基于空间目标ISAR成像实时信号处理技术研究

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雷达通过发射宽带信号可以获得目标的高分辨一维像,然而一维距离像本质上是目标散射点在雷达视线上的投影分布,所以一维距离像携带的信息不够充分且对目标的姿态变化敏感。但逆合成孔径雷达(ISAR)利用目标与雷达之间的相对运动提高横向分辨率,从而将目标距离上重合的点分开,极大的提高了目标的信息量,进而可以获得目标大小、形状及姿态等细节信息。所以,ISAR成像技术一直是人们研究的热点。本文主要研究了基于空间目标的ISAR成像实时信号处理技术。针对ISAR成像处理过程复杂而且实时性要求高的问题,本文主要从算法和工程实现两个方面解决。首先在成像算法方面,针对空中目标运动速度过快造成回波距离脉压后包络倾斜过大,进而导致工程化处理效率过低的问题,本文提出了一种基于窄带信息的包络粗补偿方法。利用窄带信息提供的速度和加速度构造补偿函数,对回波进行相位补偿然后再沿距离向进行数据截取,从而减少数据量,提高了工程处理效率。另外,在对ISAR图像进行方位定标时,针对传统定标方法复杂度高的问题,本文提出了一种基于单幅图像的方位定标方法,通过提取散射点相位信息,根据不同时间段的相位斜率关系计算目标的转动角速度,进而得到目标的方位尺寸。在具体工程实现方面,从三个角度出发来满足系统实时性要求:一是芯片选型,FPGA选用XC7VX690T,DSP选用TMS320C6678,这两种芯片都是性能极高的芯片,在提高成像质量的同时,极大的提高了信号处理速度;二是信号处理流程,本文采用以4片DSP为核心的信号处理方案:FPGA进行RVP校正和距离脉压等算法预处理,DSP进行后续的成像算法处理,同时DSP部分采用DSP1、DSP2和DSP3之间流水处理,DSP3和DSP4乒乓处理的软件架构。这种方案有效的利用硬件资源,提高了信号处理效率;三是算法处理,本文通过对每片DSP进行合理的核间任务分配,充分利用TMS320C6678芯片8核的优势,使每个算法模块都能进行并行处理,极大的缩短了系统的成像时间。最后,通过对点目标和面目标成像,验证了本文ISAR成像系统的可靠性和实时性。
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