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星载合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar,SAR)系统是近年来SAR领域的研究热点,西方发达国家相继发射了各自的星载SAR系统,并投入使用。
传统的星载SAR需要把原始数据经数传通道发送到地面,通过地面后处理来完成原始数据到图像的成像处理,这一方面是由于SAR成像的复杂性,另一方面更是由于星上环境对信号处理硬件的苛刻要求。近年来,随着数字集成电路和数字信号处理技术的迅猛发展,在星上完成SAR成像处理已成为可能,同时也成为未来星载SAR技术的一种发展趋势。星上实时成像处理器是未来先进星载合成孔径雷达(SAR)的重要组成部分,它以能满足星上环境要求的信号处理机为硬件平台,实现SAR原始数据实时成像,并作为图像压缩、目标识别及目标信息提取等其它星上数据处理步骤的基础,达到快速识别目标、减小数传压力、有效提取数据的目的。
针对两套典型系统,本文对星载SAR及其实时成像处理器参数和指标作了分析,确定了星上实时成像处理方案。针对星上环境对处理器器件的限制,提出了基于Xilinx公司高性能、抗辐照、可编程Virtex-Ⅱ系列FPGA器件的星上实时成像处理器实现方案。
方案采用最常用的距离-多普勒(R-D)成像算法,整个成像处理器由预处理器、距离压缩、转置存储器(CornerTurningMemory,CTM)、方位压缩四个模块组成,所有模块均以VirtexⅡ系列FPGA为主要处理器件。
本文第三章对星上实时成像处理器总体方案进行了分析和设计,第四章简要介绍了成像处理器系统的主要处理芯片-VirtexⅡ系列FPGA芯片的主要特性及其航天应用经验。第五章至第八章介绍实时成像处理器的各处理模块。其中,第五章详细介绍了预处理的实现方案,方案将距离向和方位向预处理在一片XC2V1000FPGA芯片内实现,有效减小了系统的体积和重量,增加了可靠性。第六章阐述了距离压缩的原理、实现方法、FPGA硬件实现方案。第七章从目的、功能、原理等方面对CTM论述,并给出了详细的硬件实现和测试结果。第八章给出了方位压缩模块的设计方案
另外,本文的前两章还对SAR的基本理论作了回顾,对SAR,尤其是空载SAR的发展历史、现状、趋势作了分析,文章的最后部分针对星上实时成像处理器的测试问题提出了基于Flash存储器的测试方案。