發(fā)布時間：2020-07-07所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：隨著現(xiàn)代電子技術與數(shù)字信號處理技術的快速發(fā)展， 微型合成孔徑雷達的應用性能也在逐步的提升。現(xiàn)如今，該雷達系統(tǒng)已經(jīng)完全突破了時間與空間的限制，不僅靈活度越來越高，而且還具備較輕的自重和較低的能耗，因此，其在高分辨率成像與實時性處理方面
摘 要：隨著現(xiàn)代電子技術與數(shù)字信號處理技術的快速發(fā)展， 微型合成孔徑雷達的應用性能也在逐步的提升。現(xiàn)如今，該雷達系統(tǒng)已經(jīng)完全突破了時間與空間的限制，不僅靈活度越來越高，而且還具備較輕的自重和較低的能耗，因此，其在高分辨率成像與實時性處理方面的應用范圍也變得越來越寬泛。本文也會對該雷達系統(tǒng)采用的成像信號處理技術進行著重的分析，以便為相關人士提供可靠的參考建議。
關鍵詞：微型合成孔徑雷達;成像信號處理;技術探究
目前，人們對微型合成孔徑雷達在感興趣區(qū)域的高分辨成像與觀測方面的應用十分關注，為了進一步突出該雷達系統(tǒng)的技術優(yōu)勢，就要對其所采用的關鍵成像信號處理技術進行深入的分析，進而更好的提升合成孔徑雷達的穿透能力，使其能夠獲取米級至亞米級分辨率的ROI 2維散射圖像，這樣才能在定位測量、目標檢測、超視距探測等領域中發(fā)揮出最大的技術優(yōu)勢。
1.關鍵技術分析
1.1 PFA粗聚焦成像技術
MiniSAR成像算法是微型合成孔徑雷達進行信號處理的核心技術之一。因為該算法在高分辨條件下具有極高的成像精度，并且在復雜的無人機飛行環(huán)境下，該算法還能夠自動為雷達平臺提供充足的非共面運動能力。另外，該算法還具有較大的回波數(shù)據(jù)量，且算法簡潔，易于相關硬件系統(tǒng)的實現(xiàn)。與傳統(tǒng)距離徙動算法和線頻調(diào)變標算法相比，其計算效率和計算精度也是極為明顯，能夠很好的滿足機動平臺高分辨率MiniSAR成像需求。另外，為了有效提升MiniSAR成像處理效率，在運用MiniSAR算法對大機動條件下的成像進行粗聚焦處理時，可以依據(jù)PFA算法來對時域內(nèi)的成像信號進行科學的調(diào)整和補償，這樣才能便于校正平臺非理想航跡，突顯出算法的簡潔性和高效性。與此同時，基于PFA算法的MiniSAR成像處理技術還能依據(jù)極坐標格式轉(zhuǎn)換的兩維尺度變換特性對自身的成像效率與聚焦精度進行不斷的更新優(yōu)化，進而有效規(guī)避了因插值核長度有限而帶來的相位誤差問題。此外，為了控制ROI動目標成像產(chǎn)生的多普勒頻移與距離模糊現(xiàn)象會給MiniSAR圖像造成不同程度的散焦效應，可以積極借鑒逆合成孔徑雷達相關信號處理技術來實現(xiàn)MiniSAR非合作動目標成像與重聚焦目標，可將ROI動目標散焦數(shù)據(jù)生成等效的ISAR回波。
1.2ROI動目標重聚焦技術
由于微型合成孔徑雷達的飛行工況比較復雜，所以其對地面運動目標進行成像處理時，技術難度就會大大增加。為了改善現(xiàn)狀，相關技術人員就要通過ISAR距離對準算法來對ROI動目標數(shù)據(jù)進行重聚焦成像處理。這樣才能符合預設全局準則要求，迭代并優(yōu)化雷達系統(tǒng)的性能指標，避免其在對 ROI動目標進行重聚焦成像處理時出現(xiàn)突跳和漂移誤差問題。另外，為了最大化突出MiniSAR的ROI動目標重聚焦技術優(yōu)勢，還要依據(jù)平均距離像熵值，研究創(chuàng)新出全局最小熵算法，這樣才能進一步提升MiniSAR的對準精度和動目標的重聚焦質(zhì)量。
系統(tǒng)設計與實現(xiàn)
本文提出了以FPGA架構(gòu)為基礎的MiniSAR成像處理系統(tǒng)，如圖一所示，具體主要包括數(shù)據(jù)傳輸子模塊、成像處理算法模塊這三大組成部分，不僅可以實現(xiàn)FPGA開發(fā)板與上位機的數(shù)據(jù)傳輸，而且還能對相應的信號數(shù)據(jù)進行PFA成像、自聚焦與幾何失真校正處理。并在一定程度上轉(zhuǎn)置二維數(shù)據(jù)，對連續(xù)地址進行高速讀寫。具體設計與功能實現(xiàn)可以從以下幾個方面去分析：
