微型SAR实时成像系统的硬件设计与实现
发布时间：2020-12-30 08:30
合成孔径雷达（SAR）技术的不断发展创新,SAR雷达系统在军事、农业、环境监测以及地图测绘等诸多领域都有极高的应用价值。近年来,大带宽SAR雷达系统的应用技术研究已成为当前科学领域的研究热点之一,因为在合成孔径成像原理中,雷达发射带宽与分辨率成正比的特征,提高SAR雷达发射信号带宽既提高成像分辨率。本文研制的一种LFM脉冲体制的微型SAR实时成像雷达系统,其工作带宽为500MHz,具有重量轻、体积小等特点,成像处理快且具有较高的成像分辨率。该系统主要用于装载在小型无人机上,可实现对地大场景的高分辨实时成像,在安防领域中具有极大的使用价值。本文主要以微型SAR实时成像系统的硬件设计方法为研究重点,实现了一套基于FPGA+POWERPC架构的LFM脉冲SAR雷达,文章主要包括以下内容:论述了LFM线性调频波雷达的相关理论,并根据理论分析了微型SAR实时成像系统的主要参数指标。设计了一种相对延迟可调的双相干源的设计结构,系统可灵活应用于对不同距离、不同场景大小目标的成像。在雷达信号发射端,系统采用了两种LFM扫频设计方案:一种是DDS+DAC基带小带宽的LFM扫频的设计方式,该方案在FPGA...
【文章来源】： 陈石磊 电子科技大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MicroSAR系统
电子科技大学硕士学位论文2硕的成果，不同参数指标的小型化SAR雷达产品已广泛应用于军事和民用的多个领域。美国杨百翰大学的微波遥感实验室(BYU-MERS)在2004年研制成功的一款LFM连续波小型化SAR雷达(uSAR)[7],整个系统包括T/R射频前端、采集存储控制板卡、以及PC上位机三大部分。包括天线在内的整套雷达系统重量不超过2kg，系统总功耗为18w，发射信号带宽为80-160MHz，可工作在X波段和C波段两个频段。该系统成功完成了有人机载和无人机载实验测试。在该平台的基础上，实验室又开发出了用于对中短距离目标成像的C波段微型SAR系统（MicroSAR），如图1-1所示，其发射带宽为80-200MHz，距离向和方位像分辨率分别可达到1m和0.2m。图1-1MicroSAR系统德国EADS公司在2006年研制成功的一套FMCW连续调频波体制的微型SAR雷达(MiSAR)[8]，其工作频段为Ka波段，作用距离为2-4km，可对500-100m的宽度成像。系统成功装载在Luma无人机上试飞，并获得大量SAR实测数据，“MiSAR”系统效果图（装载于Luma无人机）如图1-2所示。图1-2MiSAR系统（载于Luma无人机）
第一章绪论3美国ImSAR公司与Institu无人机公司在2008年联合成功研制了当时世界上最小的SAR雷达系统（NanoSAR）[9]。区别于采用金属波导管设计的传统SAR雷达，系统采用了印制电路板的设计使整个系统重量低于1kg。系统的工作频段为X波段，最大作用距离超过1km，距离向和方位向分辨率均为1m。德国弗劳恩霍夫雷达技术研究中心在2014年成功研制出了一套发射频率为35GHz的FMCW连续调频波体制SAR雷达（MIRANDA35）[10]，系统（载于轻型有人驾驶飞机）如图1-3所示，该系统可搭载在轻型有人驾驶飞机和无人机平台上进行成像实验。系统具备原始数据采集和实时成像处理两种工作方式，在挂机实验时，雷达可通过高速数据链将回波数据传回地面上位进行存储或进行简单的实时处理，距离向和方位向分辨率可达到2m和0.25m。图1-3MIRAND35系统（载于轻型有人驾驶飞机）近年来，包括中国科学院电子所、中国电子科技集团、电子科技大学等多家科研机构也对微型SAR设计技术开展了研究，并取得了一定的成果，具有代表性的产品包括：中科院在2012年研制的CARMSAR，系统主要应用于交通监控、地形侦测、灾害预警等[11]；中电38所在2014年研制出的一套机载微型SAR实时成像系统[12]，机载平台飞行高度超过2km，时速180km/h，通过改进的RD算法，可使成像分辨率达到0.5mx0.5m。1.3本文主要工作与结构安排本文在国家自然基金等重大科技专项项目的支持下，对一套带宽500MHz的微型SAR实时成像雷达的硬件系统开展设计研究工作，全文根据LFM脉冲体制雷达信号的特点以及微型SAR成像场景的应用需求，重点对系统的数字收发部分进
