（通信与信息系统专业论文）机载sar实时成像处理系统设计及硬件实现.pdf

2 p a r t i c i p a t ei na n df i n i s ht h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o no f t h i ss y s t e m s u c ha sc i r c u i t d e s i g n ，s i m u l a t i o n o nt h e c o m p u t e r , s o i = t w a r e p r o g r a m m i n g ，t h e h a r d w a r et e s ta n da tl a s t ，u s i n gr a wd a t aa si n p u t so f t h i ss y s t e mt od e m o n s t r a t et h i ss y s t e m ，ag o o dr e s u l tw a s g a i n e d 3 p a r t i c i p a t ei nt h ej o i n te x p e r i m e n ti nx i a no n t h e s p o ti n i t i a t e db y t h e 3 8 t hi n s t i t u t eo f t h em i n i s t r yo f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n do u rl a b a n d t e s tt h i ss y s t e m t h es y s t e mw o r k sw e l lw i t hag o o dr e s u l ti m a g e 4 g i v es o m ef p g ad i s c u s s i o no nt h e d e s i g n o ft h e s y s t e m o n r a n g e d o p p l e ra l g o r i t h m ( r d ) t h er e a l t i m e i m a g i n gp r o c e s s o r i st h ek e r n e lo ft h e l o n g r a n g e r e c o n n a i s s a n c ea i r b o m er a d a r , t h et h e s i sc o n t r i b u t e st ot h eh a r d w a r e i m p l e m e n t a t i o no fa i r b o r n es a rs y s t e ma n du a v ( u n m a n n e da v i a t i o n v e h i c l e ) w i t h ac e r t a i nc i v i la n d m i l i t a r yv a l u e k e y w o r d s ：s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ( s a r ) ；r e a l - t i m ei m a g i n g p r o c e s s i n g ；d s p ( d i g i t a ls i g n a lp r o c e s s o r ) ；p r o g r a m m a b l el o g i c d e v i c e 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。具我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得电子科技大学或其它教 育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签名：立垂! 主兰圣日期尹印i 年弓月7 日 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文的规定， 有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅 和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解秘后应遵守此规定) 签名： 矜呻掰 奄擎群控夫学磺士论文 第一章薯l 富 1 。 会成孔缀黉达搬运 。 会袋狂径鬻这瓣忿 嚣逸裁豫是璃代深溅磷学鼷城懿一壤突壤链裁裁。它麴寤瑰扩疑了鞭魏熬 餮这( r a d a r r a d i od e t o c t i o na n dr a r l g ir i g ) 穰念，谨它其毒对区域霹糯，运 韵强标进行戏豫翻谈弼的能力，并在微波避感斑麓商蟊装蕊掇毯太渗力，为入 稍提供麟泉越多驰信患。由予雷达其毒濑透射瞧稻全天捩笱优点，使之成为赍 今蠢辩技条 擎下静不可取代戆探溅、臻察等段，在军豢、经济鞍科技发展等 方霭帮鸯震丈徐俊秘广泛瘦麓蔫爨。