉效果更佳。
2)平板式(电扫描)
实现相对简单,以全电子的方式进行二维扫描,成像速度快。由于其天线数量巨大,因此造价较高;单次扫描可呈现人体正面、背面两张图像,人体侧面相对模糊。
3)平板式(机械+电扫描)
实质上是对扫描速度和成像分辨率的折中处理,以牺牲水平方向分辨率为价实现较快的扫描。在单次扫描过程中分别实现人体前、后两面的成像图。相对电扫描,扫描时间和检测时间较长。
4. 三种代表技术路线比较
制造商名称
重投华讯
代表厂商A
代表厂商B
代表厂商C
技术形态
圆柱式
其他圆柱式
平板机械
平板电扫
频率
Ka-band,30-40G
K-band,24-30G
K-band,24-30G
W-band,70-80G
带宽
10G
6G
6G
10G
X方向分辨率
(C/2B)
好
一般
一般
好
Y-Z平面分辨率
λ/(4*Sin θ/2)
好
一般
一般
非常好
3D人体成像/体测信息
立体/丰富
立体/丰富
平面/较少
平面/较少
多角度环绕图组/AI
若干组
若干组
固定2张图
固定2张图
鲁棒性/可靠性/MTTR
好
好
好
差
传感器通道数/成本
百级/较低
百级/较低
百级/低
千级/高
在圆柱式扫描技术路线上,相比于其他圆柱式厂商,重投华讯无论在频率、带宽,以及分辨率上均有最好的表现。
1) 毫米波设备常用频率如下:
K-band: 即K波段,其频率范围为18-27GHz。
Ka-band:即Ka(K-above)波段,其频率范围为27-40GHz。
W-band:即W波段,其频率范围为80-100GHz。
(圆柱式扫描三维成像系统模型) (水平切面示意图)
2) X方向分辨率
即为水平切面图所示沿着ky方向的距离分辨率=C/2B。其中,C=3*10^8,B为系统的信号带宽。
距离分辨率:C/2B,脉宽tp=1/B。因此带宽越宽,脉冲宽度越窄。
由此公式可以知晓,带宽越大,X方向分辨率越小。由于重投华讯圆柱式毫米波设备采用10G带宽,相比大部分设备所采用的宽带更大,因此在X方向分辨率表现更好。
3) Y-Z平面分辨率
即为水平切面图所示沿着kx 方向的水平横向距离分辨率=λ/(4*Sin θ/2)。其中,λ为中心频率对应的波长,θ为目标后向散射对应的角度。由λ=c/f可知,f即频率越大,λ越小。由于重投华讯圆柱式毫米波设备系统采用Ka波段,相较于其他K波段设备,频率更大,所以在Y-Z平面分辨率表现更好。
综合以上数据,重投华讯毫米波设备拥有更好的分辨率表现,成像更清晰。
4) 身体侧部点云密集完整
通过Open 3D对两种设备形态人体图像进行3d点云仿真后发现,圆柱式毫米波设备人体身侧点云密集较平板式完整,信息更丰富。
(圆柱式架构:人体3D点云)
(平板式架构:人体3D点云)
5) 传感器通道数/成本
圆柱式及平板机械式形态传感器通道数远低于平板电扫描方式,因此成本低且可维护性高。
6) 鲁棒性/可靠性/MTTR
高频毫米波系统(>70G,波长4mm)的鲁棒性/可靠性较差,特别是面阵电扫描系统的器件呈数量级增加,导致: i) 设备功耗大不够节能环保,ii) 且发热严重引入可靠性问题, iii) 定标复杂、维护维护频次高且维护时间长(MTTR),设备与设备间一致性差,iv) 物料成本和维护成本高,可能给用户带来较多困扰。圆柱式代表厂商重投华讯采用低频毫米波系统(Ka-band,30-40G),成本更优,功耗低,绿色环保,设备可靠性与稳定性更佳。其设备先后在西藏拉萨机场、四川康定机场、稻城亚丁机场、甘孜格萨尔机场这几个世界海拔最高的机场投入使用,尤其稻城亚丁机场——世界上海拔最高的机场,设备性能得到有效验证。
重投华讯太赫兹科技有限公司深耕太赫兹领域,拥有百余项专利和垂直自研供应链。自主研发的毫米波人体安检设备可实现360°无死角高密点云高分辨率成像,设备操作简单,可极大提升安检速率。
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