1 概述
隨著國內外反恐形勢的不斷惡化，對于人體安全檢查技術的研究變得日趨重要。機場、車站等安檢關口不僅要求能夠檢測出槍支、管制刀具等金屬物體，還要求能夠檢測出炸藥等非金屬隱匿物體。對人體整體成像，并從中提取異于正常人體的物體信息，X射線和毫米波是最常見的兩種方式。基于主動近場微波成像原理的成像系統能在提供高分辨率圖像的同時，不產生對人體有害的電離輻射，是安全有效的人體安檢技術。
在微波毫米波波段（3-300GHz），人體尺寸相對波長是一個不規則彎曲表面的電大尺寸目標。同時由于人體皮膚富含水分，在此波段的電導率很大，因此在仿真時，可以用金屬完全電導體（PEC）近似模擬人體表面材料。當前主流的成像系統采用的是平板掃描和圓柱掃描兩種方式。多發多收陣列和傳統的單發單收陣列相比，成像效果更好，所需陣元數更少，是成像系統優化的熱門研究方向。
本文以FEKO軟件Suite 7.0版本為例，分別介紹平板單發多收陣列和十字交叉多發多收陣列的近場散射場仿真方法。人體目標建模可以用幾何卡通模型近似替代。
2 單發多收陣列的仿真
首先在CADFEKO中建立目標物體的模型。本文以大小兩個不等高的PEC圓柱模擬人體目標。也可以從外部導入網格模型。圓柱中心位于1米高的位置。發射天線設置為z極化的單一電偶極子，高度1米，距離圓柱中線1米。接收天線為平行于xOz平面的陣列，x方向和z方向各有100和50個，總計5000個接收天線，求近場值，具體設置如圖1所示。
圖1 單發多收陣列的近場求解陣元設置
圖2 (a)目標物體表面求解方式設置；(b)近場求解輸出文件設置
選擇目標物體表面，求解方式設置為大面元PO，全射線追蹤法。近場設置高級選項中，選中電場，勾選輸出到ASCII文件（.efe）。必須勾選最后一項只計算場值的散射部分。具體操作如圖2所示。對目標表面進行網格剖分。設置完成后，點擊運行。
3 十字交叉多發多收陣列的仿真
圖3 十字交叉多發多收陣列的近場求解陣元設置
在十字交叉多發多收陣列的仿真中，我們用水平排列的100個接收一維線陣代替原來的二維面陣接收天線，發射天線用垂直排列的50個發射一維線陣代替原來的單一點源。FEKO通常的操作是設置單一的激勵源或是多個激勵源同時工作，然而如果我們想實現多個激勵源依次獨立工作，就需要借助EDITFEKO模塊對激勵源位置進行設置。在CADFEKO的設置中，只對近場接收的位置設置做出修改，而單一激勵源保持不變。設置如圖3所示。
圖4 (a)EDITFEKO修改之前代碼；(b)EDITFEKO修改之后代碼，注意for循環變量設置
完成CADFEKO中的設置后，保存，運行EDITFEKO。會呈現出一個代碼界面。找到代表設置激勵源的位置（** Sources），根據向導添加FOR循環語句，在彈出的表單框中依次填寫循環變量名、起始值、結束值和遞進步長。修改前后的代碼如圖4所示。for循環起始語為“!!for”，結束語為“!!next”。注意循環變量名前要加“#”。把原A5卡中代表z坐標位置的倒數第3個格的“1”改成相應的循環變量名。for循環結束語搬到文件結尾符“EN”之前，保證對頻率的掃描和對接收點的掃描都包含在for循環體內部。
運行“PREFEKO”，沒有報錯繼續運行“FEKO solver”，即可實現對所有發射點位置的依次掃描。
4 成像結果
仿真結束后，散射場數據存儲在.efe文件中。在文本文件中提取接收位置三維信息，將其中對應的與發射同極化方向的電場值的實部虛部值組合成復數形式的近場散射場值，代入后向傳播微波成像代碼，生成三維圖像數值矩陣。通過擬合出彎曲表面，如圖5中藍色區域所示，黃色區域為初始目標物體模型。
圖5 (a)單發多收陣列成像結果；(b)十字交叉多發多收陣列成像結果
可以看出兩種陣列的成像結果大致相當，重建的圖像曲面都與原始物體表面貼合。而十字交叉陣列用更少的總陣元數實現了相對更好的成像效果。改變FEKO仿真參數，可以靈活便捷地優化成像效果，將研究者從繁瑣的代碼調試中解脫出來，更專注于參數的選擇上。
5 結論
本文在現有文獻基礎上，研究了基于人體尺度目標的微波成像的散射近場的仿真問題。使用FEKO軟件對模擬人體目標進行建模，選用合適的高頻近似求解PO算法，通過得到的散射近場數據對圖像進行重建成像，擬合的彎曲表面與真實的目標物體基本一致，驗證了本文提供的仿真方法的正確性，也表明了FEKO軟件在多發多收雷達布局下仿真電大尺寸物體問題的優勢。
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