基于Z7的无人机微型SAR数字处理组件设计

摘要

近年来，伴随着无人机产业的迅速发展，国内外都纷纷以无人机作为载体，将雷达等设备搭载在无人机上，实现整体的轻小型化。自合成孔径雷达（SAR）问世以来，雷达微小型化也渐渐变成一种趋势，这与无人机的结合就相得益彰。微型SAR具有体积小、重量轻、功耗低、灵活性高等优点，因此研究微型SAR意义深远。本文就基于Zynq-7000系列芯片，研制一款新型架构的微型SAR数字处理组件，最终整个微型SAR系统搭载在无人机上完成了挂飞试验。所取得的主要研究成果为：
　　1.首先分析了微型SAR在当今时代的需求，对比国内外的研究现状，简略地说明了微型SAR的发展现状和应用，然后以此为出发点提出一种设想：研制一款新型架构的微型SAR数字处理组件。该架构基于Zynq-7000系列芯片，用内嵌ARM核的FPGA代替FPGA+DSP的传统架构，从而使得微型SAR系统在保证功能的前提下更加轻小型化。
　　2.对微型SAR系统作了概括性的叙述，引出数字处理组件，并介绍了数字处理组件的组成、功能与技术指标等。完成了数字处理组件的总体设计过程，包括数字处理组件的功能要求以及框架结构，详细介绍了数字处理组件的核心器件Zynq-7000系列芯片，该系列芯片是首款集成ARM核的FPGA芯片。最后对合成孔径雷达成像算法和此次设计中涉及到的雷达模式分别作了介绍。
　　3.完成了数字处理组件的硬件设计和软件实现。首先就硬件部分完成了各个模块及接口的设计，然后介绍了原理图设计、PCB布局以及后续的设计过程。软件部分完成了ARM部分的程序编写，ARM处理器在控制系统流程上具有很大优势，而且可以处理复杂的高精度算法。之后是FPGA部分设计，着重就数字下变频这部分作了详细的介绍，并对Zynq-7000平台的开发过程作了说明。
　　4.对设计好的微型SAR数字处理组件进行了相应的测试，内容包括功能性测试、可靠性测试、成像算法测试等，保证系统在模拟环境中可以正常工作。确认无误后最终对其进行了实际挂飞试验，事后对录取的数据进行图像处理并用MATLAB对结果进行了分析，验证结果符合指标要求。
　　5.最后对该设计作了简要的汇总并提出了新的构想，希望通过新一代的芯片可以进一步提高微型SAR的性能和指标。

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第一章 绪论

1.1微型SAR需求分析

1.2国内外研究现状

1.3本文的内容与安排

第二章 数字处理组件的总体方案设计

2.1微型SAR系统介绍

2.2数字处理组件的模块设计

2.3数字处理组件的核心器件架构介绍

2.4雷达成像原理及算法模式介绍

2.5本章小结

第三章 数字处理组件硬件设计与软件实现

3.1数字处理组件的硬件设计

3.2数字处理组件ARM部分实现

3.3数字处理组件FPGA部分数字下变频的实现[29]

3.4 Zynq-7000的开发设计

3.5本章小结

第四章 数字处理组件的测试与试验

4.1功能性部分

4.2可靠性部分

4.3成像算法部分

4.4实际挂飞试验

4.5本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文总结

5.2后期展望

参考文献

致谢

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