王宾[1]2007年在《合成孔径雷达实时成像算法与实现研究》文中研究指明合成孔径雷达是一种新的成像雷达技术，具有全天候、全天时、远距离、高分辨率成像的能力，在军事和民用方面都有重要的应用价值。本课题结合中科院电子所承担的项目对机载高分辨率实时成像技术进行了研究和实现。本文首先分析了SAR高分辨率成像原理，指出距离分辨率取决于信号带宽，方位分辨率则取决于载机与固定目标相对运动时产生的具有线性调频性质的多普勒信号带宽决定，并通过脉冲压缩技术实现方位高分辨率。本课题采用R-D成像算法进行实时成像处理，针对机载SAR中载机运动误差带来的相位误差，为了获得高分辨率、高对比度、小几何变形的图像，进行了精确的运动补偿。文中阐述了运用杂波锁定对多普勒中心的估计，着重论述其与预处理的结合。文中详细论述了自聚焦处理技术，以及距离徙动校正技术在实时处理中的应用。本成像处理器包含有六片ADSP-TS201芯片，分别承担了成像处理的各个模块。在算法的实现过程中的关键环节包括高速数据流的FIR滤波；适应芯片结构的高效FFT运算；以SDRAM为缓存的大块数据转置；图像的高斯平滑滤波处理；定点运算与浮点运算结合使用；多片DSP芯片间的算法分配和工作协调，对程序代码进行深度优化达到最优效率。
陆朋[2]2003年在《合成孔径雷达实时成像技术研究》文中指出机载合成孔径雷达可以在载机飞行同时获得高分辨率合成孔径雷达图像。由于合成孔径雷达成像具有很多原理性优点，因而在军事和民用领域都取得了广泛的应用。方位处理是合成孔径雷达成像算法中重要的一步。由于算法本身的复杂度和雷达数据的高速率，方位向处理的实时实现具有很大的挑战性。 随着现代微电子技术的快速发展，数字信号处理器芯片DSP的性能在近几年得到了迅速的提高，TI公司最新的浮点DSP产品TMS320C6701的处理能力已达到1GFOLPS。高性能的DSP为设计和实现多功能、高可靠性、结构紧凑的现代雷达信号处理系统提供了新的思路。 本论文结合电子所机载合成孔径雷达实时数字成像处理器工程项目，设计开发了采用TI C67 DSP作为核心处理部件进行方位处理的高速信号处理系统。通过优化的结构设计和软件流程，有效保证了硬件资源的高效利用，实现了方位向实时处理。此信号处理板不仅处理能力强，结构紧凑，吞吐率高而且硬件电路的设计思路及软件流程都具有很强的实用价值和通用性。仿真试验和外场测试证明该设计是成功的。 本文首先阐述了合成孔径雷达的成像原理。对其中一些诸如回波信号模型、分辨率、距离徙动等关键问题进行了介绍，并详细推导了标准的距离-多普勒算法。而后，重点介绍了两种实时信号处理技术：DSP和FPGA的原理和设计方法。随后介绍了TI公司推出的新型C67系列DSP的结构特点及开发过程，并在此基础上进行了方位向处理器硬件的设计。由于处理器是与合成孔径雷达实时数字成像处理器结合应用的，因此对雷达成像系统的结构和工作模式也进行了阐述。最后，分析了方位向处理的实时性要求，并依此设计了软件流程。仿真和系统联调试验均证实设计思想和方法是正确的。
董磊[3]2014年在《基于TMS320C6678的SAR/InSAR实时成像算法与实现研究》文中研究说明合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)具有全天时、全天候的工作能力[1]，能够获得对地观测的二维高分辨图像，已被广泛的应用于遥感、资源勘探、军事侦察等领域。干涉SAR(Interferometric SAR, InSAR)在SAR的基础上，增加一幅天线，可获得地面的叁维数字高程图，提供比SAR更丰富的观测信息，所以研究SAR/InSAR成像实时处理具有重要的意义。由于SAR/InSAR成像算法复杂，数据交换频繁，相应的实时处理系统要求具有强大的运算能力以及大数据吞吐量。本文根据高速平台SAR/InSAR成像处理的特点，设计了基于TI最新的TMS320C6678多核DSP(Digital Signal Processor)和FPGA(Field Programmable Gata Array)的硬件实施方案。在此基础上，提出了适合高速平台SAR的R-D(Range-Doppler)成像算法并进行了软件仿真，而且分析了单航过模式下近似成像对干涉处理的影响。硬件算法实现时，通过Share Region编程方法及高效的多核任务分配和数据存储结构，有效规避多核访问外部存储冲突，大幅降低了数据转置时间消耗，提高了多核并行处理能力和实时处理速度，并通过两路DSP乒乓处理，保证系统连续出图，最后通过仿真数据验证了SAR/InSAR实时成像处理性能。
