基于FPGA的SAR实时信号处理技术

摘要

近三十年来，合成孔径雷达(SAR)作为一种先进的微波遥感手段受到人们的高度重视，与其它遥感手段相比（如可见光），SAR具有全天时、全天候的特点。成像雷达与常规雷达在系统上相比，一方面，它需要对大数据量和高数据率的原始数据进行处理，另一方面，它对实时性有很高的要求，这些要求给工程实现带来了极大的挑战。因此，用于实现合成孔径雷达的硬件系统的选择和搭配就成为了一个至关重要的问题。
　　大多SAR成像系统都是采用DSP芯片技术进行雷达数字信号处理。尽管DSP具有控制灵活和运算精度高等优点，但是实时性、功耗、场景环境等问题限制了SAR在某些场合下的应用。现场可编程逻辑器件在近几年的发展使得FPGA不管是在性能，还是在成本上都超越了DSP，使FPGA在信号处理领域成为了系统核心，其在芯片构架上是并行处理，运算效率得到了极大的提高，使之能够满足雷达信号处理算法数据吞吐量大、算法实时性高的要求。因此，在信号处理领域将FPGA作为核心处理器已成为一种必然趋势。
　　本文首先介绍了工程实现中较常用的R-D成像算法，研究了基于FPGA的R-D成像算法编程实现，主要阐述了基于FPGA的距离脉冲压缩优化设计、多普勒中心估计和多普勒调频率估计的实现，并且详细叙述了上述设计在FPGA中实现的关键思想及具体步骤，通过仿真和实测数据分析验证了该FPGA设计的有效性和可行性。最后总结工作，指出有待进一步深入的问题。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 合成孔径雷达背景

1．3 SAR成像分类及实时处理介绍

1．4 论文内容结构

第二章 SAR原理及R-D成像算法介绍

2．1 SAR成像原理

2．1．1 合成孔径的形成

2．1．2 SAR成像距离分辨率

2．1．3 SAR成像方位分辨率

2．2 SAR的点目标回波模型

2．3 距离多普勒(R-D)算法

2．3．1 基本R-D算法

2．3．2 改进R-D算法

第三章 基于FPGA的R-D成像处理的设计与实现

3．1 脉冲压缩的原理及实现

3．1．1 脉冲压缩概况

3．1．2 脉冲压缩的原理

3．1．3 基于FPGA的距离脉冲压缩资源优化设计

3．2 多普勒中心估计的原理及实现

3．2．1 多普勒中心估计的原理

3．2．2 基于FPGA的多普勒中心估计的实现

3．3 多普勒调频率估计的原理及实现

3．3．1 多普勒调频率估计的原理

3．3．2 基于FPGA的多普勒调频率估计的实现

第四章 仿真及实验结果分析

4．1 距离脉压资源优化设计仿真结果分析

4．2 多普勒中心估计仿真结果分析

4．3 多普勒调频率估计仿真结果分析

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献

作者在攻读硕士学位期间(合作)的研究成果