2.1數(shù)據(jù)傳輸模塊
在這一模塊設計中，以FPGA架構(gòu)為基礎的MiniSAR成像處理系統(tǒng)主要通過以太網(wǎng)來實現(xiàn)主機與板卡之間的通信，并利用UDP/IP協(xié)議來控制網(wǎng)絡層和傳輸層協(xié)議。另外，在對實測數(shù)據(jù)進行處理時，上位機不僅會直接利用以太網(wǎng)將MiniSAR參數(shù)和回波數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽PGA模塊中。而且還能將數(shù)據(jù)寫入DDR3SDRAM，以便可以全面顯示系統(tǒng)最終成像處理結(jié)果。
2.2成像處理算法模塊
這一模塊設計主要包括三個部分，即PFA粗聚焦模塊、自聚焦模塊和幾何失真校正模塊。每個模塊中都包含多個子模塊。在實際應用時，不同模塊的功能實現(xiàn)方式也是不盡相同。其中，PFA粗聚焦模塊的功能實現(xiàn)一般會先將MiniS-AR回波數(shù)據(jù)寫入到DDR3中進行內(nèi)存，并將基本參數(shù)傳輸?shù)街羺?shù)計算模塊中。隨后，還要利用64位高精度浮點對距離向、方位向以及自聚焦處理所需的具體參數(shù)進行精準的計算，并按照PCS處理原則對回波數(shù)據(jù)進行距離向處理，使之以以轉(zhuǎn)置形式寫入DDR中。此外，為了提高系統(tǒng)的運算速度，降低FPGA板內(nèi)資源消耗，還要采用時分復用同一個FFT模塊的方式對一個FFT的IP核進行例化。與此同時，在對樣本邊界外或不存在相鄰8個點的待插值點進行判斷時，應采用標識信號來進行，盡量實現(xiàn)特殊點與正常點處理一體化，這樣才能簡化PFA粗聚焦模塊設計，提升其應用功能;自聚焦模塊功能實現(xiàn)則要將以PFA極坐標格式轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)引入到DDR3中進行連續(xù)存儲。并利用PGA-MD預估全孔徑相位誤差，與此同時，還要對這些數(shù)據(jù)進行距離向降分辨率成像處理。隨后，還要合理設置PGA模塊和分塊PGA的聚焦相關參數(shù)，并重新啟動PGA模塊，利用方位互相關模塊對各PGA模塊聚焦前后存在的偏移量進行準確的預估，這樣才能高效完成子圖像的拼接，突出自聚焦模塊的應用功能;幾何失真校正模塊設計主要是按照逐距離向脈沖形式來進行，不僅要對與第一條距離向校正點相對應的PFA圖像坐標進行精準的計算，而且還要將圖像坐標轉(zhuǎn)換為DDR3存儲地址，并按照DDR3數(shù)據(jù)讀取模式來讀取操作逐距離向采樣點數(shù)，以便可以順利完成該條脈沖的幾何失真校正，獲得理想的成像處理效果。
2.3 DDR3讀寫轉(zhuǎn)置模塊
以FPGA架構(gòu)為基礎的MiniSAR成像處理系統(tǒng)在設計 DDR3讀寫轉(zhuǎn)置模塊時，只采用一片DDR3內(nèi)存條。并按照直接式分段存儲方式來進行矩陣轉(zhuǎn)置，因為該存儲方式可以大大平衡數(shù)據(jù)讀寫速率，將相同分量的列數(shù)據(jù)和行數(shù)據(jù)存放在同一行SDRAM中，從而更好的提高DDR3讀寫數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)置效率。另外，在設計該模塊時，還要充分考慮其浮點計算能力，最大化提高LUT資源在模塊中的占用率，并積極采用多脈沖并行處理架構(gòu)，這樣才能實現(xiàn)較大數(shù)據(jù)量的計算和處理，提升MiniSAR算法處理效率，為系統(tǒng)后續(xù)的擴展使用創(chuàng)造良好條件。
結(jié)論分析：
要想進一步提升微型合成孔徑雷達的高分辨成像處理技術水平，不僅要制定一套高精度MiniSAR成像信號處理方案，涵蓋PFA粗聚焦成像技術、ROI動目標重聚焦技術等。而且還要以FPGA架構(gòu)為基礎，科學布置數(shù)據(jù)傳輸模塊、成像處理算法模塊及DDR3讀寫轉(zhuǎn)置模塊，這樣才能提高系統(tǒng)成像處理效率和質(zhì)量，真正滿足感興趣區(qū)域的高分辨成像與觀測需求。——論文作者：高宇君 雍俊 侯育星
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