嚣l 毙，嚣达成豫技拳越来越爨戮国辩上尼 个按零兔避瓣家黥蠡援，楚薪出蕊静竞争激黧，发震遨遽翡瘫臻搜零矮域。 台成孔径雷这( s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ) 系统怒零l 矮霸栎每霄遮懿相 对运劝遵过举一阵元来宠成窝阕采样靛，黻攀阵元在不丽稽辩空阏僚霪上所接 收簿瑟渡辩阗暴样廖捌去取我由簿到天线掰获取麴渡兹空润采群集会。测瘸强 栋嚣这裙对逛动髟戏懿辘避寒季奄藏个合戚孑i 径戳取代纛大黪障列实旌 径，露戆保持谯器豁角分辨交，显照潜在意义上波，其方往努辨力露波长器瓣 鼷秃关，楚辫达成豫技术靛一个飞获，戮褥爨鸯隧大豹秧葶| 杰，将麓楚对予军 事应藤来诞。因鼹，合成魏襁雷选( s k r ) 一直疑霄遮戢像羧拳瓣圭滚方简。 鬣达成豫舶器零瓣的是蜜理爨拯分类秘识剐。藏分辨为建馒俪离矮蠢戚豫 披米豹本质姆诬。毽楚，臀达成像技术的强大生囊力不仪泉源予商分辨免，蕊 强楚密予它陡必学囊辨手段暴毒下嚣漫著特纛：强港豺矬、惫含多静教射穰爨、 大动态茈溺箨耱辫溅距筏力。 赢黪效栏对予军餍s a r 残像系筑是个关键馐麓，s a r 戒像瓣璎数簇基 奄擎群控夫学磺士论文 第一章薯l 富 1 。 会成孔缀黉达搬运 。 会袋狂径鬻这瓣忿 嚣逸裁豫是璃代深溅磷学鼷城懿一壤突壤链裁裁。它麴寤瑰扩疑了鞭魏熬 餮这( r a d a r r a d i od e t o c t i o na n dr a r l g ir i g ) 穰念，谨它其毒对区域霹糯，运 韵强标进行戏豫翻谈弼的能力，并在微波避感斑麓商蟊装蕊掇毯太渗力，为入 稍提供麟泉越多驰信患。由予雷达其毒濑透射瞧稻全天捩笱优点，使之成为赍 今蠢辩技条 擎下静不可取代戆探溅、臻察等段，在军豢、经济鞍科技发展等 方霭帮鸯震丈徐俊秘广泛瘦麓蔫爨。嚣l 毙，嚣达成豫技拳越来越爨戮国辩上尼 个按零兔避瓣家黥蠡援，楚薪出蕊静竞争激黧，发震遨遽翡瘫臻搜零矮域。 台成孔径雷这( s y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ) 系统怒零l 矮霸栎每霄遮懿相 对运劝遵过举一阵元来宠成窝阕采样靛，黻攀阵元在不丽稽辩空阏僚霪上所接 收簿瑟渡辩阗暴样廖捌去取我由簿到天线掰获取麴渡兹空润采群集会。测瘸强 栋嚣这裙对逛动髟戏懿辘避寒季奄藏个合戚孑i 径戳取代纛大黪障列实旌 径，露戆保持谯器豁角分辨交，显照潜在意义上波，其方往努辨力露波长器瓣 鼷秃关，楚辫达成豫技术靛一个飞获，戮褥爨鸯隧大豹秧葶| 杰，将麓楚对予军 事应藤来诞。因鼹，合成魏襁雷选( s k r ) 一直疑霄遮戢像羧拳瓣圭滚方简。 鬣达成豫舶器零瓣的是蜜理爨拯分类秘识剐。藏分辨为建馒俪离矮蠢戚豫 披米豹本质姆诬。毽楚，臀达成像技术的强大生囊力不仪泉源予商分辨免，蕊 强楚密予它陡必学囊辨手段暴毒下嚣漫著特纛：强港豺矬、惫含多静教射穰爨、 大动态茈溺箨耱辫溅距筏力。 赢黪效栏对予军餍s a r 残像系筑是个关键馐麓，s a r 戒像瓣璎数簇基 邂予辩技大学赣：论文 大，运算量丈，耍实现实时处瓒就要求数据吞畦率快，系统运簿速度高。目前 对于s a r 妁实时处理主要采取颟罩枣方法：专用数字信号处理桃辩通羁蛉势簿诗 算机。 校掇霉这载俸不蘑，s a r 瑟分兔星载s 馥，校藏s 斌等类鳌。裰据s a r 懿王 作方式不同，s a r 可以分为带状模式，聚柬式( s p o t l i g h ts a r ) ，孚丑描模式( s c a n s a r ) 等。裰据s a r 褫角，s a rw 以分为歪铡梗横式、斜视模式，前视模式等。 它们在披术上备具特点，应用上相辅棚成。 f 1 2 龠成孔缀雷达( s a r ) 技术特点 ( 1 ) 、裹分辨力：簸瑷在毅零技态来看，一般军爨蓉统静分辨力魄强雳系 统至少癸高一个数量级。民用系统的分辨力约为1 0 米量级，而举用系统则要求 在到米缀或曼商。藿载s a r 一般都兼有军用和琵糟两种任务，其图像细节在宏 观上已与光学图像相比拟，但近年来已出现更岗分辨力趋势，已有分辨力达到 l 米的系统，将大大增强其军事应用价德。随着军事应用需求的扩展，蔡求有 更多关予嚣标帮环境爨髂息，怼分辫力憨要求必将遴一疹提褰。 ( 2 ) 、雷达图像分辨力与波长，载体的飞行高度，筲达的作用距离冤关。 ( 3 ) 、强透薷手往：不受气捩、昼夜等瀚素影稠，其青全天候戏像优点；如栗 选择合适的雷达波长，述能够透过一定的遮蔽物。 ( 4 ) 、包括多种散射信息：不同的目标，往往具有不同的介电常数、表面粗 糖度等物理靼化学特性，它织对微波静不同颓率、透射惫、及羧纯方式姆星瑗 不同的散射特性和不同的穿透力，这一性质为目标分类及识别提供了极为有效 的耨途弪。 ( 5 ) 、多功能多用途：例如采用并行轨道或赣一定基线长度的双天线，可 咀获得包括地面高度信息在内的三维高分辨图像； ( 6 ) 、多极能，多波段，多王传模式。 电子科技大学硕士论文 ( 7 ) 、实现合成孔径原理，需要复杂的信号处理过程和设备。 ( 8 ) 、与一般相干成像类似，s a r 图像具有相干斑效应，影响图像质量， 需要用多视平滑技术减轻其有害影响。 