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星载SAR高速FPGA预处理板的研制

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目录

文摘

英文文摘

研究成果声明及关于学位论文使用权的说明

第一章 序言

1.1合成孔径雷达发展的历史和现状

1.2实时数字信号处理技术

1.3预处理器的研究现状

1.4课题来源和论文的主要贡献

1.5论文结构

第二章星载SAR实时成像处理系统简介

2.1引言

2.2概述

2.3星上实时处理的优势

2.4星上实时成像处理的实现方案

2.4.1基本框图

2.5.2实时成像处理的参数计算

2.6实时成像处理中主要处理模块的实现

2.6.1预滤波处理

2.6.2距离向压缩处理

2.6.3方位压缩处理

2.7小结

第三章预处理器设计中FI R滤波器的实现和优化

3.1前言

3.2 SAR预处理器中FIR降采样滤波器的应用背景

3.3 FIR滤波器的基本结构

3.4 FIR滤波器的窗函数设计方法

3.4.1设计的基本思想

3.4.2窗函数的功能与选择

3.5线性相位FIR滤波器的优化

3.5.1表达式的直接优化

3.5.2利用查找表进行设计优化

3.5.3采用串行乘法器优化[37]

3.5.4采用流水线技术[1]

3.5.5系数CSD码的优化[38]

3.5.6高阶FIR滤波器的设计

3.5.7模拟仿真结果

3.6小结

第四章基于Xilinx ISE5.2 i的预处理器FPGA设计

4.1前言

4.2现场可编程门阵列FPGA

4.2.1 FPGA的结构特点

4.2.2 FPGA的设计原理

4.2.3基于多种EDA工具的FPGA的设计

4.2.4 FPGA技术发展新趋势

4.3用VHDL语言设计FPGA

4.3.1 VHDL概述

4.3.2 VHDL语言的特点

4.3.3用VHDL语言进行设计的步骤

4.3.4流水线的VHDL语言描述

4.4 Xilinx ISE5.2i开发平台

4.4.1 ISE 5.2i的主要特点[30]

4.4.2组成和功能

4.4.3设计流程

4.4.4设计入口工具的使用

4.4.5设计实现工具的使用

4.5小结

第五章Virtex-E FPGA分布式算法的预处理器中FIR的设计

5.1前言

5.2 Vi rtex-E FPGA介绍

5.2.1性能特性

5.2.2 Virtex-E FPGA的编程方式

5.2.3 Virtex-E内部查找表(LUT)的介绍

5.2.4 Virtex-E内部DLL的使用介绍

5.3分布式算法及其在预处理器FIR滤波器中的具体实现

5.3.1分布式算法[1]

5.3.2计算的串行性与并行性

5.3.3数据溢出的处理方法

5.3.4二种典型结构的分布式算法实现FIR滤波器的性能模拟

5.3.5 16阶FIR滤波器的串行分布式算法实现

5.4小结

第六章预处理器的FPGA硬件实现

6.1前言

6.2距离预处理的FPGA硬件实现

6.2.1距离向预处理的基本原理

6.2.2距离向预处理的FPGA硬件结构

6.3方位向预处理的FPGA硬件实现

6.3.1方位向预处理的原理

6.3.2预滤波比的讨论[12]

6.3.3一种实时SAR的方位向预处理器的体系结构

6.4 预处理的其他实现方式

6.4.1预处理的TI DSP实现

6.4.2预处理的ADSP实现

6.5 小结

第七章SOPC简介及预处理器SOPC设计的构想

7.1引言

7.2 SOC和SOPC的概念

7.3几种主流的SOPC芯片介绍

7.3.1 Excalibur SOPC简介

7.3.2 Vi rtex-ll PRO SOPC简介

7.4基于SOPC的SAR信号预处理器的设计方案

7.5小结

第八章 总结

参考文献

作者在攻读硕士学位期间发表的论文

致 谢

附录

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摘要

合成孔径雷达的实时信号处理系统,可以分成相对独立的几个阶段,即A/D变换和缓存、距离向预处理器、方位向预处理器、距离向压缩处理、转置存储器、方位向压缩处理、逆转置存储器.合成孔径雷达预处理的目的,就是缓解高处理数据率和低传输数据率的矛盾,使得在不太影响成像质量的前提下,尽量减少传输的数据率,有利于后续处理的硬件实现,做到实时处理.论文结合电子所合成孔径雷达实时成像处理系统,设计开发了基于Xilinx Virtex-E FPGA的星载SAR高速预处理板,该信号处理板处理能力强,结构紧凑,运行效率高;其硬件电路的设计思路和结构形式有很强的通用性和使用价值.论文重点研究了预处理的核心部分—固定系数FIR滤波器的设计问题.而固定系数FIR滤波器的实现问题的重点又是FPGA内部的固定系数FIP滤波器实现问题,针对FPGA内部的查找表资源,我们选择目前流行的分布式算法来实现FIR滤波器的设计.对比于预处理器中其他滤波器设计方案,基于FPGA分布式算法的FIR滤波器的设计,避免了乘累加运算,提高了系统运行的速度并且节省了大量的FPGA资源.并且由于FPGA可编程的特性,所以可以灵活的改变滤波器的系数和阶数.所设计的电路简单高速,工作正常、可靠,完全满足了预处理器设计的技术要求.随着超大规模集成电路技术,高密度存储器技术,计算机技术的发展,一个全数字化的机载实时成像处理系统的研制,已经不是非常困难的事情了.而在现有条件下,全数字化的高分辨率星载实时成像处理系统的研制,将是一个非常具有挑战意义的课题,论文以星载SAR的预处理器设计为例,抛砖引玉,希望对未来全数字化星载实时成像处理系统的研制起到一定参考价值.

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