SAR自聚焦算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、自聚焦算法是SAR(Synthetic Aperture Radar,合成孔徑雷達(dá))成像處理中的一個重要步驟,它研究的是估計經(jīng)運(yùn)動補(bǔ)償后的殘留相位誤差并進(jìn)行補(bǔ)償以提高SAR圖像的質(zhì)量,是對運(yùn)動測量單元的補(bǔ)充。因此,本文對自聚焦算法及其FPGA實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了一系列的探究。
　　第一章介紹了本文研究的背景及意義,對自聚焦算法的發(fā)展及其基于FPGA(Field Programmable Gate Array,可編程邏輯門陣列)的硬件實(shí)現(xiàn)進(jìn)行

2、了回顧與總結(jié),比較了常用的各種自聚焦算法的優(yōu)缺點(diǎn)。
　　第二章詳細(xì)分析了幾種估計一維方位相位誤差的自聚焦算法。在這一章里,首先給出了PGA算法的處理流程,分析了估計的性能;針對PGA算法收斂速度慢的缺陷,介紹了QPGA(Quality PGA)算法的原理。然后以PGA算法為基礎(chǔ),討論了處理長CPI(Coherent Processing Interval,相干處理間隔)圖像的幾種算法:PCA(Phase Curvature Aut

3、ofocus,相位曲率自聚焦),PGA-LS,PGA-MD,給出了算法的推導(dǎo)過程,算法性能分析及實(shí)測數(shù)據(jù)的處理。處理結(jié)果表明,全孔徑PGA與PCA算法處理長CPI散焦問題時是失敗的,PGA-LS和PGA-MD能夠有效的改善原始SAR圖像散焦效果。進(jìn)一步,我們對PGA-LS與PGA-MD算法進(jìn)行了比較,分析結(jié)果表明PGA-MD算法性能優(yōu)于PGA-LS。最后介紹了基于PAST(Projection Approximation Subspac

4、e Tracking,投影近似子孔徑跟蹤技術(shù))的自聚焦算法。該算法克服了基于特征分解方法的自聚焦算法計算量大的問題,且估計的精度高魯棒性好。
　　在第三章中我們介紹了一種基于先驗知識的兩維自聚焦算法。這一方法克服了第二章中幾種算法對相位誤差直接進(jìn)行估計而忽略究竟采用何種算法得到SAR圖像的缺陷,充分利用了先驗的信息,獲得了在PFA(Polar Format Algorithm,極坐標(biāo)格式算法)框架下兩維相位誤差與一維方位向相位誤差

5、的解析關(guān)系。因此,只需估計出方位向的相位誤差即可完成兩維相位誤差的估計。我們給出了這種解析關(guān)系的詳細(xì)推導(dǎo),并作了仿真驗證及實(shí)測數(shù)據(jù)的處理,處理的結(jié)果表明了本算法的有效性。
　　第四章討論了利用Xilinx公司KC705開發(fā)板(Kintex7系列FPGA)實(shí)現(xiàn)PGA與PAST兩種自聚焦算法。由于FPGA需要頻繁的從DDR3讀取數(shù)據(jù),為更方便的訪問DDR3中的二維SAR數(shù)組,設(shè)計了一種訪問DDR3的四種工作(轉(zhuǎn)置讀寫)模式的狀態(tài)機(jī),簡

6、化了接口的使用。分別設(shè)計了兩種算法的狀態(tài)機(jī)及PGA算法的一次迭代處理流程圖,兩種算法在200MHz的系統(tǒng)時鐘下以0.5s左右的時間處理了一幅2048*2048大小的SAR圖像,并對FPGA處理結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的分析,分析結(jié)果表明FPGA實(shí)現(xiàn)自聚焦算法的可行性和有效性。這為今后將自聚焦算法與基本成像算法結(jié)合起來形成一個完整的SAR實(shí)時處理系統(tǒng)奠定了基礎(chǔ)。
　　第五章對本文的兩大部分內(nèi)容,即SAR自聚焦算法研究與FPGA的硬件實(shí)現(xiàn)作了一