李艳红[4]2013年在《FMCW微型SAR成像信号处理技术研究与硬件实现》文中指出合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）因其能够全天候和全天时进行高分辨成像的特点，已被广泛应用于军事和民用各个领域。传统的合成孔径雷达都是基于脉冲体制工作，结构复杂、体积较大、成本高，不适用于小型系统。将调频连续波（FMCW）和合成孔径雷达相结合，接收端采用Dechirp机制接收回波信号，利用接收信号和参考信号混频产生的差频信号来进行分析，降低了A/D采样率和对系统设备的要求，雷达的重量和功耗都相应降低。这种小型雷达体积小，重量轻，易于安装在无人机和精密制导等设备上，应用领域更加广泛。本文介绍了一种基于FMCW的小型SAR信号处理系统，首先描述了FMCW信号模型和成像算法，然后介绍了两种分别基于FPGA+DSP硬件平台和基于FPGA硬件平台的成像实施方案，并分别对它们的结构和逻辑模块设计进行详细分析。第一种方案中，以FPGA控制板卡各部分协同工作，并在FPGA中完成成像预处理，在DSP中完成后续复杂的成像运算。第二种方案以FPGA作为工作主体，在负责板卡工作控制的同时，完成全部的成像运算。最后对两种成像平台结构进行了对比。
王招凯[5]2007年在《合成孔径雷达实时成像主控与显示技术研究》文中研究说明合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率对地成像雷达，它可以全天候、全天时工作的获取目标图像信息。与一般光学成像不同，SAR成像系统必须对雷达回波数据进行复杂的信号处理。由于硬件条件的限制，过去只能利用地面设备进行事后成像。近年来，随着硬件性能的不断提高，已经可以在载机或卫星平台上进行实时成像。本文首先介绍了SAR实时成像的基本原理以及发展历史，然后详细阐述了SAR实时成像中主控与显示单元的软件和硬件设计。主控与显示单元是SAR实时成像处理器的重要组成部分。它可以设置实时成像处理器的成像模式参数，实时显示或记录获取的雷达图像数据。本文基于ETX嵌入式计算机模块设计了SAR实时成像处理器的主控与显示单元。该设计基于VME总线的机械结构，自定义了接口信号，采用ISA总线作为控制总线，采用KX模块的PCI总线接收图像数据。设计了基于PCI9054的PCI总线接口卡，ETX模块通过接口卡读取图像数据到系统内存中，再将图像通过ETX模块的VGA显示接口送到显示器实时滚动显示，ETX模块还可以对实时成像处理器其它单元进行实时控制。针对硬件系统，本文设计了在Windows XP下完善的软件系统，包括PCI9054驱动程序、ISA总线驱动程序、实时滚动显示程序和主控程序。实时滚动显示程序通过PCI9054驱动程序从PCI接口卡以DMA方式读取图像数据并实时滚动显示SAR图像。主控程序调用ISA驱动程序通过ISA总线控制处理器的其它处理单元。该系统主要特点在于结构紧凑、操作方便、可扩展性扩展、软件可移植性强，该装置已成功应用于某实时成像处理器中。
黄广民[6]2004年在《数字合成孔径雷达技术研究》文中指出合成孔径雷达是利用合成孔径原理和脉冲压缩技术对地面目标进行高分辨率成像的高技术雷达，广泛应用于民用和军事领域，带来了巨大的社会效益和经济效益。随着技术的进步和应用范围的扩大，对合成孔径雷达的成像质量提出了更高的要求，不但要能实现单频段、单模式的高分辨成像，而且要求多频段、多模式的高分辨成像；不但要能实现地面静止目标和运动目标的二维高分辨成像，而且还要能实现叁维成像；不但要求侧视的高分辨成像，而且要求灵活的斜视或前视高分辨成像。因此，未来合成孔径雷达是多波段、多极化、多模式的高分辨成像雷达，具有很大的灵活性。 针对这种多波段、多极化、多模式的发展要求，传统合成孔径雷达系统需要改进，必须采用先进的雷达系统结构来提高合成孔径雷达成像系统的灵活性。数字合成孔径雷达技术正是这种需求下的必然发展趋势。 实现数字技术将使合成孔径雷达具有更大的灵活性。可以实现一定的模块重组使旧的合成孔径雷达平台得到升级换代，大大缩短研发周期，节约开发成本。同时，数字技术增强了合成孔径雷达的冗余性，使系统的可靠性得到极大提高。此外，数字技术为合成孔径雷达功能的软件化提供了基础，提高了合成孔径雷达的软件化程度，进而实现合成孔径雷达的小型化和智能化。 本文分析了数字合成孔径雷达成像处理系统的体系结构；从几个主要方面深入研究了数字合成孔径雷达技术；设计并实现了数字合成孔径雷达接收实验平台，主要创新性工作有： (1) 基于体系结构的概念，从功能、部件、设计规则叁个方面对数字合成孔径雷达技术进行了研究。