無源毫米波成像系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與條帶抑制方法研究.pdf

1、無源毫米波成像系統(tǒng)根據(jù)目標場景與物體輻射毫米波亮溫能量的差異實現(xiàn)成像,因其具備無輻射,可穿透衣物、云霧硝煙等遮擋,且系統(tǒng)隱蔽性強、難以被偵察等特點,在安全檢查、軍事偵察等領(lǐng)域得到了廣泛地應用;為了滿足應用場合需求提高系統(tǒng)成像實時性,無源毫米波系統(tǒng)多采用多通道體系結(jié)構(gòu)。其中,數(shù)據(jù)采集單元為多通道成像系統(tǒng)的關(guān)鍵硬件部件,負責完成前端通道輸出模擬亮溫信號的數(shù)據(jù)采集功能,以便于成像算法處理;然而,受制作工藝所限,多通道系統(tǒng)通道間非一致性、波束間

2、非均勻性等原因,導致圖像呈現(xiàn)條帶噪聲,嚴重影響了成像質(zhì)量。
　　本文以多通道無源毫米波項目為依托,研究設(shè)計了基于 FPGA的多通道數(shù)據(jù)采集單元,并對毫米波圖像條帶抑制方法展開了研究,主要工作為:
　　1.分析毫米波成像理論與多通道成像體系結(jié)構(gòu),對數(shù)據(jù)采集主要技術(shù)指標進行論證,并研究最小均方誤差理論,為硬件設(shè)計及算法研究提供理論支撐。
　　2.分析論證數(shù)據(jù)采集單元功能結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)方案,完成主要器件選型與接口方案設(shè)計,采用“

3、AD+FPGA”的硬件結(jié)構(gòu)完成多通道數(shù)據(jù)采集單元的硬件設(shè)計與研制,并完成相關(guān)硬件電路的調(diào)試工作。
　　3.在Quartus軟件平臺上,運用Verilog語言完成相關(guān)時序邏輯電路的設(shè)計。實現(xiàn)了本單元數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲、傳輸控制的功能,并在軟件平臺上完成對硬件電路的測試。
　　4.針對多通道成像系統(tǒng)條帶噪聲的問題。研究了基于兩點定標進行通道均衡的方法;分析毫米波系統(tǒng)數(shù)學模型及條帶噪聲特點,根據(jù)成像系統(tǒng)點擴展函數(shù)的低通特性,運用改

4、進矩匹配法,進行條帶抑制處理,較傳統(tǒng)矩匹配法,該方法不僅具備良好的條帶抑制能力,也可有效消除去噪后圖像中呈現(xiàn)的“塊狀效應”。
　　5.研究了基于最小均方誤差(LMS)進行條帶抑制處理的方法。根據(jù)多通道成像系統(tǒng)成像模型,在傳統(tǒng)LMS算法基礎(chǔ)上,利用圖像行間相關(guān)性及鄰域相關(guān)性信息,并將其應用到條帶抑制處理中。經(jīng)過仿真驗證,該方法具備更好的條帶抑制能力,且保留了圖像的細節(jié)信息。
　　通過實驗仿真及實測,驗證了本文所研究設(shè)計的數(shù)據(jù)采