基于多核DSP的星载双基FMCW SAR成像算法实现

调频连续波(frequency modulated continuous wave,FMCW)合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)降低了传感器的峰值传输功率,使系统的重量和成本最小化,被广泛应用于机载平台。将双基地构型与FMCW技术相结合,应用于星载平台,即构成星载双基地FMCW SAR。本文对距离多普勒(range-Doppler,RD)算法进行改进,建立起一种高性能的适宜星载双基地平台的FMCW SAR成像频域算法,这种算法的处理精度明显提高,成像效果更好。基于多核数字信号处理器(digital signal processor,DSP)构建适用于星载双基SAR成像算法的并行处理架构,完成软硬件设计实现。验证了所提软件架构可以满足实时成像需求,以及算法工程化实现的可行性。

基于反正弦圆环天线阵列的二维成像

雷达成像技术可获得目标的丰富特征信息,从而为目标识别提供重要依据。涡旋电磁波雷达成像技术可获得相对静止目标的高分辨率二维像,是成像领域的研究热点之一。为获得更高的成像质量,利用反正弦圆环天线阵列获得雷达波束内的方位角分辨能力,提出了一种基于反正弦圆环天线阵列的二维成像算法。利用半个圆环天线阵列,获得与涡旋电磁波雷达成像技术相近的方位角分辨率,并降低了旁瓣高度。对回波进行Dechirp处理,获得一维距离像;在此基础上,构建参考信号,通过信号间的共轭相乘将相位中的余弦函数变为线性函数;将回波累加,获得目标二维像。仿真分析了阵元个数和波束宽度对方位角分辨率的影响,并与涡旋电磁波雷达成像算法对比,验证了所提算法的有效性和鲁棒性。

一种改进的补偿因子区域不变CS算法及Simulink模型建模

相位补偿因子、距离向补偿因子和方位向补偿因子的产生是合成孔径雷达实时CS(Chirp Scaling,调频变标)算法中的关键。针对一种现有的补偿因子区域不变CS算法进行了改进,对于更新步长内各单元的统一补偿因子,采用该区域内所有单元频率平均值对应的补偿因子,代替原来使用的第一个单元对应的补偿因子,使得最终的补偿结果相比于原有算法更加均匀,计算量与原有算法相当。经过Matlab仿真验证,改进算法的成像指标得到提升。为便于生成FPGA代码,采用Simulink工具搭建了用于生成改进算法中三种补偿因子的模型。将Simulink模型输出的代码加载到Vivado软件中,对Vivado输出的补偿因子与由Matlab输出的精确补偿因子进行了对比,精度满足要求,验证了所搭建Simulink模型的准确性。

基于成像特性与回归网络的卫星目标姿态估计

基于逆合成孔径雷达(ISAR)图像序列的卫星目标姿态估计是一项具有重大意义且富有挑战性的任务。现有的估计方法通常是基于图像中关键角点或线性部件的提取,较难满足实时需求,且都未能充分利用目标成像特性先验。本文提出一种基于成像特性与回归网络的卫星目标姿态估计方法:提前确定各种姿态下的卫星目标成像特性,并作为后续数据集标注的理论基础;区别于传统的分类问题,建立一种适用于姿态估计的回归网络与估计框架。采用毫米波频段的电测仿真计算数据对所提方法进行验证,结果表明,单张图像中估计的平均姿态误差可以控制在3.5°以内。

基于参数估计与子孔径提取的船舶ISAR实时成像算法

机载逆合成孔径雷达(ISAR)成像是在远距离、全天时、全天候条件下对动态船舶进行微波成像和目标分类的关键技术。长时间累积可以带来更好的ISAR图像信噪比和信杂比,但船舶的摇摆等未知运动会显著影响长时间聚焦效果。对此,提出一种结合船舶运动参数估计与子孔径搜索的船舶成像实时处理方法。在平动补偿的基础上,根据船舶多普勒展宽、中心线斜率的变化曲线和散射点时频曲线估计船舶的旋转运动参数,实时提取最佳成像孔径,结合参数估计进行极坐标格式化和转动补偿,获取清晰的船舶图像。在不同实测数据集上进行对比验证,结果表明,相较传统成像方法,本文方法可以有效提升长周期聚焦处理的效果,实时获取高分辨率的ISAR船舶图像。

