基于FPGA的机载SAR成像及几何失真校正实现
发布时间：2021-06-28 10:35
合成孔径雷达（SAR）是一种主动式的高分辨率成像雷达,具有优于传统光学与红外成像的全天时、全天候的工作特点,已广泛应用于侦察、监视、测绘、勘探等军、民应用领域。高分辨率机载SAR成像处理算法复杂度高、数据吞吐量大,如何实时获取高质量SAR图像是机载SAR技术领域的一个研究热点。本文主要研究了基于现场可编程门阵列（FPGA）的机载SAR实时成像与几何失真校正方法的实现方案。论文主要工作包括:第一章首先介绍了SAR成像的研究背景,回顾了机载SAR研究的发展历程。在考虑SAR成像信号处理需求的前提下,对比FPGA与DSP的技术与应用特征,说明选用FPGA技术进行机载SAR成像系统硬件实现的优势。第二章构建了SAR信号采集和成像几何模型,给出了改进后的极坐标格式算法（PFA）的推导过程,采用距离向尺度变换、方位向插值操作实现了PFA算法中回波数据的坐标格式转换。此外,由于PFA建立在平面波前假设下,在实际弯曲波前下会导致图像几何失真,研究了采用图像域二维重采样实现几何失真校正的方法。通过模拟点目标回波的成像处理验证了算法的有效性。第三章研究了FPGA硬件系统的实现方案,设计了距离向处理、方位向...
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚束SAR成像信号采集模型
基于 FPGA 的机载 SAR 成像及几何失真校正实现在方位相位信息（含有px 的左边部分）中，都存在着距离频率变量( f )与方位时间变在 、 之中）耦合的情况。诸如此类信号中有变量耦合的情况，会导致成像点发生。对式(2.10)所示信号进行距离向 Fourier 变换，有其距离徙动曲线为 cos sin cos cosB p pRCM t x y 极坐标格式算法就是为了使式(2.10)中的距离、方位相位部分都转为对应变量的一
04 4, exp cos tan cosR p c p cS t f j x f f y f fc c 见在距离尺度变换后，距离信息部分已不存在距离、方位变量耦合的情况。考虑实际情况，对频域尺度变换进行如图 2.3(a)改进，具体为以下三点：）根据雷达发射线性调频信号的特性，若令 = k，则频域尺度变换的第一个滤 2 exp j f /k ，与插值操作前的匹配滤波函数会相互抵消。故可将匹配滤图 2.2(b)中 A 点，即第一次逆 Fourier 变换后输入，直接与第一个二次相位因子进行计算，还可将运动补偿运算步骤与尺度变换结合，同时进行。）如果直接将原有的频域尺度变换方法应用到距离向尺度变换中，由于待处理的回有的距离向偏差，两次复乘的二次相位因子会导致频谱直接偏至处理频率限制之于采样频率）。为了最大限度地减小频谱偏移，修改两次时域复乘的二次相位因位中心一直跟随坐标原点（即场景中心点）处回波支撑域中心。）由于距离向重采样并不是简单的尺度变换，还带有一 1 c r f f 的频域偏差四次 Fourier 变换后，复乘与该频域偏差相对的时域相位因子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预失真线性化系统中的DSP与FPGA高速通信及实现[J]. 李先印,叶焱,刘太君,林文韬,程琪榕,吴丽. 数据通信. 2015(05)
[2]DSP技术在SAR测控系统中的研究应用[J]. 黄小波. 计算机技术与发展. 2015(05)
[3]SAR高速实时信号处理系统设计[J]. 韩涛,孙娟,于巍巍,雷珺琳. 空间电子技术. 2014(04)
[4]几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响[J]. 柴建忠,高旭,刘学强,艾俊强. 南京航空航天大学学报. 2014(04)
[5]一种FPGA中BRAM36k的设计方法[J]. 刘瑛,胡凯,丛红艳,万清. 电子与封装. 2014(05)
[6]浅谈FPGA器件设计技术发展综述[J]. 张鹏. 电子测试. 2014(10)
[7]基于NVIDIA GPU的机载SAR实时成像处理算法CUDA设计与实现[J]. 孟大地,胡玉新,石涛,孙蕊,李晓波. 雷达学报. 2013(04)
[8]DSP应用技术综述[J]. 廖娜. 科技信息. 2008(32)
[9]1m分辨率无人机SAR后处理算法的DSP实现[J]. 刘晓燕,高浪,邢孟道. 电子科技. 2008(09)
[10]基于DSP+FPGA的信号处理实验系统研制[J]. 崔旭涛,杨日杰,何友. 仪器仪表学报. 2007(05)
博士论文
[1]基于信号模型的SAR参数化成像技术研究[D]. 高叶盛.上海交通大学 2013
[2]PFA在SAR超高分辨率成像和SAR/GMTI中的应用研究[D]. 毛新华.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现[D]. 郭江哲.南京航空航天大学 2016
[2]聚束式合成孔径雷达成像技术研究[D]. 孙庚.哈尔滨工业大学 2015
[3]SAR自聚焦算法研究及其FPGA实现[D]. 曹海洋.南京航空航天大学 2014
[4]基于FPGA和AD的SAR实时成像处理机接口板设计[D]. 樊石海.西安电子科技大学 2014
