高分辨率机载sar两维自聚焦处理及fpga实现

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1、中图分类号：TN957论文编号：102870416-S053学科分类号：081002硕士学位论文高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现研究生姓名郭江哲学科、专业通信与信息系统研究方向雷达信号处理指导教师朱岱寅教授南京航空航天大学研究生院电子信息工程学院二О一六年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofElectronicsandInformationEngineeringTwo-DimensionalAutofocusingforHigh-Resolu

2、tionAirborneSARanditsImplementationonFPGAAThesisinCommunicationandInformationSystembyGuoJiangzheAdvisedbyProf.ZhuDaiyinSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2016承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰

3、写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学硕士学位论文摘要合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，SAR）是一种主动式探测系统，它工作不受时间、气候条件限制，而且探测距离远、范围大，在军民领域获得广泛的应用与发展。由于SAR成像质量与回波相位紧密相关，需要进一步采用自聚焦技术估计并补偿其相位误差，以获

4、得高分辨SAR图像。另一方面现场可编程门阵列（FPGA）以其在体积、处理效率、功耗、可靠性等方面的优势，被越来越多地应用在SAR成像信号处理系统。本文主要研究SAR自聚焦算法以及算法的FPGA的实现。本文首先介绍SAR自聚焦背景及意义、发展历史及现状，概括了本文的内容结构。然后分析了相位梯度自聚焦（PGA）算法的原理及步骤。针对长相干处理间隔条件下较大高阶相位误差造成的PGA性能下降问题，讨论了一种结合PGA算法和子孔径偏移（MD）算法的多子孔径自聚焦算法（PGA-MD），算法通过划分方位子孔径避免了高阶相位误差，并利用PGA和MD算法保证了子孔径相位误差函数的估

5、计及拼接精度。后面指出SAR相位误差本质上一种两维的误差，研究一种极坐标格式算法（PFA）下的两维自聚焦算法。通过分析极坐标格式转换对残留误差的影响，得到一维方位相位误差和两维相位误差的映射关系，并基于这种关系将两维误差估计问题转化成一维估计/两维校正问题，从而提高了算法的运算精度和效率。接着介绍了图像域分块PGA方法，以此抑制空变误差的影响。为了在FPGA上实现自聚焦处理系统，首先拟定了一种两维自聚焦处理方案。然后对系统进行整体架构设计，将自聚焦处理系统分成3个部分：自聚焦算法单元模块、数据读写模块和聚焦参数配置模块。具体分析了PGA子模块，Sinc插值子模块和

6、互相关子模块等几个主要功能模块及算法处理主控制模块，并对算法到FPGA的映射进行了优化；阐述了基于DDR3SDRAM的数据存储与转置模块，分析了转置存储方案的效率并完成用户接口设计；介绍了参数配置模块。为了验证FPGA实现自聚焦算法的正确性，搭建了以主机、以太网、FPGA和DDR3SDRAM为主体的验证系统框架。主要从网络的分层模型出发，介绍了一种基于以太网的数据通信模块，实现了主机与开发板的数据通信。然后对自聚焦处理系统的聚焦效果、处理精度、处理效率和资源使用率进行了分析。实验结果表明本次基于FPGA的自聚焦处理系统能够非常明显地改善图像质量，处理精度、实时性都

7、能满足要求。最后总结本文工作并提出未来改进方向。关键词：合成孔径雷达，自聚焦算法，两维相位误差，现场可编辑门阵列，实时处理i高分辨率机载SAR两维自聚焦处理及FPGA实现ABSTRACTSyntheticApertureRadar(SAR),asakindofactivedetectingsystem,hasbeenappliedanddevelopedextensivelyforitscharacteristicofall-time,all-weather,far-distanceandlarge-coverage.Autofocusingtechniqueis

8、ofgre