發布時間：2020-07-07所屬分類：科技論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：隨著現代電子技術與數字信號處理技術的快速發展， 微型合成孔徑雷達的應用性能也在逐步的提升。現如今，該雷達系統已經完全突破了時間與空間的限制，不僅靈活度越來越高，而且還具備較輕的自重和較低的能耗，因此，其在高分辨率成像與實時性處理方面
摘 要：隨著現代電子技術與數字信號處理技術的快速發展， 微型合成孔徑雷達的應用性能也在逐步的提升。現如今，該雷達系統已經完全突破了時間與空間的限制，不僅靈活度越來越高，而且還具備較輕的自重和較低的能耗，因此，其在高分辨率成像與實時性處理方面的應用范圍也變得越來越寬泛。本文也會對該雷達系統采用的成像信號處理技術進行著重的分析，以便為相關人士提供可靠的參考建議。
關鍵詞：微型合成孔徑雷達;成像信號處理;技術探究
目前，人們對微型合成孔徑雷達在感興趣區域的高分辨成像與觀測方面的應用十分關注，為了進一步突出該雷達系統的技術優勢，就要對其所采用的關鍵成像信號處理技術進行深入的分析，進而更好的提升合成孔徑雷達的穿透能力，使其能夠獲取米級至亞米級分辨率的ROI 2維散射圖像，這樣才能在定位測量、目標檢測、超視距探測等領域中發揮出最大的技術優勢。
1.關鍵技術分析
1.1 PFA粗聚焦成像技術
MiniSAR成像算法是微型合成孔徑雷達進行信號處理的核心技術之一。因為該算法在高分辨條件下具有極高的成像精度，并且在復雜的無人機飛行環境下，該算法還能夠自動為雷達平臺提供充足的非共面運動能力。另外，該算法還具有較大的回波數據量，且算法簡潔，易于相關硬件系統的實現。與傳統距離徙動算法和線頻調變標算法相比，其計算效率和計算精度也是極為明顯，能夠很好的滿足機動平臺高分辨率MiniSAR成像需求。另外，為了有效提升MiniSAR成像處理效率，在運用MiniSAR算法對大機動條件下的成像進行粗聚焦處理時，可以依據PFA算法來對時域內的成像信號進行科學的調整和補償，這樣才能便于校正平臺非理想航跡，突顯出算法的簡潔性和高效性。與此同時，基于PFA算法的MiniSAR成像處理技術還能依據極坐標格式轉換的兩維尺度變換特性對自身的成像效率與聚焦精度進行不斷的更新優化，進而有效規避了因插值核長度有限而帶來的相位誤差問題。此外，為了控制ROI動目標成像產生的多普勒頻移與距離模糊現象會給MiniSAR圖像造成不同程度的散焦效應，可以積極借鑒逆合成孔徑雷達相關信號處理技術來實現MiniSAR非合作動目標成像與重聚焦目標，可將ROI動目標散焦數據生成等效的ISAR回波。
1.2ROI動目標重聚焦技術
由于微型合成孔徑雷達的飛行工況比較復雜，所以其對地面運動目標進行成像處理時，技術難度就會大大增加。為了改善現狀，相關技術人員就要通過ISAR距離對準算法來對ROI動目標數據進行重聚焦成像處理。這樣才能符合預設全局準則要求，迭代并優化雷達系統的性能指標，避免其在對 ROI動目標進行重聚焦成像處理時出現突跳和漂移誤差問題。另外，為了最大化突出MiniSAR的ROI動目標重聚焦技術優勢，還要依據平均距離像熵值，研究創新出全局最小熵算法，這樣才能進一步提升MiniSAR的對準精度和動目標的重聚焦質量。
系統設計與實現
本文提出了以FPGA架構為基礎的MiniSAR成像處理系統，如圖一所示，具體主要包括數據傳輸子模塊、成像處理算法模塊這三大組成部分，不僅可以實現FPGA開發板與上位機的數據傳輸，而且還能對相應的信號數據進行PFA成像、自聚焦與幾何失真校正處理。并在一定程度上轉置二維數據，對連續地址進行高速讀寫。具體設計與功能實現可以從以下幾個方面去分析：
