構筑更加安全高效的安檢體系，是機場安檢行業的持續追求。毫米波安檢技術的快速更新和相關安檢儀產品的不斷迭代，近年來為該行業提供了的新應用亮點。毫米波安檢儀對非金屬材料的探測能力受到廣泛好評，對人體的安全性、非接觸性的測量過程、和直觀的性能參數，也受到用戶的積極反響。
世界各國/區域的民航局積極推出相應的認證標準和許可證，例如歐洲民航會議ECAC的 版本1和2，美國交通運輸安全局TSA的認證，以及我國民航局的民航安檢設備許可證制度。
經過幾年的進化，新一代毫米波人體安檢的方向已經更加明朗。早期有些產品用少量的射頻單元，機械方式移動掃描。新一代產品則使用固定方式進行測試。得益于工藝進步和計算機運算的飛速發展，儀器內也大量引入新的信號處理技術，例如人工智能算法等。這些方向保證了系統更加穩定，識別能力更強。
圖 1 R&S®QPS201毫米波快速人體安檢儀
近一兩年，新儀器的普及進入了快速發展期，世界多個主要城市機場陸續大量啟用了新一代毫米波人體安檢儀，包括美國、英國、德國、法國、澳大利亞機場等，中國從今年啟動并估計在未來幾年里會大量啟用毫米波人體安檢儀。此外，一些重點場所也開始布置毫米波人體安檢儀，如大使館、政府機關、大型會場和體育場館等。
在前兩代產品獲得巨大成功的基礎上，羅德與施瓦茨推出的R&S®QPS201快速人體安檢儀，進一步優化了硬件設計、檢測算法、處理時間、安檢通道設計等等多種要素，提升了安檢儀的精度、效率、可靠性，契合全球各地機場的多樣化需求。目前已經通過上述三大機構的認證許可，并在各大機場大量投入使用，以其高掃描速度，高分辨率和高檢出率廣受客戶的好評。
高精度、對人安全的檢測方案選擇
毫米波檢測技術主要檢查物體對毫米波頻段電磁波的反射，而非低頻的電磁感應。因此對物體的材質并無要求，而對其形狀特征十分敏感。相較于通過式金屬探測安檢門，R&S®QPS201極大地擴展了檢查物品范圍。可以檢出多種物品，包括陶瓷、玻璃、塑料、液體、顆粒等非金屬。
人體攜帶的物品尺寸一般從幾厘米級到幾毫米，因此安檢儀首選毫米波頻段。70~80GHz頻段的電磁波信號，其波長較短，僅有3.8mm，信號的分辨率可以接近2~3mm，適合于測量人體表面攜帶的微小顆粒物。同時，毫米波對毛發具有一定的穿透能力，不至于對受檢人員的衣物造成大量虛警，減輕了安檢人員的工作負擔。相較而言，低頻段的毫米波探測設備雖然更容易實現，但其分辨率隨著頻率降低和波長增加而變差，例如38GHz的信號只能探測4~5mm的物體，雖然經濟，但不適用于最高標準的安檢工作。
該頻段的電磁波對人體無害，相較于X光，毫米波的電磁輻射是非電離輻射；相較于低頻的設備，毫米波輻射的探測深度僅到人體表皮，不會到達真皮以下。類似技術目前已經廣泛應用于人體、醫學檢測、場地監測和汽車雷達，因此QPS系列選擇使用70-80GHz頻段。
信號功率方面，R&S®QPS201的發射功率強度不到手機的千分之一，每次掃描只需幾十毫秒。完全符合世界各國的電磁環境標準。
精準檢測、隱私保護、高效檢查、高可靠性
儀器對于可用性的需求是，在人流量大的公共場所，能夠高效、準確地檢出攜帶的物體，區別于人體特征，從而標識出違禁物品。并將之標識在人形示意圖上，在保護乘客隱私的同時，便于安檢員根據部位提示進行檢查。
在這方面，羅德與施瓦茨充分發揮業界領先的技術實力，為R&S®QPS201設計了兩面固態矩陣面板，內含數千個收發天線，構成一套高精度的雙面測量系統。測量過程中，每個天線僅工作一瞬間，儀器在幾十毫秒內完成全部的信號探測工作。由于R&S®QPS201的天線數量和規模遠超業界同類產品，可以獲得更高信噪比的信號，利于后續程序計算識別可疑物。
圖 2 毫米波收發矩陣示意圖
在信號處理和可疑物識別方面，R&S®QPS201使用業界領先的數據處理加速器，將海量的信號數據加速處理，使得儀器對信號具有極高的合成運算速度。物體檢測算法則使用了業界領先的AI人工智能技術，經過大量的訓練實驗，使得AI算法對體表物品的特征識別達到了很高的準確度。針對國內的安檢標準，R&S®QPS201特別提供了專用于中國國內的算法模型，適應國內市場需求。
