RD算法研究和关键模块的硬件实现

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1、RD算法研究和关键模块的硬件实现ResearchandHardwareImplementationofKeyModuleForRDImagingAlgorithm学科专业：微电子学与固体电子学研究生：沈耀坡指导教师：梁煜副教授天津大学微电子学院二零一七年十一月摘要合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar，SAR），又称为综合孔径雷达，是一种主动微波遥感成像雷达，能获得高分辨率的二维SAR图像。由于SAR是通过发射电磁波并接收探测区域目标的回波来获得雷达图像，与传统的红外、光学等成像手段相比，具有很多优越的特性，比如全天时全天候工作，穿透性强，成像分辨率高等，因此SAR在军

2、事与民用中都具有较高的实用价值。另外，随着SAR系统向多极化，实时化的方向发展，雷达接收的回波数据量越来越大，成像时间越来越短，传统的数字信号处理器已经不能满足实时成像系统的要求。鉴于此，本文对SAR成像算法及实时成像系统进行了深入研究。首先，本文简要介绍了SAR成像系统的基本原理，然后阐述了SAR获得高分辨率的原因，并分析了SAR关键模块“脉冲压缩”的条件和原理。然后，利用Matlab对机载SAR以侧视条带方式扫描地面点目标的场景进行了建模，在时域进行回波模型分析并生成了SAR回波数据；并对距离多普勒（RangeDoppler，RD）成像算法进行了建模，最后将SAR回波数据通过RD模型进

3、行成像处理。成像结果显示，在正侧视情况下，本文搭建的SAR成像系统模型的成像效果良好。另外，本文设计并实现了RD成像算法中的关键模块“脉冲压缩模块”。首选对其中的关键单元快速傅里叶变换（FastFourierTransform，FFT）和复数乘法器分别进行了设计与实现，选用频域抽取基22单路延迟反馈结构FFT算法设计了FFT的整体硬件电路架构；然后改进了传统蝶形运算单元的电路结构，使其硬件资源消耗降低为原设计的一半；最后设计并改进了复数乘法器，用二阶Booth复数乘法器代替了传统复数乘法器，使部分积数目降低为原来的一半，大大减小了硬件资源消耗并缩短了关键路径；另外设计了三种新型常复数乘法器

4、：CSD复数乘法器、“系数放大”复数乘法器和“系数放大与选择”复数乘法器，与传统旋转因子复数乘法器相比，新型复数乘法器大大降低了硬件资源消耗，提高了系统性能。最后使用VerilogHDL硬件描述语言描述了FFT单元和脉冲压缩模块，通过ISE进行功能仿真，再用Matlab进行了模块功能验证，验证结果显示FFT单元和脉冲压缩模块功能均正确无误；另外改进后的FFT和脉冲压缩模块相对于两者的传统结构在硬件资源上节省了约五分之二。关键词：合成孔径雷达，RD成像算法，脉冲压缩，FFTIABSTRACTSyntheticApertureRadar(SAR)isanactivemicrowaveremot

5、esensingimagingradar,whichcanobtainhighresolutiontwo-dimensionalSARimages.TheSARcanobtaintheradarimagebytransmittingelectromagneticwaveandreceivingtheecho.Comparedwiththeinfrared,opticalandothertraditionalimagingmethods,ithasmanyadvantages,suchasall-day,all-weather,penetratingandhighresolution.SoS

6、ARhashighpracticalvalueinmilitaryandcivilapplications.Inaddition,withthedevelopmentofSARsysteminmultipolarizationandreal-time,echodataismoreandtheprocessingtimeisshorter.Sothetraditionaldigitalsignalprocessorcan’tmeettherequirementsofreal-timeimagingsystem.SotheimagingalgorithmofSARisdeeplystudied

7、inthispaper.Firstly,IintroducethebasicprincipleofSARimagingsystem,andexplainthereasonwhySARcangethighresolutioninbothrangeandazimuth.Thenlinearfrequencymodulationsignalanditscharacteristics,theprocessofmatchedfil