超分辨成像的FPGA快速实现方法研究
发布时间：2021-07-27 06:43
前视超分辨雷达在精确制导、飞行侦查和物资空投等领域具有广阔的应用空间和价值,但是普遍存在超分辨图像分辨率低、运算量大,所以开展基于FPGA的超分辨处理对于雷达实时成像具有很重大的意义。本文针对前视扫描雷达超分辨成像,开展全变差超分辨成像处理算法研究,设计了超分辨成像的FPGA架构信号处理机,完成了全变差超分辨算法的移植和系统设计,具体工作内容如下:（1）根据前视扫描雷达的空间运动构型,推导点目标距离历史,建立成像场景回波模型,通过回波预处理然后确定方位向的卷积模型,在正则化约束条件下引入目标的梯度信息,推导全变差超分辨成像算法,并且进行了理论仿真和实测数据处理。（2）针对全变差超分辨雷达信号处理机需求,设计了超分辨成像系统的硬件结构,回波采集板、数据处理板和数据传输背板,以及千兆以太网、高速通信接口和时钟等重要电路,完成了数据的采集缓存、SRIO板间数据传输以及回波信号预处理程序设计。（3）对于全变差超分辨算法中涉及的大量矩阵运算,设计了矩阵脉动阵列乘法器结构,针对超分辨算法中的迭代计算,设计数据处理板卡阵列和流水线,实现了硬件电路的加速。（4）针对设计的超分辨FPGA成像系统完成硬件...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
前视雷达应用场景
第一章绪论3(a)(b)图1-3NUAA实测数据处理。(a)实波束成像；(b)单脉冲成像美国学者在1993年提出了切航迹方向安装阵列天线提高方位向分辨率，同时进行了仿真验证[9-12]，同年德国学者也提出了同样的方法实现前视SAR成像。德国宇航局在1999年设计了视景增强区域成像雷达系统，并且实现了算法设计、样机制造到挂飞实验的全过程，实测数据结果如图1-4所示，阵列天线雷达的机载平台为直升机，图1-4(b)是成像的光学场景，场景中有弯曲的河流和两岸的树带，图1-4(c)是大尺寸阵列天线的成像结果，可以发现河流和岸边的分界线清晰可见，成像效果较好，但是这种大尺寸阵列天线的设计本质上可以认为是实波束成像，只不过是天线孔径增大提高方位向分辨率，依然不能突破实孔径的分辨率限制，且成本过高[13-15]。双基前视合成孔径雷达通过发射机和接收机分置的几何构型，使等距离线和多普勒线准正交，实现前视雷达高分辨率成像。德国于2009年进行双基合成孔径雷达成像实验[16]，其中发射机采用卫星平台，接收机采用机载平台，验证了接收机后视合成孔径雷达成像，成像结果如图1-5所示。在2006年电子科技大学杨建宇团队开展双基合成孔径雷达成像的研究[17-19]，并于2013年进行机载双基实验，获得国际首幅机载双基前视合成孔径雷达图像[20]，雷达成像结果如图1-6所示，杨教授在该领域做出了重要的贡献。
电子科技大学硕士学位论文4(a)(b)(c)图1-4阵列天线实测数据处理。(a)机载平台；(b)成像场景；(c)阵列天线成像结果图1-5星载-机载合成孔径雷达后视成像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于脉动阵列的卷积计算模块硬件设计[J]. 王春林,谭克俊. 电子技术应用. 2020(01)
[2]FPGA的SDR/DDR3 SDRAM控制器设计[J]. 潘亮,穆仕博,何广亮,袁晓垒. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(01)
[3]高倍抽取率的数字下变频设计[J]. 张凯,陈龙,秦奋,田宇,陈翔. 火控雷达技术. 2019(04)
[4]基于JESD204B的接收端数据链路层设计与实现[J]. 付东兵,焦阳,徐洋洋,邱雅倩,姚亚峰. 微电子学. 2019(04)
[5]基于实测数据处理的统计优化反卷积实波束锐化算法[J]. 黄柏圣,柳兆峰. 现代雷达. 2016(11)
[6]前视SAR成像技术的发展和展望[J]. 庞礴,代大海,邢世其,王雪松. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[7]机载雷达单脉冲前视成像算法[J]. 吴迪,朱岱寅,朱兆达. 中国图象图形学报. 2010(03)