1 1 3 合成孔径雷达( s a e ) 的应用 合成孔径雷达( s a r ) 的全天候、全天时工作能力及它在不同频段、不同 极化下可以得到目标的高分辨力图像，为人们提供各种非常有价值的信息，s a r 首先在军事应用上显示其优势，随着遥感技术的蓬勃发展，它又很快作为微波 遥感的重要工具，广泛应用于各个领域。 在地质和矿资源勘探方面，综合孑l 径雷达可以用来普查地质结构，研究地 质分布、岩石分布及矿物分布等。 在地形测绘和制图学方面，合成孔径雷达可以用来进行大面积地形测绘。 用来测定山脉、河流、城市、乡村、道路、桥梁等的位置和形状。研究城市变 迁、湖泊分布及变迁，了解效能运输状况等。 在海洋应用方面，合成孔径雷达可以用来研究大面积海浪特性，研究冰山 分布、海洋变迁、海洋污染等。 在水资源应用方面，全成孔径雷达可以大面积测定土壤湿度，估定大面积 降雨量，研究地面雪覆盖情况等。 在农业和林业应用方面，合成孔径雷达可以用作农作物鉴别，研究农作物 生长状况并估计农业产量，研究田地分界，研究自然植被分布、覆盖、研究森 林生长状况，发现森林火灾。 在科学研究方面，s a r 也是有力工具。如在天文研究中，已利用s a r 获得 金星表面的雷达照面，由于s a r 不受行星表面水气云层的影响，在研究其它有 大气存在的行星方面也将发挥作用。 合成孔径雷达在军事领域的主要应用： 瘫子群挂天学装士沦文 战略成用全天候全球战略侦察，众天候海洋军事动态监视，战略 导弹终蛾要点防樾的嗣标识别与拦截，战略导弹多弹头分导叁动导弓l ，辘道平 台开口的识别与拦截，对战略地下军事设旖的探测。 战术寝蠲金天候夔点羧嚣军事去态整褫，大壅稳克群静戎豫簦 视，反坦克雷场的探测。 特种馥沼强杂波背景下的话标识别，低空与超低空日标的探铡与 跟踪，糟密测向与测赢，隐藏爨标散射特性的羚态帮动态测量等。 1 2园内外s a r 的发展动态 1 。2 1 露际s 拣的研究撮况 合贼孑l 径的概念产生了五十年代初，1 9 5 1 每6 胃荚国吉德依笨字靛公司 ( g o o d y e a ra e r o s p a c ec o ) 的威利( c a r lw i l e y ) 首先提出最初的频率分析 豹方法羧营霉这熬惫分辨力，德褥其穆隽多谱鞔波束锐住，毽稻最初豹辑究鑫 的是提高制导雷达的角分辨力。与此同时，伊里诺新大学( u n i v e r s i t yo f i l l i n o i s ) 控制系统实骏室豹一个研究小缀在c 并s h e r v i n 的领导下，采用相 干机载侧视口面雷达( s i d e - l o o k i n ga p e r t u r er a d a r ，s l a r ) 数据，磅究运动 萌标检测技术。1 9 5 2 年，c w s h e r v i n 第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵 列概念，另终毽j 丕提逡了运魂於缨壤念。正是这黧裁愚惑最终导致了x 波段穗 于雷达的研制。1 9 5 8 年，美国密执安大学( u n i v e r s i t yo fw i c h i g a n ) 的雷达 帮先学实验室在l j 。c u t r o n a 静领导下，掰德们研制静鬻达避彳亍飞行试验，角 光学相关器件将棚干雷达视频信峰变成了离分辨的图像。此时，s a r 系绞研制 主要由美圜国防部( d e p a r t m e t no fd e f e n c e ，d o d ) 资助，因此，这方筒的研 究遴展极少公开摄遴。 直到6 0 年代朱、7 0 年代初，美国宇航局n a s a 主持了一些民用s a r 系统的 瘫子群挂天学装士沦文 战略成用全天候全球战略侦察，众天候海洋军事动态监视，战略 导弹终蛾要点防樾的嗣标识别与拦截，战略导弹多弹头分导叁动导弓l ，辘道平 台开口的识别与拦截，对战略地下军事设旖的探测。 战术寝蠲金天候夔点羧嚣军事去态整褫，大壅稳克群静戎豫簦 视，反坦克雷场的探测。 特种馥沼强杂波背景下的话标识别，低空与超低空日标的探铡与 跟踪，糟密测向与测赢，隐藏爨标散射特性的羚态帮动态测量等。 1 2园内外s a r 的发展动态 1 。2 1 露际s 拣的研究撮况 合贼孑l 径的概念产生了五十年代初，1 9 5 1 每6 胃荚国吉德依笨字靛公司 ( g o o d y e a ra e r o s p a c ec o ) 的威利( c a r lw i l e y ) 首先提出最初的频率分析 豹方法羧营霉这熬惫分辨力，德褥其穆隽多谱鞔波束锐住，毽稻最初豹辑究鑫 的是提高制导雷达的角分辨力。与此同时，伊里诺新大学( u n i v e r s i t yo f i l l i n o i s ) 控制系统实骏室豹一个研究小缀在c 并s h e r v i n 的领导下，采用相 干机载侧视口面雷达( s i d e - l o o k i n ga p e r t u r er a d a r ，s l a r ) 数据，磅究运动 萌标检测技术。1 9 5 2 年，c w s h e r v i n 第一次提出了采用相位校正的全聚焦阵 列概念，另终毽j 丕提逡了运魂於缨壤念。正是这黧裁愚惑最终导致了x 波段穗 于雷达的研制。1 9 5 8 年，美国密执安大学( u n i v e r s i t yo fw i c h i g a n ) 的雷达 帮先学实验室在l j 。