[发明专利]用于目标多角度扫描的毫米波边缘成像系统及其成像方法

权利要求书

1.一种用于目标多角度扫描的毫米波边缘成像系统，其特征在于，包括：

前后两个竖直安装的毫米波扫描平台和一个安装在底部的毫米波扫描平台、MIMO扫描模块、FPGA边缘计算模块和显示终端；其中，

三个扫描平台上分别安装一个MIMO扫描模块和FPGA边缘计算模块；

所述MIMO扫描模块分别在相应的扫描平台上按竖直方向上下移动和水平方向左右移动进行机械扫描，实现对被测目标前面、后面和底部的同步检测；

所述MIMO扫描模块包括MIMO扫描阵列、收发模块和数据采集模块，所述MIMO扫描阵列用于实现等效半波长间隔的均匀采样；收发模块用于产生用于发射的毫米波信号及接收的回波信号，并将所述回波信号和本征信号进行混频，得到中频信号传给所述数据采集模块；所述数据采集模块对得到的中频信号进行采集，然后通过LVDS接口传输给FPGA边缘计算模块；

FPGA边缘计算模块对中频回波信号进行处理，完成目标重建、识别和增强，并进行显示驱动；所述显示终端通过HDMI数据线与FPGA模块连接，对三个扫描平台的成像结果进行同步显示。

2.根据权利要求1所述的一种用于目标多角度扫描的毫米波边缘成像系统，其特征在于，所述FPGA边缘计算模块包括成像算法加速器、AI目标识别与增强模块和显示驱动模块，成像算法加速器包含回波数据相位补偿、快速傅立叶变换单元、插值单元以及逆傅立叶变换单元，可把针对MIMO系统的三维成像算法按单元拆分计算实现成像算法加速，在满足高精度成像的同时，可有效降低高纬度数据读取、写入与成像算法计算的时间，实现数倍少于CPU的计算耗时，达到实时显示的要求；AI目标识别与增强模块包括神经网络推断模块和非极大值抑制(NMS)后处理模块，分别用于危险物检测分类和后级边框处理，硬件上利用FPGA的深度学习处理单元(DPU),软件部分使用Vitisai开发软件,将训练好的模型进行量化、剪枝、编译后部署到FPGA边缘计算模块中，进行边缘端的实时推断；显示驱动模块包括三个部分：第一、显示时序驱动模块(VGA_driver)，可以灵活的配置显示器的分辨率和刷新率，并提供了像素地址信息，用于图片显示；第二、图像显示驱动模块(sar_2d_disp)、该模块会在数据采集完成以后请求算法加速的计算结果，并对结果进行像素转换，由于灰度图片的显示效果较差，在本模块中添加了corlormap函数以增强显示效果，得到更清晰的目标轮廓，本模块最终会输出携带图像信息的显示增强像素；第三、显示接口驱动模块(rgb2dvi、vgadrv_conv_rgbd2dvi)，本模块会输入显示的时序信息和图片的像素信息，最终通过HMDI或者VGA连接到外部显示器。

3.根据权利要求1所述的一种用于目标多角度扫描的毫米波边缘成像系统，其特征在于，所述MIMO扫描阵列用于实现等效半波长间隔的均匀采样，具体包括：MIMO阵列由Nc个MIMO单元组成，每个MIMO单元包含N个发射天线和M个接收天线；MIMO单元通过配置每个时刻收发天线的工作状态实现阵列方向上半波长间隔等效均匀采样，在阵列方向上扫描长度为L的区域内实现等效采样间隔为半波长的均匀采样。

4.根据权利要求3所述的一种用于目标多角度扫描的毫米波边缘成像系统，其特征在于，每个MIMO单元内发射天线按照序号先后依次工作，每个发射天线工作时所有的M个接收天线同时接收回波信号，MIMO单元可得到NM个等效采样点，覆盖的阵列方向扫描长度为(NM-1)λ/2；每个MIMO单元内N个发射天线和M个接收天线的对齐方式不受限制，对齐或者不对齐排布均可；

相邻的两个MIMO单元互为180°旋转对称，且相邻两个MIMO单元中距离最近的收发天线间隔为半波长λ/2；Nc个MIMO单元组成的MIMO扫描阵列共计得到NcNM个等效采样点，覆盖的阵列方向扫描长度为L＝(NcNM-1)λ/2。