博士论文
[1]运动平台前视雷达超分辨成像理论与方法[D]. 张寅.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]机载相控阵雷达前视超分辨技术研究[D]. 夏洁.中国科学技术大学 2018
[2]单脉冲雷达前视成像技术研究[D]. 杨成杰.南京航空航天大学 2017
[3]海面动目标的检测及其FPGA实现技术研究[D]. 杨彬.电子科技大学 2014
[4]机载雷达前视高分辨成像技术研究[D]. 周道林.电子科技大学 2011
本文编号：3305298
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
前视雷达应用场景
第一章绪论3(a)(b)图1-3NUAA实测数据处理。(a)实波束成像；(b)单脉冲成像美国学者在1993年提出了切航迹方向安装阵列天线提高方位向分辨率，同时进行了仿真验证[9-12]，同年德国学者也提出了同样的方法实现前视SAR成像。德国宇航局在1999年设计了视景增强区域成像雷达系统，并且实现了算法设计、样机制造到挂飞实验的全过程，实测数据结果如图1-4所示，阵列天线雷达的机载平台为直升机，图1-4(b)是成像的光学场景，场景中有弯曲的河流和两岸的树带，图1-4(c)是大尺寸阵列天线的成像结果，可以发现河流和岸边的分界线清晰可见，成像效果较好，但是这种大尺寸阵列天线的设计本质上可以认为是实波束成像，只不过是天线孔径增大提高方位向分辨率，依然不能突破实孔径的分辨率限制，且成本过高[13-15]。双基前视合成孔径雷达通过发射机和接收机分置的几何构型，使等距离线和多普勒线准正交，实现前视雷达高分辨率成像。德国于2009年进行双基合成孔径雷达成像实验[16]，其中发射机采用卫星平台，接收机采用机载平台，验证了接收机后视合成孔径雷达成像，成像结果如图1-5所示。在2006年电子科技大学杨建宇团队开展双基合成孔径雷达成像的研究[17-19]，并于2013年进行机载双基实验，获得国际首幅机载双基前视合成孔径雷达图像[20]，雷达成像结果如图1-6所示，杨教授在该领域做出了重要的贡献。
电子科技大学硕士学位论文4(a)(b)(c)图1-4阵列天线实测数据处理。(a)机载平台；(b)成像场景；(c)阵列天线成像结果图1-5星载-机载合成孔径雷达后视成像
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于脉动阵列的卷积计算模块硬件设计[J]. 王春林,谭克俊. 电子技术应用. 2020(01)
[2]FPGA的SDR/DDR3 SDRAM控制器设计[J]. 潘亮,穆仕博,何广亮,袁晓垒. 单片机与嵌入式系统应用. 2020(01)
[3]高倍抽取率的数字下变频设计[J]. 张凯,陈龙,秦奋,田宇,陈翔. 火控雷达技术. 2019(04)
[4]基于JESD204B的接收端数据链路层设计与实现[J]. 付东兵,焦阳,徐洋洋,邱雅倩,姚亚峰. 微电子学. 2019(04)
[5]基于实测数据处理的统计优化反卷积实波束锐化算法[J]. 黄柏圣,柳兆峰. 现代雷达. 2016(11)
[6]前视SAR成像技术的发展和展望[J]. 庞礴,代大海,邢世其,王雪松. 系统工程与电子技术. 2013(11)
[7]机载雷达单脉冲前视成像算法[J]. 吴迪,朱岱寅,朱兆达. 中国图象图形学报. 2010(03)
博士论文
[1]运动平台前视雷达超分辨成像理论与方法[D]. 张寅.电子科技大学 2016
硕士论文
[1]机载相控阵雷达前视超分辨技术研究[D]. 夏洁.中国科学技术大学 2018
[2]单脉冲雷达前视成像技术研究[D]. 杨成杰.南京航空航天大学 2017
[3]海面动目标的检测及其FPGA实现技术研究[D]. 杨彬.电子科技大学 2014
[4]机载雷达前视高分辨成像技术研究[D]. 周道林.电子科技大学 2011
本文编号：3305298
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