高分辨率機(jī)載SAR兩維自聚焦處理及FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR）是一種主動(dòng)式探測(cè)系統(tǒng)，它工作不受時(shí)間、氣候條件限制，而且探測(cè)距離遠(yuǎn)、范圍大，在軍民領(lǐng)域獲得廣泛的應(yīng)用與發(fā)展。由于SAR成像質(zhì)量與回波相位緊密相關(guān)，需要進(jìn)一步采用自聚焦技術(shù)估計(jì)并補(bǔ)償其相位誤差，以獲得高分辨SAR圖像。另一方面現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）以其在體積、處理效率、功耗、可靠性等方面的優(yōu)勢(shì)，被越來(lái)越多地應(yīng)用在SAR成像信號(hào)處理系統(tǒng)。本文主要研究SAR自聚焦算

2、法以及算法的FPGA的實(shí)現(xiàn)。
　　本文首先介紹SAR自聚焦背景及意義、發(fā)展歷史及現(xiàn)狀，概括了本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)。然后分析了相位梯度自聚焦（PGA）算法的原理及步驟。針對(duì)長(zhǎng)相干處理間隔條件下較大高階相位誤差造成的PGA性能下降問(wèn)題，討論了一種結(jié)合PGA算法和子孔徑偏移（MD）算法的多子孔徑自聚焦算法（PGA-MD），算法通過(guò)劃分方位子孔徑避免了高階相位誤差，并利用PGA和MD算法保證了子孔徑相位誤差函數(shù)的估計(jì)及拼接精度。后面指出SAR相

3、位誤差本質(zhì)上一種兩維的誤差，研究一種極坐標(biāo)格式算法（PFA）下的兩維自聚焦算法。通過(guò)分析極坐標(biāo)格式轉(zhuǎn)換對(duì)殘留誤差的影響，得到一維方位相位誤差和兩維相位誤差的映射關(guān)系，并基于這種關(guān)系將兩維誤差估計(jì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化成一維估計(jì)/兩維校正問(wèn)題，從而提高了算法的運(yùn)算精度和效率。接著介紹了圖像域分塊PGA方法，以此抑制空變誤差的影響。
　　為了在FPGA上實(shí)現(xiàn)自聚焦處理系統(tǒng)，首先擬定了一種兩維自聚焦處理方案。然后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，將自聚焦處理系

4、統(tǒng)分成3個(gè)部分：自聚焦算法單元模塊、數(shù)據(jù)讀寫模塊和聚焦參數(shù)配置模塊。具體分析了PGA子模塊，Sinc插值子模塊和互相關(guān)子模塊等幾個(gè)主要功能模塊及算法處理主控制模塊，并對(duì)算法到FPGA的映射進(jìn)行了優(yōu)化；闡述了基于DDR3SDRAM的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)置模塊，分析了轉(zhuǎn)置存儲(chǔ)方案的效率并完成用戶接口設(shè)計(jì)；介紹了參數(shù)配置模塊。
　　為了驗(yàn)證FPGA實(shí)現(xiàn)自聚焦算法的正確性，搭建了以主機(jī)、以太網(wǎng)、FPGA和DDR3SDRAM為主體的驗(yàn)證系統(tǒng)框架。主