基于GPU的长轨SAR实时成像算法

为了满足长轨道超高分辨W波段合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)的快速成像需求,本文提出了一种基于图形处理器(Graphics processing unit,GPU)的ω-K实时成像算法,该算法采用并行架构和双流多线程的处理方式。默认流沿着物理原理的方向进行数据处理,首先对距离补偿、误差校正和补零等操作进行并行化处理,然后采用一层嵌套的插值方式,通过维持上下层的依赖关系和同步管理就能达到约30的加速比。阻塞流与默认流同时启动,生成默认流所需的参数和函数,并在执行前将其存入显存,极大地缩小了算法的运行时间,同时通过在默认流上设置事件以保持双流的同步并行执行。实验结果表明,算法总的加速比可达13左右,幅值和相位相对误差趋近0,不仅具有良好的实时性、聚焦性,还保持了良好的成像效果。

SAR实时成像处理平台的设计与实现

针对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,SAR)实时成像处理中数据量大、数据吞吐率高、成像算法实现复杂等特点,提出了一种适合于SAR实时成像处理的共享存储器的分布式耦合系统架构,设计了高分辨率SAR实时成像中大IO带宽、高处理能力、大存储容量等解决方案。给出了详细的硬件实现以及成像处理平台的测试结果,并用实测雷达回波数据进行了实时成像验证。

合成孔径声呐并行实时处理研究

该文论述了合成孔径声呐(Synthetic Aperture Sonar,SAS)系统的图像重建算法选择、参数选择和并行处理方式,并提出一种基于 SHARC信号处理机 SAS实时成像实现方法,结合自行研制的原理样机中信号处理系统特点,采用两级流水线:第一级利用空间采样间隔时间做序贯处理,完成正交解调、脉冲压缩功能;第二级采用批(帧)处理完成方位聚焦。两级流水线,仅用一级(第二级)的时间开销,就完成了图像重建。为满足实时性要求,两级都采用了并行处理。

基于星上实时信号处理机的Chirp Scaling算法实现方法

基于改进的ChirpScaling算法 ,提出了一种适用于星上实时信号处理机的高效成像处理实现方法 ,其核心思想也可应用于其它高分辨率星载SAR的精确成像算法 .首先介绍了实时信号处理机的结构 ,分析了数据处理粒度及其并行流水处理结构 .在此基础上 ,针对单个粒度的成像处理重新设计了算法流程 ,提出了一种高效的实现方法 .利用实时信号处理机 ,对仿真的回波数据进行了成像处理实验 ,结果表明 :在 41s内能够完成成像处理 ,成像处理速度和图像质量满足系统设计要求 ,从而验证了该方法的有效性 .

PowerPC处理器优势及其应用研究

本文基于PowerPC7410芯片与常用DSP芯片性能的比较与分析,指出了PowerPC在大数据量、高速信号处理中的巨大优势和应用潜力,最后给出了采用PowerPC实现的SAR实时距离向压缩模块的新设计。

逆合成孔径成像激光雷达实包络成像算法

逆合成孔径激光成像雷达受激光调制技术以及回波相位信息易受大气湍流破坏的限制,采用常规的相位相干积累类方法得到目标二维高分辨图像很困难.针对这一情况,提出了一种基于逆Radon变换的实包络成像算法.利用回波距离脉冲压缩后的实包络信息,实现方位向的非相干积累,最终得到二维高分辨图像.通过该算法,成像系统可以使用非相干激光信号,在脉冲重复频率较低且存在大气湍流的情况下,也可以获得高质量的成像结果.仿真实验验证了此算法的有效性和优越性.

基于TMS320C6701高速并行信号处理平台的设计

80年代初 ,数字信号处理器 (DSP)在合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar,简称 SAR)实时成像处理中得到了应用。随着 SAR技术的发展 ,对实时成像处理器的数据处理能力提出更高要求。本文介绍了如何设计出高速并行信号处理平台来满足 SAR系统对实时成像处理器的要求 。

合成孔径与实孔径雷达谱域成像算法对比分析

讨论了合成孔径雷达(Synthetic aperture radar,SAR)和实孔径雷达(Real aperture radar,RAR)一维扫描方式下的谱域成像实现问题。文中从SAR和RAR扫描下的波数域波散关系入手,分析了这两种扫描方式下的谱域填充区域和成像分辨率,指出了二者的异同,导出了相应的成像算法。单目标和组合目标的雷达成像仿真实验验证了两种扫描方式下成像算法的有效性和理论分析结果。