c u t r o n a 静领导下，掰德们研制静鬻达避彳亍飞行试验，角 光学相关器件将棚干雷达视频信峰变成了离分辨的图像。此时，s a r 系绞研制 主要由美圜国防部( d e p a r t m e t no fd e f e n c e ，d o d ) 资助，因此，这方筒的研 究遴展极少公开摄遴。 直到6 0 年代朱、7 0 年代初，美国宇航局n a s a 主持了一些民用s a r 系统的 电子科技大学硕士论文 研制，主要研究单位是密西根环境研究所( e n v i r o n m e n t a lr e s e a r c h i n s t i t u t e o fm i c h i g a n ，e r i m ) 和喷气动力实验室( j e tp r o p u l s i o nl a b o r a t o r y ，j p l ) 。 1 9 7 5 年，n a s a 将s a r 作为s e a s a t 任务的一部分。由于s a r 在s e a s a t 任务中的 突出表现，使得星载s a r 得到高度重视，成为合成孔径雷达的一个重要发展方 向。但是，机载s a r 也并没有停止发展，由于其强实时性、分辨力高等特点， 特别适合于战役战术侦察，在国防领域得到了迅速发展。 1 9 7 8 年5 月美国宇航局( n a s a ) 成功地发射了全世界第一颗装载了空间合 成孔径雷达的人造地球卫星( s e a s a t - a ) 。s e a s a t 卫星的高度约8 0 0 公里， 工作波段为l 波段，测绘带宽为1 0 0 公里。s e a s a t 卫星具有很大的全球覆 盖率，转发了不同地形特征的s a r 数据，获得了大量过去未曾有过的信息，引 起了科学家们的极大重视。标志着星载s a r 已成功进入了太空时代。 此后，美国宇航局先后研制了航天飞机成像雷达s i r a 和s i r - b ，并成功 地送上天。它们都源于s e a s a t - a ，都工作于l 波段。其中s i r - a 于1 9 8 1 年 1 1 月发射，轨道高度为2 5 2 公里，分辨率为3 7 米，而s i r - b 于1 9 8 4 年7 月发 射，轨道高度为2 5 0 一3 2 6 公里，倾角为5 7 。，测绘带宽为5 0 公里，分辨率为 3 5 米。与s i r a 的主要不同点在于s i r b 的波束俯视角可变，而且s i r - b 可采 用光学和数字两种方式记录和处理图像，比s e a s a t 的非实时数字处理的成像 速度要快。 为了全面、系统的获取地球信息，九十年代初欧美开始研制多功能多参数 的成像雷达。1 9 9 3 年9 月，美国宇航局航天飞机成像雷达s i r - c x s a i l 发射 成功，该雷达是全世界第一部多波段( l 、c 、x 波段) 、多极化、多投射角空 间合成孔径雷达。轨道高度为2 5 0 3 2 5 公里，投射角在1 7 。6 3 。范围内可 变，测绘带可在1 5 9 0 公里范围内可变，分辨率为2 5 米。其中s i r - c 工作于 l 、c 波段，有4 种极化方式，x s a r 工作于x 波段，只有一种( w ) 极化方 邀擎餐釜炎攀臻奎埝囊 姨。慕鬻骞渡淡王撵鬻黻繇瓷魏舔辩累麓颟攀静璃液，凇诧寐鬣分和漆剐地物 毯瓣。 漆予主选髓晨飞税藏像黼遮试骑缀掰时间鞍缀，只觎监溯一嫂黼期状态。 淹了憋鼗鬻魏黎裳饕装裁蜜髭，滋燕海溶戆变憩、露筏游黎蒂交张及森蒋覆燕 翻动态炎优等。欧荧、魏嚣联、日零档媳研裂了长期测绘辩垒球测绘魏戏豫霞 迭。嚣苏联予t 9 8 7 每麓瓣了a l m a z - l 空鬻台壤魏径辫达，王俸予s 波段， 谈嚣选燕姆蠡趑天线袋擞撬，遮稽辩阏长迭2 霉，蹩警一嚣妖鬣逡器戆塑霹套 溪魏经嚣遮。1 9 9 1 率3 筒茇辩丁a l m a z * h 合成孔径瓣然，葳轨道简膛为3 0 0 公羹，投藤燕露黛，蘩瓣辫3 扩秘4 。疆爨稳，篝鬻翘鬻绘辩懿海3 5 0 公薰， 分辨警为1 5 3 0 米，工依予s 波段+ 水平疑他方式。 f 9 9 t 7 嚣，羧空蕊发瓣了e r s 1 密簿会藏氛经辩逡，运器3 率，该霄达 蓉绽箨漆投逡鞔遂，平均鬻凌蕊7 8 5 公器；溅绘繁爨逡t 0 0 公攘，努辫率鸯 凑，互幸蕃予群液段，囊盔辍张方式，滚繇统豹特点程予实现丁平台辫恣的动 态控裁。凌 ：e r s i 瓣辘道势嚣魏，霉获褥大蛩蕊霹爨爨蓑慕楚兰蟪臻爨凌 辍褥鼗潴，谗多獬学家测粥e r s - l 的数糖进行三维s a r 威像磷究，褥戮了袋 两满瑟辩臻象。 1 9 9 笠年2 辩，毽簿= 发射7j e r s - a 燮怒奇壤魏经霉逡，遥箨2 每，蟪遴鬟 泼魏5 6 8 铵受，凝瓣霆巍3 8 5 。戳绘带糍为7 5 公里，静辨攀为1 8 2 4 米， 王诈予蠹波段，拳警辍憩。 1 9 辩颦 2 筒，翮攀大r 啪a r s a t 含成施檄霰达发射成功，轨道潋糜8 0 0 公霎，授瓣燕寒 扩鹞4 。嚣绘褡竟惫4 5 5 0 0 蘩墨，静瓣零惫 l 黼来， 工梅予e 波段，零平援锻穷式。 在瓣瓣s a r 努蘧，瓿簸s a r 鼢理谂幂予星载$ a r ，德枫载s a r 的威劝却 蛾蕊鼗s 纛聚逡。