针对数字合成孔径雷达的可编程性要求，提出了一种基于总线式的数字合成孔径雷达结构，硬件和软件结构均通过总线技术来实现。针对数字合成孔径雷达实时性要求，定量地分析了数字合成孔径雷达实时成像处理的资源需求，并提出了一种基于多指令单数据流和多指令多数据流二级划分的处理结构。 (2) 研究了数字合成孔径雷达宽带线性调频信号的直接数字合成技术，并研制了基于AD9854的可编程产生宽带线性调频信号的实验系统。(3)(4)(5)研究了数字合成孔径雷达直接射频采样和数字正交解调的数字乘积检波技术:提出了修正数字乘积检波实现中FQ不平衡的多相滤波方法。研究了数字合成孔径雷达的二维自动增益控制技术;研制了一套基于通用工作站的数字合成孔径雷达接收实验平台:该平台实现了可编程采样，可编程单/双通道变换，’可实现软件化正交解调，具备了“软件接收机”的雏形。关键词:合成孔径雷达数字正交解调数字合成孔径雷达数字乘积检波直接数字合成
李晓飞[7]2009年在《基于FPGA的SAR实时成像实现技术研究》文中提出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DDR SDRAM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。
黄玉东[8]2007年在《合成孔径雷达实时并行数据处理》文中研究表明合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)是一种主动式的高分辨率的微波成像雷达,它通过对回波信号距离向的脉冲压缩技术和方位向的合成孔径技术获得二维高分辨率图像。由于具有全天候、高分辨率、宽覆盖率的特点,SAR在军事侦察、地球遥感、海洋研究、环境保护以及灾情检测等方面有着广泛的应用。随着SAR技术的发展,对SAR图像的成像精度和实时性的要求也越来越高。SAR成像的特征主要是对连续传递回的雷达回波信号数据流进行连续处理成像。一幅SAR成像需要处理海量的原始数据,因而要想达到实时成像的目的,需要处理平台具有十亿次,甚至百亿次每秒的处理速度。完成这么大的数据量在单处理器的计算机上几乎不可能实现,因而需要利用并行计算的技术。一般来说,实现实时并行处理的计算平台是多处理器的计算体系结构,其对应的并行算法主要有两种,一种称为基于流水线的多处理器并行算法结构。另一种称为基于全互换的多处理器并行算法结构。这两种算法结构从一定程度上都能满足实时处理的要求。但一般来说要利用这两种算法达到实时成像的目的需要上百的处理器才能满足其需要的处理速率。但是在无人机载和星载系统中对系统载荷有严格的要求,很难满足这么多的处理器要求。因而需要对上面的两种多处理器结构的算法进行优化设计。本论文以32节点的IBM PCs集群系统为开发平台,通过对SAR成像算法的可并行化的详细分析,实现了两种结构的并行SAR成像算法,分别称之为基于全互换的SAR并行算法和基于流水线的SAR并行算法,实现了准实时的SAR成像系统。我们发现通过优化选择总的计算节点个数以及距离向压缩及方位向压缩所需处理器个数的比值,得出最优化的计算节点个数及距离向压缩的节点数和方位向压缩的节点数的比例关系取决于距离向压缩的计算量和方位向压缩的计算量的比值关系。本论文通过计算比较得出结论,距离向和方位向的比例关系为1:2时可达到最快的加速比和最优的计算效率。由于距离向压缩和方位向压缩的节点之间需要进行数据的传递。所以在增加计算节点的同时需要考虑对应的数据传递时间的增加。当总的计算节点增加时,计算时间相应的减少,但同时对应的数据传递时间会相应的增加,这必然会导致计算效率的下降。所以当增加计算节点时,需要综合考虑总时间中计算时间和通信时间的比例关系。对这两种算法的运算结果进行了比较(比较其加速比、效率等)。比较结果显示基于流水线的SAR并行算法是一种更优化的SAR并行成像算法。本论文的创新点主要有,一是在32节点PC Cluster集群系统上以C语言为主开发并实现了SAR并行成像算法模拟软件。二是分别实现了将基于流水线和基于全互换的SAR并行算法应用于软件中,并比较计算结果得出,基于流水线的SAR并行成像算法在大规模的计算机集群系统上可以取得更快的加速比和更高的计算效率。叁是在32节点的IBM PC集群系统上对计算节点个数、处理器个数分配平衡等进行了优化,得到了SAR数据处理在32节点集群系统上的最优化。