基于小波和线矩的实孔径雷达图像与TM图像的匹配

为了充分利用多源遥感信息，常常需要解决不同传感器图像之间的匹配问题。为此，本文初步探讨了一种基于小波边缘检测与线矩描述的实孔径雷达图像与ＴＭ图像的匹配算法。实验结果表明：如果搜索窗口内存在较丰富的特征，该算法可以获得满意的结果。

机载SAR实时成像处理器中方位预滤波比的选取

在机载 SAR实时成像处理器中 ,方位预滤波比的选取对最终获得的方位分辨率有决定性的影响。本文首先简要介绍了方位预滤波的原理和实现 ,然后推导了最佳预滤波比的选取公式 ,接着分析了预滤波比选取过程中影响分辨率的两个制约因素 。

机载SAR实时运动补偿和成像的FPGA实现

提出一种基于现场可编程门阵列(FPGA)实现机载合成孔径雷达(SAR)实时运动补偿和成像的设计方案。该方案采用重叠子孔径算法和相位梯度自聚焦算法实现空变运动误差的补偿和成像。整个设计集成在一片Xilinx公司的Virtex-IV芯片中。该设计适用于发射线性调频信号的聚束式和条带式SAR数据处理。文中给出了详细的设计步骤,并对资源应用情况和运算速度进行了分析。最终成像结果表明,该设计方案完成了实时运动补偿及成像的功能。

一种基于脉冲压缩的机载条带SAR重叠子孔径实时成像算法

该文提出了一种基于距离向脉冲压缩体制的机载条带SAR重叠子孔径(OSA)实时成像算法,可直接应用于未采用去斜接收技术的条带机载SAR实时成像处理系统。该算法在距离向采用脉冲压缩技术、方位向采用OSA信号处理方法,能够在成像过程中完成距离徙动校正并消除空变相位误差,得到条带模式下的高分辨率图像。首先分析了条带模式SAR几何关系,然后在脉冲压缩体制下建立了回波模型并对成像流程进行了详细的数学推导,最后对运算量、存储量与成像范围进行了计算分析,对点目标数据进行了仿真,利用实时处理平台对原始数据进行了成像,验证了算法的高时效性。

逆合成孔径成像激光雷达系统设计

微波波段逆合成孔径雷达的成像分辨率受到发射信号带宽的限制,在对远距离目标、微小目标成像或提取目标精细微动特征时已不能提供足够高的距离分辨率。为解决这一问题,提出一种新体制雷达——逆合成孔径成像激光雷达,将逆合成孔径技术应用于激光波段,利用激光信号的极大带宽和极短波长实现对运动目标的超高分辨实时成像。分析了逆合成孔径成像激光雷达的高分辨原理,并结合激光信号和运动目标的特点,给出了雷达系统的初步设计方案。仿真实验证明:与利用微波信号成像的逆合成孔径雷达相比,逆合成孔径成像激光雷达能够实现对运动目标更快速、更高分辨的成像。

基于变换域稀疏压缩感知的艇载稀疏阵列天线雷达实孔径成像

该文针对飞艇平台,设计了基于组合巴克码的共形稀疏阵列,并对稀疏阵列的探测性能进行了分析。利用飞艇悬停的特点,可对前后不同时刻脉冲的实孔径成像结果进行干涉处理,去除散射单元的随机初相位,使图像在变换域稀疏。引入压缩感知方法,建立回波与变换域系数的关系,完成对地成像,可获得接近满阵阵列成效的图像质量。仿真数据处理结果验证了该方法的有效性。

机载高分辨力SAR实时运动补偿的实现

本文详细地分析了载机运动误差与回波相位的关系,提出了基于G4DSP信号处理板的机载SAR实时运动补偿方法,该方法利用G4DSP的四个CPU构成流水线处理器,采用子孔径方法分段提取回波的多普勒调频斜率,然后利用调频斜率的变化计算载机的运动误差,通过相位误差函数与方位数据的时域相乘补偿运动误差。实时信号处理机的实验表明,本文方法能实时和有效的实现机载SAR运动补偿,获得满意的成像质量。