擞鼗孚塞逡曩蒙擎螽其卷震文簿捺麓，实溪毙较添囊。稳毒蕈 电子科技大学硕士论文 载s a r 相比，具有更大的机动性、针对性和更高的分辨率，而且机载s a r 成 像处理的数据量比星载s a r 小，可做到实时成像，因此在军事应用上受到高度 重视。 美国n a s a j p l 实验室于1 9 8 8 年研制的a i rs a r ，功能齐全，有p 、l 、 c 三个波段。具有全极化能力，能同时产生1 2 个数据通道的分辨率为1 0 x1 0 米的s a r 图像。 美国密执安环境研究所的p 3s a r 系统工作在x 、c 、l 三个波段，全极 化。在1 2 0 m h z 的带宽下，测绘带宽4 9 公里，分辨率为1 2 x 2 1 米，入射角 为0 。8 5 。，高度为3 8 公里。 德国宇航局于8 0 年代中期开发机载合成孔径雷达，并于1 9 8 8 年和1 9 8 9 年先后研制成功线性极化c 波段和x 波段s a r 系统，1 9 9 0 年又扩展到l 波段。 该雷达系统具有全极化方式，分辨率为2 4 x 4 米，测绘带宽为4 公里，投射角 为2 0 。2 7 。 加拿大遥感中心的s a r 5 8 0 具有c 、x 两个波段，全极化方式，分辨率为 6 x 6 米。 丹麦于1 9 8 9 年研制成功c 波段机载合成孔径雷达，该系统具有灵活的性 能指标，其分辨率、测绘带宽、和成像几何布局均可调节。测绘带宽分别为1 2 、 2 4 、4 8 公里，距离向和方位分辨率分别为2 、4 、8 米，最大作用距离为8 0 公 里，该系统的性能指标接近于美国的j - s t a r s 。 在过去的二十多年中，合成孔径雷达发展很快。如今，各国研究者仍在继 续研制性能更好的合成孔径雷达系统，以满足军事和民用需要。 1 2 2 国内s a r 的研究概况 与国际先进水平相比，我国在s a r 的研究方面基础较差，然而近年来进展 很快，具有很大的发展前途。 电子科技丈学鞭士论文 在钒载s a r 方面，我国予1 9 7 9 年9 月获褥了第张机载s a r 图像，该雷 达系统工作在x 波段，飞行高度为6 0 0 0 7 0 0 0 米，测绘带宽为9 公爨，最大 作用距离为2 4 公里，分辨率为1 8 0 3 0 米，没有采用脉冲压缩技术。 1 9 8 0 年1 2 月，第二台改避s a r 系统迸弦了实验，发装酶篷功率提蓬到 1 0 k w ，采用了脉冲压缩技术，并增加了天线稳定伺服平台和逡动补偿电路， 分辨率掇高蓟1 5 t 5 。 单测绘通道单侧视s a r 系统于1 9 8 3 年研制成功，采用表声器件遴幸亍距离 向脉冲鼹宽与聪缩，并增加了地速补偿与惯导系统。1 9 8 7 年多测绘通道多极化 键褪s a r 硬铡戏功。 电子科技大举与电子部第3 8 研究所在“八赢”期间欺同承担了重点军事预 耢顼嚣“祝载遗程藏场篌察雷这关键技术”静译题，毫予科技大学圭簧负责信 母处理的任务，并于1 9 9 5 年研制成功全数字机载s a r 实时信号处理机。该研 究成果予1 9 9 5 率1 1 月参加了“八五科技成果展”，并予1 9 9 6 举3 月通过了电 予互、监秘主持的鉴定。 在星载s a r 方面，1 9 8 7 年我国“8 6 3 ”计划正式提出了星载s a r 的研究 经务，这标志着我藿在察阕残豫领域透穗了重簧步。经过多年的努力，电子 科技大学雷达成像实验室在s a r 成像算法，s a r 平台迷动补偿，s a r 运动耳 标箍测和s a r 成像并行算法研究等方磷取得了很大发展。 3 毫陡载s a r 系统的关键技术 ( 1 ) 、机载s a r 总体方案及优化设计。 ( 2 ) 、轰分辨力多模襞s a r 实辩戒像处理技术。 ( 3 ) 、飞机航迹与姿态精密控制和测量技术。 ( 4 ) 、轻型宽带高效天线及天线罩技术。 ( 5 ) 、宽带糍效行波管。 电子科技丈学鞭士论文 在钒载s a r 方面，我国予1 9 7 9 年9 月获褥了第张机载s a r 图像，该雷 达系统工作在x 波段，飞行高度为6 0 0 0 7 0 0 0 米，测绘带宽为9 公爨，最大 作用距离为2 4 公里，分辨率为1 8 0 3 0 米，没有采用脉冲压缩技术。 1 9 8 0 年1 2 月，第二台改避s a r 系统迸弦了实验，发装酶篷功率提蓬到 1 0 k w ，采用了脉冲压缩技术，并增加了天线稳定伺服平台和逡动补偿电路， 分辨率掇高蓟1 5 t 5 。 单测绘通道单侧视s a r 系统于1 9 8 3 年研制成功，采用表声器件遴幸亍距离 向脉冲鼹宽与聪缩，并增加了地速补偿与惯导系统。1 9 8 7 年多测绘通道多极化 键褪s a r 硬铡戏功。 电子科技大举与电子部第3 8 研究所在“八赢”期间欺同承担了重点军事预 耢顼嚣“祝载遗程藏场篌察雷这关键技术”静译题，毫予科技大学圭簧负责信 母处理的任务，并于1 9 9 5 年研制成功全数字机载s a r 实时信号处理机。该研 究成果予1 9 9 5 率1 1 月参加了“八五科技成果展”，并予1 9 9 6 举3 月通过了电 予互、监秘主持的鉴定。 在星载s a r 方面，1 9 8 7 年我国“8 6 3 ”计划正式提出了星载s a r 的研究 经务，这标志着我藿在察阕残豫领域透穗了重簧步。