高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现

发布时间：2017-11-02 22:20

  本文关键词：高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现

  更多相关文章： 合成孔径雷达 自聚焦算法 两维相位误差 现场可编辑门阵列 实时处理

【摘要】：合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式探测系统,它工作不受时间、气候条件限制,而且探测距离远、范围大,在军民领域获得广泛的应用与发展。由于SAR成像质量与回波相位紧密相关,需要进一步采用自聚焦技术估计并补偿其相位误差,以获得高分辨SAR图像。另一方面现场可编程门阵列(FPGA)以其在体积、处理效率、功耗、可靠性等方面的优势,被越来越多地应用在SAR成像信号处理系统。本文主要研究SAR自聚焦算法以及算法的FPGA的实现。本文首先介绍SAR自聚焦背景及意义、发展历史及现状,概括了本文的内容结构。然后分析了相位梯度自聚焦(PGA)算法的原理及步骤。针对长相干处理间隔条件下较大高阶相位误差造成的PGA性能下降问题,讨论了一种结合PGA算法和子孔径偏移(MD)算法的多子孔径自聚焦算法(PGA-MD),算法通过划分方位子孔径避免了高阶相位误差,并利用PGA和MD算法保证了子孔径相位误差函数的估计及拼接精度。后面指出SAR相位误差本质上一种两维的误差,研究一种极坐标格式算法(PFA)下的两维自聚焦算法。通过分析极坐标格式转换对残留误差的影响,得到一维方位相位误差和两维相位误差的映射关系,并基于这种关系将两维误差估计问题转化成一维估计/两维校正问题,从而提高了算法的运算精度和效率。接着介绍了图像域分块PGA方法,以此抑制空变误差的影响。为了在FPGA上实现自聚焦处理系统,首先拟定了一种两维自聚焦处理方案。然后对系统进行整体架构设计,将自聚焦处理系统分成3个部分:自聚焦算法单元模块、数据读写模块和聚焦参数配置模块。具体分析了PGA子模块,Sinc插值子模块和互相关子模块等几个主要功能模块及算法处理主控制模块,并对算法到FPGA的映射进行了优化;阐述了基于DDR3 SDRAM的数据存储与转置模块,分析了转置存储方案的效率并完成用户接口设计;介绍了参数配置模块。为了验证FPGA实现自聚焦算法的正确性,搭建了以主机、以太网、FPGA和DDR3 SDRAM为主体的验证系统框架。主要从网络的分层模型出发,介绍了一种基于以太网的数据通信模块,实现了主机与开发板的数据通信。然后对自聚焦处理系统的聚焦效果、处理精度、处理效率和资源使用率进行了分析。实验结果表明本次基于FPGA的自聚焦处理系统能够非常明显地改善图像质量,处理精度、实时性都能满足要求。最后总结本文工作并提出未来改进方向。
【关键词】：合成孔径雷达 自聚焦算法 两维相位误差 现场可编辑门阵列 实时处理
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 缩略词11-13
• 第一章 绪论13-18
• 1.1 研究背景及意义13-14
• 1.2 研究历史与现状14-17
• 1.2.1 自聚焦技术发展概述14-16
• 1.2.2 基于FPGA的SAR信号处理16-17
• 1.3 本文内容及结构安排17-18
• 第二章 自聚焦算法研究18-36
• 2.1 引言18
• 2.2 相位梯度自聚焦18-22
• 2.2.1 SAR图像信号模型18-19
• 2.2.2 PGA算法原理及步骤19-21
• 2.2.3 实测数据处理结果与分析21-22
• 2.3 多子孔径自聚焦22-28
• 2.3.1 子孔径低阶相位误差22-23
• 2.3.2 相位误差拼接23
• 2.3.3 利用MD算法估计线性分量23-26
• 2.3.4 实测数据处理结果26-28
• 2.4 基于先验知识的两维自聚焦算法28-33
• 2.4.1 极坐标格式算法28-30
• 2.4.2 残留误差分析30-31
• 2.4.3 两维自聚焦处理31-32
• 2.4.4 实测数据处理结果32-33
• 2.5 分块自聚焦33-35
• 2.5.1 图像划分34
• 2.5.2 图像拼接34-35
• 2.6 本章小结35-36
• 第三章 基于FPGA的算法实现36-63
• 3.1 自聚焦处理方案与总体设计36-38
• 3.1.1 两维自聚焦处理方案的拟定36-37
• 3.1.2 FPGA实现的总体框架37-38
• 3.2 自聚焦算法处理单元设计38-50
• 3.2.1 PGA算法模块38-42
• 3.2.2 互相关模块42-44
• 3.2.3 相位拼接44
• 3.2.4 Sinc插值模块44-49
• 3.2.5 算法处理主控制模块49-50
• 3.3 基于DDR3的数据存储与转置50-61
• 3.3.1 外部存储介质的选择51
• 3.3.2 DDR3 SDRAM简介51-52
• 3.3.3 内存控制器52-54
• 3.3.4 用户接口设计54-60
• 3.3.5 数据读写控制模块60-61
• 3.4 参数配置模块61-62
• 3.5 本章小节62-63
• 第四章 系统验证与数据分析63-73
• 4.1 硬件平台简介63-64
• 4.2 系统的验证方案64-70
• 4.2.1 数据通信模块64-69
• 4.2.2 验证系统整体框图69-70
• 4.3 实验结果与分析70-72
• 4.3.1 实测数据处理结果分析70-71
• 4.3.2 处理效率与资源分析71-72
• 4.4 本章小节72-73
• 第五章 结束语73-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文80

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：1133434