面對高峰期人流的繁重工作壓力，儀器需要在電路和機械兩方面盡可能達到高效率。R&S®QPS201除了引入處理單元，也采用了固態結構設計。以大量的收發單元取代傳統的轉動懸臂，使用物料成本取代了機械轉動過程的時間成本。這樣做的結果是，儀器的信號掃描時間優化到僅有64毫秒；獲取完整的測量結果小于2秒鐘。從而大大提高吞吐量，減少旅客的等待時間。
基于對乘客個人隱私的尊重，檢查結果在屏幕上僅以示意光標的形式，提示在人偶圖的相應肢體位置，不會暴露在公眾場合。
圖 3 檢測結果示例
全固態面板的設計方案，在系統工況和穩定性上具備了無可比擬的優勢。從實際結果來看，由于每天都要進行數千次測量，R&S®QPS201的效率與可靠性結合，對用戶反而更加高效、經濟。而上述模塊數量上的優點，需要強大的技術和生產實力來支撐。R&S的工廠具有一整套高精度的自動化流水線，批量生產儀器所需的毫米波模塊，實現大量模塊產品的參數高度一致，無需反復調試，使得儀器走出實驗室，成為直接面向大眾的量產產品。同時也為后續服務體系提供了堅實的保障。
優化安檢通道的排布方式
羅德與施瓦茨不僅是一家儀器廠商，同時也是一家經驗豐富的設備廠商。在QPS系列的設計方案中，除了潛心提高技術參數之外，經過幾次產品迭代后，充分吸收安檢行業客戶的意見和建議，對于安檢通道的設計配合與效率安排也優化得十分到位。
四倍高效的儀器利用率：一套R&S®QPS201自帶一臺立式觸屏顯示器，此外最多可以選配4個額外的終端。這些終端放置在后續的手檢區域，為手檢人員按提示檢查乘客相應部位。安檢人員可以快速檢查通過乘客，根據乘客的性別和后臺的空閑狀態，分派給后續的不同的手檢人員，最后收到檢查完成的反饋。
圖 4 QPS配合2臺終端工作的場景
新一代的儀器大幅減小了占地面積，R&S®QPS201對通道寬度的要求，由上一代的2.5米縮減到1.75米。重要的是，儀器的外側無需保留避讓空間，僅需幾厘米的換氣空間。當R&S®QPS201并列放置時，間距可以很窄。安檢人員可以緊貼儀器布置隔離柵欄，無需保持距離，避免了乘客漏檢的可能。在人員密集的機場航站樓，也可以并排相鄰放置儀器。
圖 5 放置空間示意
安檢通道內應保證機場安檢人員的視野良好通透，便于維持秩序。R&S®QPS的兩塊面板側立于安檢通道兩側，從入口看過去沒有遮擋，便于安檢員巡視場地。由于R&S®QPS201的檢查效率遠高于其他設備，而且機場乘客的行李較多。用戶也可以考慮將兩條安檢隊列中的人體安檢儀器合并，在通道中間合用一套R&S®QPS201，行李安檢機放置在通道兩側。這樣的設計除了可以高效利用儀器之外，進一步增大了安檢區的巡查視野。
圖 6 安檢員視野
對乘客姿勢的要求，R&S®QPS201僅需受檢乘客步入儀器，站立在地板上，雙腳與肩同寬，略微抬起雙臂，而無需舉起雙臂。儀器正面的人形圖案直觀提示站立姿態，安檢人員無需反復糾正站姿。排隊的乘客可以看到檢查過程，學習站姿。此外，乘客可能有多種特殊情況，例如老年乘客行動不便，或者有殘疾狀況。而不用舉手這一點，得益于儀器的高分辨率探測能力，對于動作不便的乘客非常友好。殘疾人士乘坐的輪椅，可以經過儀器通道直達手檢區，無需另設通道。開放式設計也讓乘客以放松的心態接受安檢，避免幽閉恐懼等情形的發生。
圖 7 用作緊急通道和輪椅通過
根據民用機場設計的消防標準，人員密集區的走道寬度應當大于1米。實際民用建筑的走道寬度一般大于1.5米。R&S®QPS201的內部走道寬度為1.5米，檢查過程無需關門，不妨礙通行。因此符合上述要求。緊急避難通道功能：在緊急狀態時，R&S®QPS201內部較寬的通道可以成為避難通道，允許乘客快速通過。
由上述數據和分析可以看出，在將近2米寬的合并安檢通道內，R&S®QPS201的實際占地寬度僅有30~40厘米寬。其余空間都留給了安檢員和乘客，包括良好的通過性和視野。這也是R&S®QPS201能夠在多個機場獲得成功的因素之一。
系統集成與運維
R&S®QPS201支持網絡總線集成接口，可以及時將工作狀態與統計數據上報，且具備專有的管理軟件系統。由于沒有運動部件，儀器無需日常校準。僅在現場維修后需要校準，時間40分鐘左右。整個過程完全自動化，無需特殊儀器，經過專門培訓的人員可操作。
最后，在售后服務體系，羅德與施瓦茨在全國多個主要城市均有服務機構。羅德與施瓦茨建立了一套完善的快速響應機制，能做到對全球產品的快速響應和高效解決。
