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基于FPGA的SAR实时成像系统设计

作　者: 吴明阳
导　师: 张旭辉
学　校: 哈尔滨理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: 合成孔径雷达转置存储现场可编程门阵列 Chirp-Scaling
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 22次
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内容摘要

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种高分辨力的成像雷达，具有全天时、全天候、超远距离作用等工作特点。随着SAR系统向多极化、高分辨率、成像实时化的方向发展，雷达接收的回波数据量越来越大，成像时间越来越短，传统的实时成像系统解决方案已经不能满足雷达系统的实时性。本文从SAR实时成像处理技术的应用角度出发，根据某预研项目的要求，开发高性能的SAR实时成像系统。本文分析了合成孔径雷达成像的基本原理，在研究了距离多普勒算法、Chirp-Scaling算法、wk算法的基础上，选用CS算法作为系统的实时成像算法。根据系统指标要求，确定实时成像系统方案并详细论述了系统各组成部分的硬件设计。系统的硬件设计共包括包括数据采集模块、FPGA配置电路、相关接口模块三个部分。在算法实现方面，本文采用单片大容量的FPGA芯片实现CS算法。CS算法的主要步骤包括FFT、浮点复数乘法、转置存储、sinc差值等。在算法的实现过程中，FFT模块与转置存储模块是设计的难点。FFT模块采用基-4FFT算法实现，使用的大量的存储器实现流水线结构，大大提高了FFT模块的运算速度，使用Modelsim搭建仿真测试平台对FFT模块的运算结果进行精度分析。转置存储模块采用行写行读算法实现，可解决距离向压缩数据与方位向压缩数据读写速度不匹配的问题。设计完成后，选取一个场景的回波数据对整个系统进行成像测试。成像结果表明，基于FPGA的SAR实时成像系统能够对雷达的回波数据进行成像处理并具有较好的实时性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-13
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 国内外研究现状  11-12
  1.3 课题研究内容  12-13
第2章合成孔径雷达成像的基本原理  13-21
  2.1 合成孔径的形成  13-15
  2.2 SAR 高分辨率的获得  15-17
    2.2.1 距离向高分辨率  15
    2.2.2 方位向高分辨率  15-17
  2.3 SAR 成像数据的录取  17-18
  2.4 实时成像处理算法  18-20
    2.4.1 SAR 成像算法概述  18-19
    2.4.2 CS 算法  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第3章实时成像系统硬件设计  21-37
  3.1 总体方案设计  21-23
    3.1.1 总体指标  21
    3.1.2 方案介绍  21-23
  3.2 数据采集模块设计  23-26
    3.2.1 技术指标  23
    3.2.2 功能描述  23-24
    3.2.3 芯片选型  24-25
    3.2.4 外围电路设计  25-26
  3.3 FPGA 硬件电路设计  26-30
    3.3.1 FPGA 的选型及开发工具  26-28
    3.3.2 FPGA 的配置方案  28-30
  3.4 相关接口设计  30-36
    3.4.1 PCIE 接口设计  30-34
    3.4.2 VGA 接口设计  34-36
  3.5 本章小结  36-37
第4章实时成像系统 FPGA 的程序设计及系统调试  37-58
  4.1 程序总体框图  37-39
  4.2 距离向脉冲压缩处理  39-46
    4.2.1 FFT 模块的设计与实现  39-45
    4.2.2 浮点数乘法模块的设计与实现  45-46
  4.3 转置存储设计  46-52
    4.3.1 转置存储原理  46-47
    4.3.2 DDR SDRAM 操作方式  47
    4.3.3 转置存储难点  47-48
    4.3.4 高效转置存储算法  48-49
    4.3.5 转置存储的 FPGA 实现  49-52
  4.4 方位向脉冲压缩  52-57
  4.5 系统调试  57
  4.6 本章小结  57-58
结论  58-59
参考文献  59-62
攻读硕士期间发表的论文  62-63
致谢  63

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