国产处理器实现SAR算法

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合成孔径雷达(SAR)成像具有全天候、全天时、远距离和高分辨成像的特点,可以大大提高雷达的信息获取能力。以飞机为载体的机载SAR成像系统已在军事和民用领域被广泛应用。SAR成像处理数据量大,计算复杂,对处理系统性能要求高。且随着国产处理器的发展与国产化替代的需求,机载SAR成像算法在国产处理器实时处理的研究具有重大的实用意义。首先,本文论述机载SAR成像原理以及改进方法。首先概述机载SAR成像的几何模型与信号模型。然后介绍两种距离压缩算法:匹配滤波法与高分辨大带宽信号下的解线频调(dechirp)方法的原理与实现方法。然后介绍通过后向投影(BP)算法进行方位聚焦的原理以及改进的算法实现方式。最后,针对平台的运动误差,分析基于惯导设备信息以及基于相位梯度自聚焦(PGA)算法的运动补偿方法,并提出三步运动补偿法。其次,本文针对改善SAR成像后的图像观感,解决图像在观测域、亮度、分辨率和连续性上的问题,分析了几何矫正、亮度均衡、多视量化和图像拼接的算法原理和实现方法。随后,本文详细论述机载SAR成像在国产处理器平台上的实现方案。首先介绍全国产硬件平台拓补结构以及国产数字信号处理器(DSP)和国产现场可编程门阵列(FPGA)的资源。然后设计了DSP的算法实现方案,包括多DSP的并行处理流程控制,DSP的多核并行处理控制方法,通过cache与DMA的快速数据存取方法,快速矩阵实现方法以及通过FFT加速器与内核联合处理的快速FFT实现方法,并给出性能对比与效果分析,接着提出FPGA的系统控制实现方案,包括DSP上电顺序的控制,DSP的初始化配置控制、原始数据打包转发功能、多片处理器高速数据交换等功能的实现方法。最后,通过实测数据实验验证整套系统,对比分析不同算法步骤的实现效果与对成像结果的影响。首先对比基于惯导信息与PGA的运动补偿效果,验证三步运动补偿法的有效性;然后对比通过chirp-z变换(CZT)实现插值与直接插值的效果,得出通过CZT快速实现距离徙动矫正(RCMC)的有效性;接着通过实测图像的观感分析,验证几何矫正、亮度均衡、多视量化与图像拼接算法的效果。最后给出整机系统的完整成像效果图。
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