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9914的线性调频连续波模块设计[J]. 陈天乐,程翔. 电子制作. 2015(05)
[2]小型合成孔径雷达技术综述[J]. 刘赵云. 飞航导弹. 2014(12)
[3]无人机载微型SAR系统设计与实现[J]. 高许岗,雍延梅. 雷达科学与技术. 2014(01)
[4]基于FPGA的并行DDS技术研究[J]. 黄志林. 现代电子技术. 2013(07)
[5]基于FPGA的并行DDS信号发生器的设计与实现[J]. 邓岳平,肖铁军. 计算机工程与设计. 2011(07)
[6]合成孔径雷达的现状与发展趋势[J]. 盖旭刚,陈晋汶,韩俊,王惠斌. 飞航导弹. 2011(03)
[7]去调频SAR成像处理算法[J]. 卢护林,陈潜. 制导与引信. 2010(04)
[8]锁相环电路的基本概念及应用研究[J]. 王照峰,王仕成,苏德伦. 电气应用. 2005(08)
[9]FMCW雷达快速高精度测距算法[J]. 刘宝,刘军民. 电子测量与仪器学报. 2001(03)
[10]CMOS锁相环PLL的设计研究[J]. 李桂华,孙仲林,吉利久. 半导体杂志. 2000(03)
博士论文
[1]太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法研究[D]. 杨旭.电子科技大学 2018
[2]调频连续波合成孔径雷达成像研究与系统实现[D]. 蔡永俊.中国科学院国家空间科学中心 2016
[3]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]基于扫描链对CDMA模块测试的研究[D]. 廖晓强.西安电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的宽带数字下变频技术研究[D]. 王钰.电子科技大学 2018
[3]微型SAR硬件系统设计与实现[D]. 刘峰.电子科技大学 2017
[4]基于DDS的多通道电磁振动台控制系统[D]. 彭波.西南交通大学 2012
[5]调频连续波SAR高分辨率成像关键技术研究[D]. 李鹞.国防科学技术大学 2012
[6]X波段雷达频率源技术研究[D]. 赵建国.南京理工大学 2009
[7]基于DDS的跳频频率合成器研究与实现[D]. 李树刚.哈尔滨工程大学 2007
[8]基于FPGA的数字下变频电路的设计与实现[D]. 李林.电子科技大学 2006
[9]并行DDS频率源技术研究[D]. 刘光辉.电子科技大学 2002
本文编号：2947330
【文章来源】： 陈石磊 电子科技大学
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
MicroSAR系统
电子科技大学硕士学位论文2硕的成果，不同参数指标的小型化SAR雷达产品已广泛应用于军事和民用的多个领域。美国杨百翰大学的微波遥感实验室(BYU-MERS)在2004年研制成功的一款LFM连续波小型化SAR雷达(uSAR)[7],整个系统包括T/R射频前端、采集存储控制板卡、以及PC上位机三大部分。包括天线在内的整套雷达系统重量不超过2kg，系统总功耗为18w，发射信号带宽为80-160MHz，可工作在X波段和C波段两个频段。该系统成功完成了有人机载和无人机载实验测试。在该平台的基础上，实验室又开发出了用于对中短距离目标成像的C波段微型SAR系统（MicroSAR），如图1-1所示，其发射带宽为80-200MHz，距离向和方位像分辨率分别可达到1m和0.2m。图1-1MicroSAR系统德国EADS公司在2006年研制成功的一套FMCW连续调频波体制的微型SAR雷达(MiSAR)[8]，其工作频段为Ka波段，作用距离为2-4km，可对500-100m的宽度成像。系统成功装载在Luma无人机上试飞，并获得大量SAR实测数据，“MiSAR”系统效果图（装载于Luma无人机）如图1-2所示。图1-2MiSAR系统（载于Luma无人机）
