毫米波成像系统数据采集与预处理单元的设计和实现

摘要

无源毫米波近场成像系统是利用其高灵敏度接受机接收环境中的亮温信息，并根据目标场景与周围环境的亮温差异来实现成像的。因其具有无辐射伤害、可穿透普通纺织物品、金属易识别、不侵犯隐私等优点，而广泛地应用于安检成像、战场侦测等领域。因无源毫米波近场成像系统对成像实时性的要求非常高，故而需要设计和研制多通道采集的成像系统；又因无源毫米波图像会出现各种噪声，所以需要对无源毫米波原始图像做预处理；为了满足系统的成像的实时性，故而对预处理算法做了FPGA实现的研究。
　　本文对多通道无源毫米波近感成像系统的数据采集单元进行了设计和制作，并对主要的无源毫米波图像预处理算法进行了实现，具体的主要工作为：
　　1.分析和介绍了无源毫米波成像基本理论与体系结构，并对成像系统中数据采集的主要技术指标进行分析和论证；分析介绍了无源毫米波图像预处理算法及其实现的基本理论。
　　2.分析和设计了数据采集单元功能结构与实现方案，并根据系统具体参数和指标完成了主要器件选型、硬件电路设计、接口方案设计、PCB电路设计和实现。
　　3.基于Quartus软件平台，运用Verilog HDL完成相关逻辑时序电路的设计。实现了本数据采集单元的数据采集、采集数据预处理、数据存储、传输控制的功能，并用仿真软件Modelsim对其做了功能仿真，达到了项目预设要求。
　　4.完成了对整个数据采集单元的测试实验工作，验证了所研制的数据采集单元完全满足无源毫米波成像系统的各项功能和指标要求。
　　5.针对成像系统所成无源毫米波图像中的冲激噪声和条带噪声，在FPGA中分别运用快速中值滤波和神经网络（通道均衡）的预处理算法来实时去除噪声，并得到了较好的去噪效果。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 国内外研究动态

1.3 本文主要内容和章节安排

第二章 无源毫米波成像及预处理单元基础理论

2.1 无源毫米波成像系统的基础理论

2.2 无源毫米波近场成像系统结构和参数指标

2.3 基于FPGA的开发设计

2.4 无源毫米波图像预处理算法理论

2.5 本章小结

第三章 数据采集单元的设计和实现

3.1 数据采集单元方案设计

3.2 数据采集单元主要器件选型

3.3 数据采集单元电路设计

3.4 通信接口设计

3.5 数据采集单元PCB设计与实现

3.6 数字采集单元数字逻辑程序设计

3.7 本章小结

第四章 数据采集单元硬件测试

4.1 输入电压与采集电压间线性关系

4.2 通道数据采集实验

4.3 AD采样性能分析

4.4 系统后端部分联调实验

4.5 本章小结

第五章 无源毫米波图像预处理算法实现

5.1 快速中值滤波算法的实现

5.2 神经网络算法（通道均衡算法）的实现

5.3 实验验证结果

5.4 本章小结

第六章 结束语

6.1 工作总结

6.2 工作展望

致谢

参考文献

硕士期间取得的研究成果