SAR实时成像系统中的压缩和矩阵转置研究

摘要

高时效性和大数据量是合成孔径雷达(SAR)实时成像处理系统的两个主要问题.SAR成像处理数据量大和运算量大,其运算量主要集中在距离向和方位向的压缩处理上,而距离向和方位向压缩的主要运算量在于实现匹配滤波的快速傅立叶变换(FFT)运算.常用的压缩处理方案是采用高速DSP器件来完成FFT运算,在点数上有很大局限性.大数据量的问题主要集中在矩阵转置运算中,既要实现4K×8K点的矩阵转置运算,又要保证系统实时性,就需要高速大容量存储器.本文的主要内容就是针对上述两个问题进行的研究:1.针对项目要求,在讨论了系统指标基础上,兼顾速度和精度,选择FPGA芯片来实现实时处理的核心算法——块浮点FFT算法,详细介绍块浮点FFT的思想以及在FPGA内部的设计和实现,并完成了距离压缩和方位压缩的处理,最后采用实际星载SAR原始数据对整个系统进行了测试,对系统成像结果进行了性能分析.2.为了解决数据量庞大、高速数据存取的问题,本文采用了FPGA芯片和同步动态存储器(SDRAM)来实现矩阵转置运算.由于对SDRAM控制的设计非常关键,因此,本文在介绍SDRAM基本控制操作的基础上,详细介绍了使用FPGA芯片来对SDRAM进行控制来完成矩阵转置功能的设计方法.本课题以SAR实时成像处理系统的研制为背景,通过对SAR实时成像处理系统两个主要问题的研究,成功完成了利用FPGA实现块浮点FFT运算,并对SDRAM的控制完成矩阵转置板的转置功能.本文的工作对整个系统实现的实时性和精确性具有重要意义.块浮点FFT运算的FPGA实现有较高的民用和军用价值,且对SAR实时成像系统研究有一定的参考价值.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明及关于论文使用授权的说明

第一章引言

1.1合成孔径雷达(SAR)概述

1.1.1合成孔径雷达基本概念

1.1.2 SAR成像技术特点

1.1.3 SAR的应用

1.2 SAR实时处理机研究发展概况

1.3项目背景、技术指标、研究内容及总体方案

1.3.1项目背景和技术指标

1.3.2研究内容

1.3.3总体方案

1.4本文结构安排

第二章SAR实时成像系统原理与实现

2.1 SAR成像系统基本原理

2.2 SAR实时成像分离压缩处理

2.2.1 SAR成像处理的可分离性

2.2.2距离向压缩和方位向压缩

2.2.3矩阵转置运算

2.3 SAR实时成像处理系统实现

第三章FPGA完成块浮点FFT/IFFT运算的设计和实现

3.1块浮点FFT

3.1.1 FFT的基本思想和结构

3.1.2块浮点FFT的思想

3.2 FPGA完成块浮点FFT运算的设计和实现

3.2.1 芯片EP1S25F672C7介绍及可行性分析

3.2.2 FP GA完成块浮点FFT运算的设计

3.3 FPGA完成块浮点FFT运算的软件仿真及硬件调试分析

3.3.1软件仿真

3.3.2硬件调试和验证

3.3.3性能分析

第四章SAR实时成像系统矩阵转置板的设计与实现

4.1 SAR实时成像系统矩阵转置板概述

4.2 S DRAM及MT48LC32M8A2基本介绍

4.2.1 SDRAM简介

4.2.2芯片MT48LC32M8A2简介及其主要控制指令

4.3 SAR实时成像矩阵转置板的设计实现

4.3.1 SAR实时成像矩阵转置板总体设计

4.3.2存储器组的设计

4.3.3 FPGA实现对SDRAM组的控制

4.3.4 FPGA对底板并口电路的控制

4.4 SAR实时成像矩阵转置板的软、硬件调试及结果

4.4.1软件仿真

4.4.2硬件调试及结果

结束语

参考文献

致谢

个人简历