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全数字式高分辨率SAR实时处理机研究

作　者: 王俊
导　师: 毛示艺；刘祥林
学　校: 北京航空航天大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: SAR 实时处理 DSP FFT CS
分类号: TN958
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
下　载: 195次
引　用: 1次
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内容摘要

近年来随着DSP技术的飞速发展,加之高分辨率SAR实时成像技术在军事、国民经济和科学研究方面的有着重要地位,SAR实时处理机因而受到各国的重视。本研究组研制的基于CS算法的全数字式高分辨率SAR实时处理机可以在前斜视和正侧视模式下进行高分辨率条带式实时成像处理。本文的研究工作属于该处理机研制的一部分。在文中讨论了处理机设计中信号处理能力、数据通信等难点问题。对以下方面问题进行了研究:对SAR实时处理机的结构、组成、各处理模块的功能分配;矢量处理模块的设计,及其完成CS处理中FFT和复乘的方法,矢量处理模块的处理精度处理、处理速度;标量处理模块的并行处理时的任务分配;CORDIC处理模块在处理机中的应用;处理机的性能指标;并且对聚束式SAR的实时处理和SAR图像后处理问题进行了研究。利用高性能DSP(如ADSP2106x、BDSP9124/9320)和自定义多总线的模块化处理机结构,从而很好地解决了SAR实时处理中对处理速度和数据传输速度的要求。在处理算法上采用适合于并行或专用DSP完成的高精度CS算法,因而可以满足正侧视和前斜视成像处理的要求。矢量处理模块的主要处理芯片组为BDSP9124/9320,其处理速度和数据传输速度均优于通用DSP,可以进行CS成像算法中的FFT和复乘处理。矢量处理模块采用大容量、高速SARM进行数据存储,可以对1M点以内的复数数据进行处理。由i386Ex和FPGA对矢量处理模块上的资源进行控制,其编程比较方便。而且可以通过多模块扩展来提高处理性能。在对矢量处理模块处理性能和速度分析的基础上,进行CS成像处理时利用大基底两维FFT处理,从而提高了处理速度、节省了BDSP9124/9320的控制代码。分析了标量处理模块在进行计算时的性能指标和并行编程方法。在课题组各位成员的努力下,完成了处理机的设计工作,并给出了实时处理机的性能指标。由CORDIC可以快速进行极坐标和直角坐标之间的变换,我们利用FPGA完成了一个流水线结构的CORDIC处理模块。它可以用来完成标量处理中相位因子极坐标表示到直角坐标之间的转换,可以提高实时处理机的性能。最后对聚束式SAR实时处理问题和斑点噪声消除进行了一些研究

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-14
前言  14-28
第一章合成孔径雷达基础  28-45
  1.1 引言  28-30
  1.2 线性调频信号（CHIRP 信号）及脉冲压缩技术  30-31
  1.3 条带式合成孔径雷达几何模型  31-33
  1.4 距离向CHIRP 信号和距离分辨率  33
  1.5 方位向CHIRP 信号和方位向分辨率  33-37
  1.6 条带式成像SAR 的特点  37-38
  1.7 条带式SAR 成像算法  38-40
  1.8 CHIRP SCALING 算法  40-44
  1.9 本章小结  44-45
第二章 SAR 实时处理机结构  45-56
  2.1 引言  45
  2.2 处理机模块化设计  45-47
  2.3 处理机结构  47-50
  2.4 工作状态  50-55
  2.5 本章小结  55-56
第三章矢量处理模块  56-73
  3.1 引言  56-57
  3.2 矢量处理芯片介绍  57-60
  3.3 矢量处理模块设计  60-64
  3.4 矢量处理模块性能指标  64-70
    3.4.1 矢量处理模块编程方法  64-65
    3.4.2 一维FFT 变换  65-66
    3.4.3 两维及多维FFT  66-67
    3.4.4 IFFT  67-68
    3.4.5 矢量处理模块所能完成的其它函数  68-69
    3.4.6 实时性  69-70
  3.5 多处理模块扩展  70-72
  3.6 本章小结  72-73
第四章矢量处理模块在SAR 实时处理中的应用及性能分析  73-93
  4.1 引言  73
  4.2 矢量处理模块脉冲压缩过程  73-80
    4.2.1 一维FFT 法  75-76
    4.2.2 两维FFT 法  76-77
    4.2.3 两种方法的特点  77
    4.2.4 矢量处理模块完成脉冲压缩的过程  77-80
  4.3 矢量处理模块性能分析  80-85
    4.3.1 处理精度  80-84
    4.3.2 实时性  84-85
  4.4 矢量处理模块在SAR 实时成像处理中的性能指标  85-88
  4.5 矢量处理模块方位向预滤波  88-92
  4.6 本章小结  92-93
第五章标量处理模块构成及其在SAR 实时处理中的应用  93-105
  5.1 引言  93
  5.2 标量处理芯片介绍  93-95
    5.2.1 ADSP2106x  93-94
    5.2.2 ADSP21160  94-95
  5.3 标量处理模块组成  95-97
  5.4 标量处理模块在SAR 成像处理中的应用  97-103
    5.4.1 各因子的计算流程  98-99
    5.4.2 并行处理任务分配及优化  99-103
  5.5 标量处理模块性能指标  103-104
  5.6 本章小结  104-105
第六章 SAR 实时处理机性能指标  105-113
  6.1 引言  105
  6.2 SAR 实时处理机条带式成像过程  105-108
  6.3 SAR 实时处理机性能指标  108-111
    6.3.1 正侧视成像结果  108-110
    6.3.2 前斜视成像结果  110-111
  6.4 实时处理机功能扩展  111-112
  6.5 本章小结  112-113
第七章 CORDIC 处理模块设计及在SAR 实时处理中的应用  113-122
  7.1 引言  113
  7.2 CORDIC 简介  113-115
  7.3 CORDIC 处理模块在SAR 实时处理中的作用  115-116
  7.4 CORDIC 处理模块设计  116-117
  7.5 CORDIC 处理模块性能指标  117-121
  7.6 本章小结  121-122
第八章聚束式SAR 实时处理  122-129
  8.1 引言  122-124
  8.2 快速卷积反投影（CBP）算法  124-125
  8.3 实时处理系统设计  125-127
  8.4 处理性能估算及任务分割  127
  8.5 VIRTUOSO 实时操作系统  127
  8.6 本章小结  127-129
第九章一种改进的SAR 图像SPECKLE 滤波算法  129-138
  9.1 引言  129-130
  9.2 SPECKLE 滤波基础  130-131
    9.2.1 SPECKLE 噪声的统计特性  130
    9.2.2 不同场景SAR 图像的统计特性  130-131
  9.3 改进的自适应滑动窗的LEE 滤波算法  131-135
  9.4 仿真结果  135-136
  9.5 本章小结  136-138
结束语  138-140
附录1：矢量处理模块控制信号寄存器定义  140-145
附录2：完成CS 成像处理的矢量处理模块控制代码  145-147
附录3：处理机照片  147-149
参考文献  149-155
致谢  155-156
作者在攻读博士期间所发表和完成的论文  156

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