基于FPGA的聚束SAR成像处理研究
合成孔径雷达（Synthietic Aperture Radar，简称SAR）是一种高分辨率成像雷达，它利用信号处理技术对反射回来的电磁波进行处理从而获得地表图像。与传统的光学成像技术相比，合成孔径雷达具有能够穿透烟雾以及远距离成像的优点，因此它可以不受天气条件以及探测距离的约束，获得高分辨率的地表图像。以往，SAR一般会搭载在大型飞机或者卫星上，在军事以及民用领域已经获得广泛的应用。随着国内外无人机以及集成电路的发展，SAR开始朝着微小型方向发展。微小型SAR成像系统将会在测绘、电力、应急救援等领域有着更广阔的应用前景。而微小型SAR成像处理平台目前需要解决的问题在于雷达回波数据的实时处理。现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称FPGA）具有体积小、处理速度快、功耗低以及设计灵活的优点，是理想的微小型SAR成像处理平台数据处理器。在FPGA处理完毕之后，要实现将图像实时传回地面系统，还有必要对SAR图像进行压缩。本文主要研究基于FPGA的聚束SAR成像处理系统。 本文首先对SAR和微型SAR的发展历史进行了简要阐述。然后给出聚束SAR的几何模型以及各个参数的含义，在此基础上介绍了极坐标格式成像算法的原理。在距离向提出利用尺度变换实现对直接采样线性调频信号的处理，直接的尺度变换会造成频谱的偏移，因此需要对频域尺度变换进行改进。改进后的尺度变换具有多次复数相乘以及傅里叶变换。在方位向采用了SINC插值的方式，硬件实现上使用并行方法代替8位串行模式，大大加快了处理速度。 为了利用FPGA处理雷达回波信号，我们搭建了由上位机、以太网、FPGA芯片和DDR组成的硬件处理系统。首次提出在上位机上以发送基本雷达参数，并在FPGA中进行坐标轴计算的方式，提高系统的兼容性，避免了代码的二次烧写，明显提高处理效率。本文使用32768?8192?64bits的实测数据进行验证，并从处理时间、处理精度、资源消耗等方面进行了分析。 为了对FPGA处理完的数据进行压缩，采用了两种方法：离散余弦变换以及离散小波变换。并使用MATLAB对SAR图像进行处理，根据SAR图像压缩的评价标准对两种方法的实验结果进行了对比与分析。 本文最后总结了研究内容，指出了该成像处理系统的不足以及未来可改进的方向。
合成孔径雷达;现场可编程门阵列;实时处理;图像压缩
南京航空航天大学
硕士
电子与通信工程
朱岱寅
2017
中文
TN957
89
2019-03-27（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）