经过多年的努力，电子 科技大学雷达成像实验室在s a r 成像算法，s a r 平台迷动补偿，s a r 运动耳 标箍测和s a r 成像并行算法研究等方磷取得了很大发展。 3 毫陡载s a r 系统的关键技术 ( 1 ) 、机载s a r 总体方案及优化设计。 ( 2 ) 、轰分辨力多模襞s a r 实辩戒像处理技术。 ( 3 ) 、飞机航迹与姿态精密控制和测量技术。 ( 4 ) 、轻型宽带高效天线及天线罩技术。 ( 5 ) 、宽带糍效行波管。 电子科技人学硕士论文 ( 6 ) 、高速s a r 数据压缩技术。 ( 7 ) 、机上设备小型化。 1 4 论文任务来源 本课题是鲮三十八所与电子科技大学7 。1 _ 4 教研室的合作开发 项目，也是机载远程战场雷达侦察试验系统预研的一个核心子课题。有关 机载s a r 要求的主要指标为： 一、技术指标： 1 距离压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 2 方位压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 3 参考函数产生的更新率为4 5 7 毫秒。 4 脉冲重复频率为7 0 0 赫兹。 5 发射脉冲宽度为2 3 微秒。 6 信号带宽为7 0 m 赫兹。 二、性能指标： 1 有效测绘带宽为5 2 2 0 米 2 分辨力：距离向为3 米 方位向为1 3 米 3 旁瓣电平：距离向优于4 2 分贝 方位向优于4 0 分贝 4 处理实时率：全实时 1 5 本文的主要研究内容 1 5 1 本文的主要工作 ( 1 ) 、根据项目要求，在讨论了系统指标和成像算法的基础上，选用了日 电子科技人学硕士论文 ( 6 ) 、高速s a r 数据压缩技术。 ( 7 ) 、机上设备小型化。 1 4 论文任务来源 本课题是鲮三十八所与电子科技大学7 。1 _ 4 教研室的合作开发 项目，也是机载远程战场雷达侦察试验系统预研的一个核心子课题。有关 机载s a r 要求的主要指标为： 一、技术指标： 1 距离压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 2 方位压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 3 参考函数产生的更新率为4 5 7 毫秒。 4 脉冲重复频率为7 0 0 赫兹。 5 发射脉冲宽度为2 3 微秒。 6 信号带宽为7 0 m 赫兹。 二、性能指标： 1 有效测绘带宽为5 2 2 0 米 2 分辨力：距离向为3 米 方位向为1 3 米 3 旁瓣电平：距离向优于4 2 分贝 方位向优于4 0 分贝 4 处理实时率：全实时 1 5 本文的主要研究内容 1 5 1 本文的主要工作 ( 1 ) 、根据项目要求，在讨论了系统指标和成像算法的基础上，选用了日 电子科技人学硕士论文 ( 6 ) 、高速s a r 数据压缩技术。 ( 7 ) 、机上设备小型化。 1 4 论文任务来源 本课题是鲮三十八所与电子科技大学7 。1 _ 4 教研室的合作开发 项目，也是机载远程战场雷达侦察试验系统预研的一个核心子课题。有关 机载s a r 要求的主要指标为： 一、技术指标： 1 距离压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 2 方位压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 3 参考函数产生的更新率为4 5 7 毫秒。 4 脉冲重复频率为7 0 0 赫兹。 5 发射脉冲宽度为2 3 微秒。 6 信号带宽为7 0 m 赫兹。 二、性能指标： 1 有效测绘带宽为5 2 2 0 米 2 分辨力：距离向为3 米 方位向为1 3 米 3 旁瓣电平：距离向优于4 2 分贝 方位向优于4 0 分贝 4 处理实时率：全实时 1 5 本文的主要研究内容 1 5 1 本文的主要工作 ( 1 ) 、根据项目要求，在讨论了系统指标和成像算法的基础上，选用了日 也子辩技大学磺士论文 本s h a r p 公司的专用d s d 芯片l h 9 1 2 4 体为实辩成像楚壤的核心部件，参与论证 和提出了机载s a r 实对戏像处理系统的系统设计方寨。 ( 2 ) 、参与完成了熬个s a r 实时成像处理系统的硬件实现。主要包括电路 设诗、诗算援傍褰、软馋编程鞠硬传疆试等工傍，蒡嚣簇s a r 舔始数搭对整个 硬件系统进行了测试。达到了项目要求。 ( 3 ) 、参与了密信惑产煦部3 8 所和电子科技大学共同进行的现场飞行联调 试验，并进行了s a r 真实场景机栽s a r 实时成像处理系统成像处理试验，取褥 了成功。 霹) 、探讨tf p g a 褫载s a r 实黠皴缘处毽系统距褰多警耪算法豹突瑗， 作了一些有益的尝试。 s 2 缝褐安撵 第一章：引吉。简要介绍了s a r 的技术特点、应用前景、s a r 研究的发展 概况。 第二牵：檄握顼基簧求，在讨论7 系统掺抟_ 萋爨或像舞法懿綦毳l l 上，选雳了 网本s h a r p 公司的专用d s p 芯片l h 9 1 2 4 作为实时成像处理的核心部件。