基于FPGA的SAR实时成像实现技术研究

摘要

合成孔径雷达是一种高分辨力的成像雷达，具有全天时、全天候、远距离的工作能力。随着系统向大带宽、高分辨率、信号处理实时化的方向迈进，回波的数据率越来越高，因此对实时成像处理系统提出了更高的要求。SAR成像运算量主要集中在距离向和方位向脉压处理上，以前经常采用多片高速DSP并联的方式实现，目前已有大量的工程应用。但是近几年随着可编程器件的发展使得FPGA成为比DSP更优越的数字信号处理方式。较DSP而言，FPGA具有更多的硬件资源可以利用，处理速度更快，灵活性更好。 本文主要从实时成像处理技术的应用角度出发，对采用RD算法的实时成像处理系统的FPGA实现方法做了一定的研究，主要工作如下： 1．根据系统指标要求，确定设计方案，采用单片高密度FPGA芯片实现距离向和方位向两次脉压处理，实现转置存储控制，并实现各种接口协议；采用两片高速DSP芯片实现自聚焦算法。 2．根据系统方案，完成系统硬件电路的设计，主要包括各单元电路设计和芯片选型。 3．完成系统的FPGA程序开发与调试，主要包括FFT，IFFT，CMUL和转置存储控制等模块，在此基础上，重点介绍了一种基于DDRSDRAM的行写行读高效转置存储算法，在采用该算法进行转置存储操作时，读写两端的速度相匹配，满足流水线操作要求，提高了整个系统的实时性。最后介绍了采用CORDIC算法实现复图像求模运算的方法，分析了算法的硬件实现结构，并给出了基于FPGA的实现方法及仿真结果。 4．对系统部分功能进行测试，达到项目指标要求，并得到若干幅实时成像图。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景及意义

1.2合成孔径雷达发展概况

1.3本文的结构安排

第二章合成孔径雷达成像原理

2.1合成孔径雷达成像原理

2.1.1距离向高分辨力实现

2.1.2方位向高分辨力实现

2.2合成孔径雷达成像算法

2.3去调频斜率算法

2.4本章小结

第三章实时成像系统方案设计

3.1功能分析及指标要求

3.2传统实现方式

3.3系统方案设计

3.3.1方案介绍

3.3.2可行性分析

3.4本章小结

第四章实时成像系统硬件设计

4.1数据采集模块设计

4.1.1技术指标

4.1.2功能描述

4.1.3主要芯片选型

4.1.4外围电路设计

4.2 FPGA硬件电路设计

4.2.1芯片选型

4.2.2配置电路设计

4.3 DSP硬件电路设计

4.3.1芯片选型

4.3.2 DSP SDRAM扩展设计

4.3.3 DSP Linkport接口设计

4.3.4 DSP配置电路设计

4.3.5 JTAG电路设计

4.3.6时钟分配电路设计

4.3.7 DSP加载电路设计

4.4相关接口硬件电路设计

4.4.1 1553B接口电路设计

4.4.2 RS485接口电路设计

4.4.3 RS232接口电路设计

4.5本章小结

第五章实时成像系统FPGA程序设计

5.1距离向脉压处理

5.2基于DDR SDRAM转置存储模块的实现

5.2.1转置存储原理

5.2.2 DDR SDRAM操作方式

5.2.3传统转置存储算法

5.2.4行写行读高效转置存储算法

5.2.5算法执行效率及难点分析

5.2.6转置存储模块的FPGA实现

5.3方位向脉压处理及求模输出

5.3.1方位向脉压处理

5.3.2基于CORDIC算法实现求模运算

5.4本章小结

第六章实时成像系统调试

6.1系统级联调试

6.2调试结果

6.3本章小结

结束语

1.本文工作总结

2.工作展望

致谢

参考文献

在校期间的科研成果和发表的学术论文