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无源毫米波成像系统数据采集与条带抑制方法研究

无源毫米波成像系统数据采集与条带抑制方法研究

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作者：李朝阳电子科技大学

学位级别：硕士

无源毫米波成像系统根据目标场景与物体辐射毫米波亮温能量的差异实现成像,因其具备无辐射,可穿透衣物、云雾硝烟等遮挡,且系统隐蔽性强、难以被侦察等特点,在安全检查、军事侦察等领域得到了广泛地应用;为了满足应用场合需求提高系统... 详细信息

无源毫米波成像系统根据目标场景与物体辐射毫米波亮温能量的差异实现成像,因其具备无辐射,可穿透衣物、云雾硝烟等遮挡,且系统隐蔽性强、难以被侦察等特点,在安全检查、军事侦察等领域得到了广泛地应用;为了满足应用场合需求提高系统成像实时性,无源毫米波系统多采用多通道体系结构。其中,数据采集单元为多通道成像系统的关键硬件部件,负责完成前端通道输出模拟亮温信号的数据采集功能,以便于成像算法处理;然而,受制作工艺所限,多通道系统通道间非一致性、波束间非均匀性等原因,导致图像呈现条带噪声,严重影响了成像质量。本文以多通道无源毫米波项目为依托,研究设计了基于FPGA的多通道数据采集单元,并对毫米波图像条带抑制方法展开了研究,主要工作为:1.分析毫米波成像理论与多通道成像体系结构,对数据采集主要技术指标进行论证,并研究最小均方误差理论,为硬件设计及算法研究提供理论支撑。2.分析论证数据采集单元功能结构与实现方案,完成主要器件选型与接口方案设计,采用“AD+FPGA”的硬件结构完成多通道数据采集单元的硬件设计与研制,并完成相关硬件电路的调试工作。3.在Quartus软件平台上,运用Verilog语言完成相关时序逻辑电路的设计。实现了本单元数据采集、数据存储、传输控制的功能,并在软件平台上完成对硬件电路的测试。4.针对多通道成像系统条带噪声的问题。研究了基于两点定标进行通道均衡的方法;分析毫米波系统数学模型及条带噪声特点,根据成像系统点扩展函数的低通特性,运用改进矩匹配法,进行条带抑制处理,较传统矩匹配法,该方法不仅具备良好的条带抑制能力,也可有效消除去噪后图像中呈现的“块状效应”。5.研究了基于最小均方误差(LMS)进行条带抑制处理的方法。根据多通道成像系统成像模型,在传统LMS算法基础上,利用图像行间相关性及邻域相关性信息,并将其应用到条带抑制处理中。经过仿真验证,该方法具备更好的条带抑制能力,且保留了图像的细节信息。通过实验仿真及实测,验证了本文所研究设计的数据采集单元与条带抑制方法,达到了预期的要求,为无源毫米波系统研究奠定了技术与理论依据。

关键词：无源毫米波成像数据采集条带抑制最小均方误差

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