参与论 诞窥提崮了辊载s a r 实辩残豫懿理系统豹系统设计方案。 第三章：全顾介绍了整个s a r 实时成像处理系统的硬件实现。同肘，主要 对脉冲邋缩板进行了阐述。 第魍灌：鉴予近年来f p g a 技术的飞遽发震彝广泛应阕，本文还怼该系统戆 f p g a 距离一多普勒算法实现作了一些探讨与尝试。 第蠢摩：番镪了该系统鹳硬件窀路与调试，劳给密了实验绪祭。 第六章：结柬语。总结全文，提出以后的工作方向。 o 电子科技大学硕士论文 第二章机载$ a r 实时成像处理系统设计实现 本课题来源于电子科技大学雷达成像实验室与信息产业部3 8 所合作的“机 载远程战场侦察雷达s a r 实时处理系统”项目，也是机载远程战场雷达侦察 试验系统预研的一个核心子课题。 2 1系统指标要求及重要参数分析 2 1 1 系统指标要求 根据合作要求，双方共同确定了系统指标如下： 1 技术指标： 工作波段：x 波段( 9 6 g h z ) ，波长为0 3 1 2 5 米。 载机飞行高度3 5 0 0 m 距离压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 方位压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 参考函数产生的更新率为4 5 7 毫秒。 脉冲重复频率为7 0 0 赫兹。 发射脉冲宽度为2 3 微秒。 信号带宽为7 0 m 赫兹。 波瓣宽度1 5 度 2 性能指标： 有效测绘带宽为5 2 2 0 米。 分辨力：距离向为3 米，方位向为1 3 米。 旁瓣电平：距离向优于一4 2 分贝。 方位向优于一4 0 分贝。 处理实时率：全实时。 2 1 2 系统重要参数分析 1 a 0 采样率f i ： 由分辨力与带宽的关系得： 电子科技大学硕士论文 第二章机载$ a r 实时成像处理系统设计实现 本课题来源于电子科技大学雷达成像实验室与信息产业部3 8 所合作的“机 载远程战场侦察雷达s a r 实时处理系统”项目，也是机载远程战场雷达侦察 试验系统预研的一个核心子课题。 2 1系统指标要求及重要参数分析 2 1 1 系统指标要求 根据合作要求，双方共同确定了系统指标如下： 1 技术指标： 工作波段：x 波段( 9 6 g h z ) ，波长为0 3 1 2 5 米。 载机飞行高度3 5 0 0 m 距离压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 方位压缩的处理数据长度为4 0 9 6 点。 参考函数产生的更新率为4 5 7 毫秒。 脉冲重复频率为7 0 0 赫兹。 发射脉冲宽度为2 3 微秒。 信号带宽为7 0 m 赫兹。 波瓣宽度1 5 度 2 性能指标： 有效测绘带宽为5 2 2 0 米。 分辨力：距离向为3 米，方位向为1 3 米。 旁瓣电平：距离向优于一4 2 分贝。 方位向优于一4 0 分贝。 处理实时率：全实时。 2 1 2 系统重要参数分析 1 a 0 采样率f i ： 由分辨力与带宽的关系得： 电子辩技大学硕士论文 f ；k 上 ( 2 1 ) 4 2 p ， 菸中班必距褒分辨力，e 为兔遽，k 为过采样鞠素，在l 、q 蚕交逶遂情况下， 这里取为1 4 可满足要求。故： f 。= 7 0 m h z 2 采样点数的确液： 在测绘带蠹的采撵惑数有下烈公式褥窭： n 。：k 坐 ( 2 2 ) 。p， 式中，k 为过采样因素，a f 为信号带宽，r 为测绘带宽。 方位向信号的多普勒带宽为： a f 。= 2 v 。五 其中，参为天线波寒方蹙宽度，v a 隽巡搬迩簸速嶷，名为波长。 3 距离脉冲压缩参考函数的确定： 对予鞭离维来说，脉冲疆缩的参考踊数长发为： 日，= k f 厂 ( 2 3 ) 式中，k 为_ ；盛采样霹索，a f 为信号带宽，f 为躲7 串宽度。 为了达到实时处理，一个脉冲重复周期的数据必须在一个脉冲周期内运算 究毕，藤tr = l 7 0 0 h z = 1 4 4 m s ，鞠镬在羧叠鸯嚣模式情琵下，完戏丈匿缩玩静脉 冲压缩，采用常规的f i r 或d s p 器件很难达到实时处理的要求，所以我们采用 l h 9 1 2 4 y 4 0 专瘸蕊片来实瑗赫渖莲壤翡频缄楚理。 由于单片l h 9 1 2 4 y 4 0 处理n 威f f t 辩用时： t = n m 2 5 ( 瑚 2 。莲) 其中m 为f f t 运算的级数，与选择的基有关。对于4 k 点来说，分解成4 x 1 6x 1 6x 4 最嵌，媛m = 4 。联跌l h 9 1 2 4 y 4 0 实现瓢点f f t 最少麓辩0 。4 0 9 6 m s ， 而i f f t 遥算也需要同样的时间，故单片l h 9 1 2 4 y 4 0 在预叠加模式下，可完成 鞭裹黥基。 4 方位脉冲压缩参考函数的确定： 为了达到方位向约分辨力p 。，则必须在综合魏径长度蠹采襻m 令点，其 电子科技大学硕士论文 中m 有下式计算 = 墨! 生! 墨 8 p 其中口为波瓣宽度，k 为考虑到方位脉压时，为了抑制副瓣加窗时引起 主瓣展宽的影响而增大方位向的抽样率。由于我们采用海明窗，所以此处取 k = i 4 。 根据前述的技术指标，综合孔径长度内的采样点数为1 6 1 0 。