基于FPGA+ADSP的SAR/InSAR实时信号处理研究

摘要

合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候的成像雷达，通过脉冲压缩技术和“合成孔径”原理，实现观测场景的二维高分辨率成像。以SAR为基础，干涉合成孔径雷达(InSAR)以不同的下视角一次或多次观测同一地区，得到两幅/多幅复图像，并通过对具有相干性的两幅复图像的相位进行处理，可以获得观测场景的高程信息，从而得到观测场景的数字高程图(DEM)，其在地质监测、军事侦察、农作物估产、资源勘查等方面发挥着重要的作用。SAR的实时处理现在已经比较成熟，而InSAR的实时信号处理已逐渐成为人们关注的焦点。
　　本文是关于SAR/InSAR实时信号处理的研究，基于FPGA和DSP协同工作实现SAR/InSAR实时信号处理过程，利用FPGA实现实时SAR成像处理，利用多片DSP协同工作实现 InSAR实时处理。针对单航过短基线 InSAR系统的特点，介绍了SAR/InSAR实时处理的基本过程，给出了实时处理中各过程的硬件调试结果。为保证 InSAR处理精度，充分考虑由于数据传输与采集链路的非理想特性对成像的影响以及POS设备误差对干涉处理精度的影响，重点介绍了以下几部分：
　　一、实时处理系统中，由于硬件链路中存在通道特性非理想性、数模转换、模数转换、模拟滤波器等器件的非理想特性，雷达通道不可避免的会引入通道幅频和相频误差。对于单航过双天线InSAR系统，若主辅通道的幅相特性不理想，会导致InSAR两幅图之间的相干性降低，引入干涉相位误差，影响目标的精确定位。本文提出了频域加窗的频谱比对法估计通道幅相误差，操作简单，易于实现，并基于FPGA实现了单通道幅相误差估计与校正，给出了实时处理过程的具体步骤和实测数据调试结果，验证了实时处理的可行性。
　　二、由于 POS设备测量精度的缺陷，经过运动补偿后在干涉相位中还存在由于基线不稳定引起的残余运动误差。基线误差是决定干涉测高精度的重要因素，即使很小的误差，也会给干涉相位和高程测量带来很大的影响，通过子孔径处理法估计基线误差，可以提高测高精度。本文基于FPGA和DSP的硬件架构实现了基线误差估计与相位补偿，给出了实时处理步骤和仿真数据结果，验证了实时处理的可行性。
　　三、实现了实时数据处理结果的回传和显示，从而动态监测处理结果的状态。重点研究了实时信号处理结果回送视频显示器的过程，对分块数据的整合、回传等进行了详细说明，对各个传输接口(包括DSP与FPGA之间的链路口数据传递、FPGA与FPGA之间的LVDS数据传递、FPGA与PC之间的以太网数据传递)进行了说明。详细介绍本系统数据实时传输过程，并给出了硬件调试过程中 Signaltap采样结果，验证了传输过程的正确性。

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第一章 绪论

1.1 研究背景与意义

1.2 SAR/InSAR技术的发展与现状

1.3 SAR/InSAR实时信号处理系统的发展概况

1.4 本文内容安排

第二章 SAR/InSAR实时信号处理的理论基础

2.1 SAR成像原理

2.2 InSAR工作原理

2.3 本章小结

第三章 SAR/InSAR实时信号处理的算法实现

3.1 SAR/InSAR实时系统的算法实现

3.2 实时系统的单通道幅相误差估计及其校正

3.3 实时系统的基线误差估计及其校正

3.4 实时处理性能分析

3.5 本章小结

第四章 SAR/InSAR实时信号处理的数据传输

4.1 FPGA与ADSP的链路口实时数据传输

4.2 不同FPGA之间实时数据传输

4.3 FPGA与PC机的实时数据传输

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 展望

参考文献

致谢

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