[5]快速极坐标格式算法及FPGA实现[D]. 邹林辰.南京航空航天大学 2013
[6]大斜视机载SAR成像算法[D]. 邓科.南京邮电大学 2013
[7]基于FPGA+DSP的斜视SAR实时处理技术[D]. 陈皓.西安电子科技大学 2012
[8]SAR数据存储系统中DSP软件开发[D]. 翟丽杰.电子科技大学 2010
[9]基于子孔径处理的SAR高分辨率成像算法研究[D]. 仇志华.南京航空航天大学 2009
[10]快速极坐标格式算法研究及硬件实现[D]. 吴大巍.南京航空航天大学 2009
本文编号：3254164
【文章来源】：南京航空航天大学江苏省 211工程院校
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
聚束SAR成像信号采集模型
基于 FPGA 的机载 SAR 成像及几何失真校正实现在方位相位信息（含有px 的左边部分）中，都存在着距离频率变量( f )与方位时间变在 、 之中）耦合的情况。诸如此类信号中有变量耦合的情况，会导致成像点发生。对式(2.10)所示信号进行距离向 Fourier 变换，有其距离徙动曲线为 cos sin cos cosB p pRCM t x y 极坐标格式算法就是为了使式(2.10)中的距离、方位相位部分都转为对应变量的一
04 4, exp cos tan cosR p c p cS t f j x f f y f fc c 见在距离尺度变换后，距离信息部分已不存在距离、方位变量耦合的情况。考虑实际情况，对频域尺度变换进行如图 2.3(a)改进，具体为以下三点：）根据雷达发射线性调频信号的特性，若令 = k，则频域尺度变换的第一个滤 2 exp j f /k ，与插值操作前的匹配滤波函数会相互抵消。故可将匹配滤图 2.2(b)中 A 点，即第一次逆 Fourier 变换后输入，直接与第一个二次相位因子进行计算，还可将运动补偿运算步骤与尺度变换结合，同时进行。）如果直接将原有的频域尺度变换方法应用到距离向尺度变换中，由于待处理的回有的距离向偏差，两次复乘的二次相位因子会导致频谱直接偏至处理频率限制之于采样频率）。为了最大限度地减小频谱偏移，修改两次时域复乘的二次相位因位中心一直跟随坐标原点（即场景中心点）处回波支撑域中心。）由于距离向重采样并不是简单的尺度变换，还带有一 1 c r f f 的频域偏差四次 Fourier 变换后，复乘与该频域偏差相对的时域相位因子。
【参考文献】：
期刊论文
[1]预失真线性化系统中的DSP与FPGA高速通信及实现[J]. 李先印,叶焱,刘太君,林文韬,程琪榕,吴丽. 数据通信. 2015(05)
[2]DSP技术在SAR测控系统中的研究应用[J]. 黄小波. 计算机技术与发展. 2015(05)
[3]SAR高速实时信号处理系统设计[J]. 韩涛,孙娟,于巍巍,雷珺琳. 空间电子技术. 2014(04)
[4]几种载体表面缝隙对雷达目标特性的影响[J]. 柴建忠,高旭,刘学强,艾俊强. 南京航空航天大学学报. 2014(04)
[5]一种FPGA中BRAM36k的设计方法[J]. 刘瑛,胡凯,丛红艳,万清. 电子与封装. 2014(05)
[6]浅谈FPGA器件设计技术发展综述[J]. 张鹏. 电子测试. 2014(10)
[7]基于NVIDIA GPU的机载SAR实时成像处理算法CUDA设计与实现[J]. 孟大地,胡玉新,石涛,孙蕊,李晓波. 雷达学报. 2013(04)
[8]DSP应用技术综述[J]. 廖娜. 科技信息. 2008(32)
[9]1m分辨率无人机SAR后处理算法的DSP实现[J]. 刘晓燕,高浪,邢孟道. 电子科技. 2008(09)
[10]基于DSP+FPGA的信号处理实验系统研制[J]. 崔旭涛,杨日杰,何友. 仪器仪表学报. 2007(05)
博士论文
[1]基于信号模型的SAR参数化成像技术研究[D]. 高叶盛.上海交通大学 2013
[2]PFA在SAR超高分辨率成像和SAR/GMTI中的应用研究[D]. 毛新华.南京航空航天大学 2009
硕士论文
[1]高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现[D]. 郭江哲.南京航空航天大学 2016
[2]聚束式合成孔径雷达成像技术研究[D]. 孙庚.哈尔滨工业大学 2015
[3]SAR自聚焦算法研究及其FPGA实现[D]. 曹海洋.南京航空航天大学 2014
[4]基于FPGA和AD的SAR实时成像处理机接口板设计[D]. 樊石海.西安电子科技大学 2014
[5]快速极坐标格式算法及FPGA实现[D]. 邹林辰.南京航空航天大学 2013
[6]大斜视机载SAR成像算法[D]. 邓科.南京邮电大学 2013
[7]基于FPGA+DSP的斜视SAR实时处理技术[D]. 陈皓.西安电子科技大学 2012
[8]SAR数据存储系统中DSP软件开发[D]. 翟丽杰.电子科技大学 2010
[9]基于子孔径处理的SAR高分辨率成像算法研究[D]. 仇志华.南京航空航天大学 2009
[10]快速极坐标格式算法研究及硬件实现[D]. 吴大巍.南京航空航天大学 2009
本文编号：3254164
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