2.1數據傳輸模塊
在這一模塊設計中，以FPGA架構為基礎的MiniSAR成像處理系統主要通過以太網來實現主機與板卡之間的通信，并利用UDP/IP協議來控制網絡層和傳輸層協議。另外，在對實測數據進行處理時，上位機不僅會直接利用以太網將MiniSAR參數和回波數據傳輸到FPGA模塊中。而且還能將數據寫入DDR3SDRAM，以便可以全面顯示系統最終成像處理結果。
2.2成像處理算法模塊
這一模塊設計主要包括三個部分，即PFA粗聚焦模塊、自聚焦模塊和幾何失真校正模塊。每個模塊中都包含多個子模塊。在實際應用時，不同模塊的功能實現方式也是不盡相同。其中，PFA粗聚焦模塊的功能實現一般會先將MiniS-AR回波數據寫入到DDR3中進行內存，并將基本參數傳輸到至參數計算模塊中。隨后，還要利用64位高精度浮點對距離向、方位向以及自聚焦處理所需的具體參數進行精準的計算，并按照PCS處理原則對回波數據進行距離向處理，使之以以轉置形式寫入DDR中。此外，為了提高系統的運算速度，降低FPGA板內資源消耗，還要采用時分復用同一個FFT模塊的方式對一個FFT的IP核進行例化。與此同時，在對樣本邊界外或不存在相鄰8個點的待插值點進行判斷時，應采用標識信號來進行，盡量實現特殊點與正常點處理一體化，這樣才能簡化PFA粗聚焦模塊設計，提升其應用功能;自聚焦模塊功能實現則要將以PFA極坐標格式轉換后的數據引入到DDR3中進行連續存儲。并利用PGA-MD預估全孔徑相位誤差，與此同時，還要對這些數據進行距離向降分辨率成像處理。隨后，還要合理設置PGA模塊和分塊PGA的聚焦相關參數，并重新啟動PGA模塊，利用方位互相關模塊對各PGA模塊聚焦前后存在的偏移量進行準確的預估，這樣才能高效完成子圖像的拼接，突出自聚焦模塊的應用功能;幾何失真校正模塊設計主要是按照逐距離向脈沖形式來進行，不僅要對與第一條距離向校正點相對應的PFA圖像坐標進行精準的計算，而且還要將圖像坐標轉換為DDR3存儲地址，并按照DDR3數據讀取模式來讀取操作逐距離向采樣點數，以便可以順利完成該條脈沖的幾何失真校正，獲得理想的成像處理效果。
2.3 DDR3讀寫轉置模塊
以FPGA架構為基礎的MiniSAR成像處理系統在設計 DDR3讀寫轉置模塊時，只采用一片DDR3內存條。并按照直接式分段存儲方式來進行矩陣轉置，因為該存儲方式可以大大平衡數據讀寫速率，將相同分量的列數據和行數據存放在同一行SDRAM中，從而更好的提高DDR3讀寫數據的轉置效率。另外，在設計該模塊時，還要充分考慮其浮點計算能力，最大化提高LUT資源在模塊中的占用率，并積極采用多脈沖并行處理架構，這樣才能實現較大數據量的計算和處理，提升MiniSAR算法處理效率，為系統后續的擴展使用創造良好條件。
結論分析：
要想進一步提升微型合成孔徑雷達的高分辨成像處理技術水平，不僅要制定一套高精度MiniSAR成像信號處理方案，涵蓋PFA粗聚焦成像技術、ROI動目標重聚焦技術等。而且還要以FPGA架構為基礎，科學布置數據傳輸模塊、成像處理算法模塊及DDR3讀寫轉置模塊，這樣才能提高系統成像處理效率和質量，真正滿足感興趣區域的高分辨成像與觀測需求。——論文作者：高宇君 雍俊 侯育星
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