黄栩祥[9]2017年在《小型合成孔径雷达软件系统的设计与实现》文中研究表明小型合成孔径雷达,即Mini SAR,不同于传统的脉冲体制合成孔径雷达,是以合成孔径雷达技术为基础,结合调频连续波(FMCW)技术,在FMCW-SAR体制上实现的小型化合成孔径雷达系统。Mini SAR不仅跟普通SAR系统一样,拥有二维高分辨率、全天时全天候工作等独特优点,还具有重量轻、体积小、功耗低、高性价比等特点。Mini SAR可以搭载在无人机等小型平台上,广泛应用于民用测绘、高危地区检测、军用目标检测与侦查等领域。本文以小型合成孔径雷达软件系统的设计与实现为主要研究方向,论文中涵盖了Mini SAR成像技术、Mini SAR系统的整体设计、Mini SAR软件系统的设计等。结合工程实现,文章着重对软件系统设计与实现上的关键问题进行了研究分析。完成的主要工作如下:1、研究分析了Mini SAR成像的关键技术。首先分析了线性调频信号的信号特点和脉冲压缩方法,得到了去调频处理技术能简化雷达系统硬件结构的结论。基于传统成像算法理论,推导了适用于Mini SAR的RD算法与波数域算法,并定性分析比较了两种算法的运算量,选择了处理步骤与运算量更少、成像效果较好的RD算法作为实时成像处理算法。2、结合工程实现,给出Mini SAR系统的整体设计,分析了系统工作过程中的信号处理流程。基于雷达系统的需求,设计了软件系统的基本结构框架。3、将软件系统基于C/S结构模式划分成两个模块,根据各功能模块的需求,对软件系统进行了详细的设计与具体的实现。对于嵌入式应用软件,进行了应用任务的划分设计、任务调度的设计、各个任务的具体实现。对于上位机软件系统,在Visual Studio 2013平台下基于C#语言设计与实现了可靠的应用软件,其功能包括:对雷达的控制,实时接收数据,信号处理等。4、对Mini SAR软件系统进行了测试验证。通过外场轨道实验,验证了Mini SAR成像系统的正确性。
王海亮[10]2006年在《合成孔径雷达成像实时处理系统研究》文中认为合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)成像已经成为雷达新的发展趋势，它具有全天候、全天时、远距离和高分辨成像等特点。成像作为合成孔径雷达的一个重要功能已经在军事领域得到了广泛的应用，尤其是对战场感知具有重要的意义。SAR的成像的两个关键技术是针对运动补偿的算法改进和SAR回波数据的数字信号处理。随着成像算法的不断成熟和数字信号处理技术的不断发展，对SAR的回波信号进行实时处理，实现实时的高分辨率成像，成为SAR成像领域的又一个发展方向。要实现雷达实时成像，就要满足雷达信号处理过程中大数据通信带宽和大运算量及快速运算等处理能力的要求，采用并行处理方式，是实现实时成像的必然途径，即多个处理器同时工作来完成运算任务同时改善雷达成像算法来适应并行计算的方式。针对这些问题，开发了基于ADSP-TS201处理器的实时信号处理系统，并结合此系统的结构性能和子孔径成像算法的特点，对算法和系统结构的映射进行了研究。
参考文献：
[1]. 合成孔径雷达实时成像算法与实现研究[D]. 王宾. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2007
[2]. 合成孔径雷达实时成像技术研究[D]. 陆朋. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2003
[3]. 基于TMS320C6678的SAR/InSAR实时成像算法与实现研究[D]. 董磊. 西安电子科技大学. 2014
[4]. FMCW微型SAR成像信号处理技术研究与硬件实现[D]. 李艳红. 西安电子科技大学. 2013
[5]. 合成孔径雷达实时成像主控与显示技术研究[D]. 王招凯. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2007
[6]. 数字合成孔径雷达技术研究[D]. 黄广民. 中国科学院研究生院（电子学研究所）. 2004
[7]. 基于FPGA的SAR实时成像实现技术研究[D]. 李晓飞. 电子科技大学. 2009
[8]. 合成孔径雷达实时并行数据处理[D]. 黄玉东. 中国海洋大学. 2007
[9]. 小型合成孔径雷达软件系统的设计与实现[D]. 黄栩祥. 电子科技大学. 2017
[10]. 合成孔径雷达成像实时处理系统研究[D]. 王海亮. 西安电子科技大学. 2006
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