由于在方位向、 必须两个综合孔径长度才能得出一个综合孔径的图像，故方位向必须作4 0 9 6 点脉压处理。 2 2 机载s a r 系统多普勒参数提取 从前面章节的分析中不难发现多普勒参数在成像算法中的重要性。方位向 参考函数由多普勒质一t l , 和多普勒斜率决定。血与平台和地面之间的径 向速度有关，而厂d 。是由平台目标之间的切向速度和径向加速度引起的。在平 台规则运动时，k 和k 可以直接由g p s 导航和飞机姿态数据计算出来，计算 的精度取决于姿态测量的精度以及g p s 导航数据的精度。 _ _ + 目标多普勒相位可表示为9 ( t ) = _ , i - i br ( t ) ( 2 5 ) 最( t ) 表示雷达到地面目标的斜距矢量。 在0 到t 的短时间范围内，平台运动的加速度接近常数，雷达与目标2 _ i n 的相互运动_ j j 垃似为 翮= 最+ 诺丢左t 2 ( 2 6 ) 其中，圣和左分别为平台遣勃的速度和加速度矢量。对于足够小的t ，对 ( 2 6 ) 式进行泰勒级数展开 加) m 则) 一2 万( 髓+ 丢厶一 ( 2 7 ) 电子科技大学硕士论文 中m 有下式计算 = 墨! 生! 墨 8 p 其中口为波瓣宽度，k 为考虑到方位脉压时，为了抑制副瓣加窗时引起 主瓣展宽的影响而增大方位向的抽样率。由于我们采用海明窗，所以此处取 k = i 4 。 根据前述的技术指标，综合孔径长度内的采样点数为1 6 1 0 。由于在方位向、 必须两个综合孔径长度才能得出一个综合孔径的图像，故方位向必须作4 0 9 6 点脉压处理。 2 2 机载s a r 系统多普勒参数提取 从前面章节的分析中不难发现多普勒参数在成像算法中的重要性。方位向 参考函数由多普勒质一t l , 和多普勒斜率决定。血与平台和地面之间的径 向速度有关，而厂d 。是由平台目标之间的切向速度和径向加速度引起的。在平 台规则运动时，k 和k 可以直接由g p s 导航和飞机姿态数据计算出来，计算 的精度取决于姿态测量的精度以及g p s 导航数据的精度。 _ _ + 目标多普勒相位可表示为9 ( t ) = _ , i - i br ( t ) ( 2 5 ) 最( t ) 表示雷达到地面目标的斜距矢量。 在0 到t 的短时间范围内，平台运动的加速度接近常数，雷达与目标2 _ i n 的相互运动_ j j 垃似为 翮= 最+ 诺丢左t 2 ( 2 6 ) 其中，圣和左分别为平台遣勃的速度和加速度矢量。对于足够小的t ，对 ( 2 6 ) 式进行泰勒级数展开 加) m 则) 一2 万( 髓+ 丢厶一 ( 2 7 ) 啦子科技大学骚士论文 萁巾 ：挈主 九 ( 2 8 ) 。一2 盖最 ( 2 9 ) f d r = 一z 譬# ( 2 1 0 ) 只要知道平螽静佼鬻，速澎矢量鞠期速度矢量就可戳算出翱厶和厶。 当乎台存在俯仰和偏航方向的误差时，矗阿表示为 矗=胡+而磊tg蓊cz+tgo蓊sinfl 2 其率，口是酣仰角，声怒偏航角，毋是方位中心的投射角。在对速度、加速度 2 3 机栽s a r 系统成像处理算法 2 ，3 。 系统戏稼处建篝渗选耘 随着平台姿态测量投术的提商，使基于平台姿态测擞提取参考函数方法成 为可能。参考函数魏提取壤是提毅厶 多普鼗爱心) 露厶( 多罄麓裁率) ，矗 的不正确主要影响目标的定位和成像后点目标的峰值降低并使图像主瓣展宽， 导致分辨搴下降。盘斡不正确主爱弓l 起成缘压点霹掭点霆标豹峰篷降低弊蔹墅 像散焦。回波提取参考函数虽能准确的提取厂出和丘，但算法太过复杂，不适 会实时成像系统。基于乎台姿态溅量提取参考函数方法缀犬程度上莰羧擎套溅 爨精度，现代惯罨测量精度已经藏本满足在分辨率不是太高的成像要求，加上 簸小二象健计，( 港毒g p s 豹定标) 其成像效果鼹为良好。在s a r 成像渗r d 冀法是最适合硬件实现的，因而本系统采用改进型的r 1 0 算法。 l h 91 2 4 的输入，输出数据都蹩2 4 位的复数数据，中闳结果5 0 位，内部使 啦子科技大学骚士论文 萁巾 ：挈主 九 ( 2 8 ) 。一2 盖最 ( 2 9 ) f d r = 一z 譬# ( 2 1 0 ) 只要知道平螽静佼鬻，速澎矢量鞠期速度矢量就可戳算出翱厶和厶。 当乎台存在俯仰和偏航方向的误差时，矗阿表示为 矗=胡+而磊tg蓊cz+tgo蓊sinfl 2 其率，口是酣仰角，声怒偏航角，毋是方位中心的投射角。在对速度、加速度 2 3 机栽s a r 系统成像处理算法 2 ，3 。 系统戏稼处建篝渗选耘 随着平台姿态测量投术的提商，使基于平台姿态测擞提取参考函数方法成 为可能。参考函数魏提取壤是提毅厶 多普鼗爱心) 露厶( 多罄麓裁率) ，矗 的不正确主要影响目标的定位和成像后点目标的峰值降低并使图像主瓣展宽， 导致分辨搴下降。盘斡不正确主爱弓l 起成缘压点霹掭点霆标豹峰篷降低弊蔹墅 像散焦。回波提取参考函数虽能准确的提取厂出和丘，但算法太过复杂，不适 会实时成像系统。基于乎台姿态溅量提取参考函数方法缀犬程度上莰羧擎套溅 爨精度，现代惯罨测量精度已经藏本满足在分辨率不是太高的成像要求，加上 簸小二象健计，( 港毒g p s 豹定标) 其成像效果鼹为良好。在s a r 成像渗r d 冀法是最适合硬件实现的，因而本系统采用改进型的r 1