第一章绪论3美国ImSAR公司与Institu无人机公司在2008年联合成功研制了当时世界上最小的SAR雷达系统（NanoSAR）[9]。区别于采用金属波导管设计的传统SAR雷达，系统采用了印制电路板的设计使整个系统重量低于1kg。系统的工作频段为X波段，最大作用距离超过1km，距离向和方位向分辨率均为1m。德国弗劳恩霍夫雷达技术研究中心在2014年成功研制出了一套发射频率为35GHz的FMCW连续调频波体制SAR雷达（MIRANDA35）[10]，系统（载于轻型有人驾驶飞机）如图1-3所示，该系统可搭载在轻型有人驾驶飞机和无人机平台上进行成像实验。系统具备原始数据采集和实时成像处理两种工作方式，在挂机实验时，雷达可通过高速数据链将回波数据传回地面上位进行存储或进行简单的实时处理，距离向和方位向分辨率可达到2m和0.25m。图1-3MIRAND35系统（载于轻型有人驾驶飞机）近年来，包括中国科学院电子所、中国电子科技集团、电子科技大学等多家科研机构也对微型SAR设计技术开展了研究，并取得了一定的成果，具有代表性的产品包括：中科院在2012年研制的CARMSAR，系统主要应用于交通监控、地形侦测、灾害预警等[11]；中电38所在2014年研制出的一套机载微型SAR实时成像系统[12]，机载平台飞行高度超过2km，时速180km/h，通过改进的RD算法，可使成像分辨率达到0.5mx0.5m。1.3本文主要工作与结构安排本文在国家自然基金等重大科技专项项目的支持下，对一套带宽500MHz的微型SAR实时成像雷达的硬件系统开展设计研究工作，全文根据LFM脉冲体制雷达信号的特点以及微型SAR成像场景的应用需求，重点对系统的数字收发部分进
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于AD9914的线性调频连续波模块设计[J]. 陈天乐,程翔. 电子制作. 2015(05)
[2]小型合成孔径雷达技术综述[J]. 刘赵云. 飞航导弹. 2014(12)
[3]无人机载微型SAR系统设计与实现[J]. 高许岗,雍延梅. 雷达科学与技术. 2014(01)
[4]基于FPGA的并行DDS技术研究[J]. 黄志林. 现代电子技术. 2013(07)
[5]基于FPGA的并行DDS信号发生器的设计与实现[J]. 邓岳平,肖铁军. 计算机工程与设计. 2011(07)
[6]合成孔径雷达的现状与发展趋势[J]. 盖旭刚,陈晋汶,韩俊,王惠斌. 飞航导弹. 2011(03)
[7]去调频SAR成像处理算法[J]. 卢护林,陈潜. 制导与引信. 2010(04)
[8]锁相环电路的基本概念及应用研究[J]. 王照峰,王仕成,苏德伦. 电气应用. 2005(08)
[9]FMCW雷达快速高精度测距算法[J]. 刘宝,刘军民. 电子测量与仪器学报. 2001(03)
[10]CMOS锁相环PLL的设计研究[J]. 李桂华,孙仲林,吉利久. 半导体杂志. 2000(03)
博士论文
[1]太赫兹高分辨雷达系统工作模式和成像算法研究[D]. 杨旭.电子科技大学 2018
[2]调频连续波合成孔径雷达成像研究与系统实现[D]. 蔡永俊.中国科学院国家空间科学中心 2016
[3]太赫兹雷达成像算法研究[D]. 张彪.电子科技大学 2015
硕士论文
[1]基于扫描链对CDMA模块测试的研究[D]. 廖晓强.西安电子科技大学 2019
[2]基于FPGA的宽带数字下变频技术研究[D]. 王钰.电子科技大学 2018
[3]微型SAR硬件系统设计与实现[D]. 刘峰.电子科技大学 2017
[4]基于DDS的多通道电磁振动台控制系统[D]. 彭波.西南交通大学 2012
[5]调频连续波SAR高分辨率成像关键技术研究[D]. 李鹞.国防科学技术大学 2012
[6]X波段雷达频率源技术研究[D]. 赵建国.南京理工大学 2009
[7]基于DDS的跳频频率合成器研究与实现[D]. 李树刚.哈尔滨工程大学 2007
[8]基于FPGA的数字下变频电路的设计与实现[D]. 李林.电子科技大学 2006
[9]并行DDS频率源技术研究[D]. 刘光辉.电子科技大学 2002
本文编号：2947330
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