无人机载雷达SAR/GMTI实时信号处理设计

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无人机载雷达系统既可以对探测区域进行高分辨率成像,又能对区域内动目标进行检测,在军事和民用领域具有极大的发展空间。由于无人机体型小,受气流影响严重,运动非常不平稳,对运动补偿算法的要求很高,因而SAR/GMTI实时信号处理具有回波数据量大、算法计算复杂、实时性要求高等特点,对于如何设计实现适用于无人机载平台的高性能实时信号处理系统已经成为信号处理研究的热门之一。本文设计的实时信号处理模块作为某无人机载雷达系统的核心,由3个DSP芯片和1个FPGA芯片组成,通过改进算法到DSP的映射实现,能够满足SAR/GMTI实时信号处理的要求。本文的主要内容如下:首先本文在距离-多普勒(Range-Doppler,R-D)条带SAR成像算法的基础上提出了一种改进的R-D成像算法,给出了改进后算法的软件实现方法,具体实现流程包括运动补偿、两次方位向调频率估计、徙动校正、方位压缩、方位等间距插值和地斜校正等模块。然后在极坐标格式(Polar Format Algorithm,PFA)聚束SAR成像算法的基础上提出了一种利用点乘线性相位的方式代替插值实现距离向重采样的PFA算法,给出了改进后算法的软件实现方法,具体实现流程包括运动补偿、PGA估计、方位向插值、调频率估计和距离几何校正等模块。同时提出了一种基于片内L2内存空间的PGA估计方法,该方法可以在数据距离向连续时使用,减少矩阵转置带来的时耗,在进行迭代相位估计时将所有需要计算的方位向数据预先存到L2中,防止数据重复读取,与原PGA方法相比,运算速度提升了37.5%。接着本文研究了动目标检测中的关键技术包括杂波对消、恒虚警检测和DBS成像原理,设计实现了适用于参差PRF和固定PRF多种扫描方式的GMTI点迹生成处理和DBS成像,具体实现流程包括运动补偿、方位FFT、恒虚警检测、参数估计、点迹凝聚等模块。最后针对多片DSP与FPGA之间的通信,给出了一种SRIO中断服务程序设计方法,在中断中实时完成了数据搬移和惯导参数的补偿。此外为了方便雷达系统设备进行升级维护,本文还提出了一种基于网口的DSP程序固化软件实现方法。经过多次飞行试验对无人机载SAR/GMTI实时信号处理系统的各个模块进行了充分验证,对得到的SAR图像和动目标的点迹信息进行分析,其分辨率等指标均符合项目要求,验证了设计的可行性。
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