太赫兹ISAR成像方法及其FPGA实现

发布时间：2020-02-04 19:42

【摘要】：太赫兹频段高、波长短,非常适合于极大信号带宽的实现,基于THz频段成像雷达具有更高的成像分辨率,能够更加精确的获取非合作目标的精细图像。同时,太赫兹波具有良好的反隐身和抗干扰能力,使得THz-ISAR成像技术在对空间目标成像探测和识别方面具有重大的应用前景。因此,对空间目标的THz-ISAR成像技术研究具有重要的理论意义和应用价值。FPGA是一种新型高性能的可编程器件。工艺的改进使FPGA集成度和性能提高,FPGA内部各个模块可并行工作,计算效率高;FPGA在运算简单但运算量大的应用中有很大优势,而THz-ISAR成像处理流程较为固定,运算量较大。因此,THz-ISAR成像及其FPGA实现是目前雷达信号处理领域的重要发展方向。本文重点研究了太赫兹ISAR空间目标成像方法及其关键处理模块的FPGA实现方法,主要工作和成果分述如下:1.深入研究了THz-ISAR成像原理与方法。针对THz-ISAR电磁散射特征和空间目标的运动特点,在分析THz-ISAR回波模型的基础上,提出一种有效的空间目标THz-ISAR成像方法。该方法考虑到空间目标的高速运动将导致雷达接收到的回波非相干、一维距离像发生展宽和平移等影响,利用回波相干化方法以提高空间目标一维距离像的聚焦度;并通过高效的基于互相关的包络对齐和最小熵搜索的自聚焦处理方法对空间目标平动分量进行估计和补偿;同时,考虑到空间目标尺寸较大的情况,目标转动时散射点将发生越距离单元徙动现象,采用一阶Keystone变换实现了散射点徙动的有效补偿;再通过基于最小熵搜索的自聚焦处理方法得到空间目标的二维高分辨率图像。仿真数据和演示验证平台录取的实测数据验证了上述THz-ISAR成像算法的有效性。2.在深入研究太赫兹ISAR成像中回波相干化、包络对齐、散射点距离徙动校正理论的基础上,设计了回波相干化、互相关法和Keystone变换等关键处理模块的FPGA实现方案,并进行了仿真实现,通过FPGA仿真处理结果与Matlab处理结果的对比分析,验证了FPGA实现方法的正确性。3.基于矩阵分割思想,在FPGA中实现了成像处理中的大规模矩阵的转置。在ISAR成像处理流程中,需要对距离向数据和方位向数据分别进行处理,这其中便涉及矩阵数据的转置操作,然而FPGA内部BRAM资源有限,因此矩阵转置的实现需要利用存储器DDR2 SDRAM。采用矩阵分割的方法,将存储在DDR2SDRAM中的大规模矩阵数据分成若干矩阵块,利用FPGA内部的RAM资源,对每个矩阵块进行转置,从而完成大规模矩阵的转置。测试结果证明该方法转置效率高,大量节省了转置的处理时间。
【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】：2014
【分类号】：TN957.52

【参考文献】