高帧率VideoSAR实时信号处理硬件系统设计

发布时间：2020-07-11 21:01

【摘要】：视频合成孔径雷达(Video Synthetic Aperture Radar,VideoSAR)是一种新型微波观测系统,可以全天时、全天候、高精度的对地面目标区域进行视频成像。与光学、红外传感设备相比,VideoSAR具有在退化视觉环境(如恶劣天气、云雾、爆炸烟尘和烟幕等)下高分辨成像的优势;与传统SAR相比,VideoSAR扩展了信息获取的时间维度,具有更强的动态信息获取能力。VideoSAR具有成像帧率高、数据吞吐率大的特点,对信号处理系统的处理能力、传输带宽和实时性等提出了较高的要求。本文在对高帧率VideoSAR成像算法研究的基础上,针对VideoSAR的特点和性能需求,基于标准化、模块化和数字化的设计理念,设计了一个高度并行可扩展的实时信号处理系统。本文主要完成内容如下:1、研究了高帧率VideoSAR成像方法。介绍了VideoSAR成像原理、工作模式以及相比于传统SAR的特点和优势;分析了VideoSAR的分辨率和帧率特性,并给出了相关公式的推导过程;针对频域成像算法脉冲积累时间较长且对数据重叠部分进行重复计算的问题,传统BP算法计算量大、耗时长的问题,研究了一种基于子图像融合的并行化视频成像方法;详细介绍了该方法的具体实现过程,分析了算法运算量,并通过点目标仿真验证了该方法的有效性。2、完成了高帧率VideoSAR实时信号处理系统总体设计。分析了高帧率视频SAR实时信号处理系统的设计需求,给出了系统技术指标;采取标准化、模块化设计方法,设计了一种遵循Open VPX标准的高度并行可扩展的系统架构,采用高速串行互联技术和高速串行交换技术实现各板卡之间的高速数据传输;分别说明了高速多通道信号采集板、高速大容量存储板和多功能交换板的设计,简要介绍了系统板。3、完成了高性能异构信号处理板的设计和调试工作。完成了信号处理板的硬件电路设计,单板内集成了两片各外挂8GB DDR3 SDRAM的DSP、FPGA、SRIO交换芯片以及千兆以太网交换芯片等;总结高速电路PCB设计中常见的信号完整性问题,在此基础上完成了处理板的PCB设计;基于设计的信号处理板完成了各高速串行总线的应用开发与性能评估,Hyperlink总线的传输速率达到了28.45Gbps,SRIO总线的传输速率达到了12.50Gbps,千兆以太网的传输速率达到了376Mbps。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN957.52;TN41
【图文】：

机箱实物图

第三章 高帧率视频 SAR 实时信号处理硬件系统总体设计（2）网络交换简介及相关设计网络交换芯片选用 BroadCom 公司的 BCM5396，该芯片集有 256KB 片上数据缓存，拥有 16 个串行端口，每个端口可配置为 SGMII 模式或 1000BASE-X 模式，支持IEEE802.3，802.3u，802.3ab 和 802.3x 协议，适配于所有工业以太网标准设备[39]。BCM5396 结合了高速开关的所有功能，包括数据缓冲区，MAC 控制器，地址管理和非阻塞管理等，其内部功能结构如图 3.10 所示。

物图如图 3.12 所示，其中图 3.12(a)为正面，图 3.12(b)为背面。(a)系统板正面图 (b)系统板背面图图3.12 系统板实物图该系统板选用 Freescale 公司 QorlQ P2 系列的 P2020 作为处理器。P2020 具有两个 e500 Power Architecture 内核及独立的 64KB L1 Cache 和公用的 512KB L2 Cache，主频高达 1.2GHz，集成了丰富的外设接口，支持多任务处理[41]。系统板选用 IDT 公司的 89HPES22H16G2 作为 PCIe 交换器，该交换芯片符合 PCI Express 2.0 标准，支持 22lane、16 端口的 PCIeSwitch 互联，支持的带宽模式包括 2.5GT/s 和 5.0GT/s，支持的端口模式包括 1x、2x 和 4x，不仅可以优化系统中的 PCIe 数据包交换

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本文编号：2750924