微型SAR实时成像系统的硬件设计与实现

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合成孔径雷达(SAR)技术的不断发展创新,SAR雷达系统在军事、农业、环境监测以及地图测绘等诸多领域都有极高的应用价值。近年来,大带宽SAR雷达系统的应用技术研究已成为当前科学领域的研究热点之一,因为在合成孔径成像原理中,雷达发射带宽与分辨率成正比的特征,提高SAR雷达发射信号带宽既提高成像分辨率。本文研制的一种LFM脉冲体制的微型SAR实时成像雷达系统,其工作带宽为500MHz,具有重量轻、体积小等特点,成像处理快且具有较高的成像分辨率。该系统主要用于装载在小型无人机上,可实现对地大场景的高分辨实时成像,在安防领域中具有极大的使用价值。本文主要以微型SAR实时成像系统的硬件设计方法为研究重点,实现了一套基于FPGA+POWERPC架构的LFM脉冲SAR雷达,文章主要包括以下内容:论述了LFM线性调频波雷达的相关理论,并根据理论分析了微型SAR实时成像系统的主要参数指标。设计了一种相对延迟可调的双相干源的设计结构,系统可灵活应用于对不同距离、不同场景大小目标的成像。在雷达信号发射端,系统采用了两种LFM扫频设计方案:一种是DDS+DAC基带小带宽的LFM扫频的设计方式,该方案在FPGA平台上设计了一种二倍采样速率的DDS扫频源系统解决了单个DDS工作频率受限的问题;另一种是采用专用DDS芯片AD9914产生基带大带宽LFM扫频的设计方式,该方案在FPGA平台上设计AD9914的控制电路模块,通过对AD9914参数配置实现LFM扫频。在雷达信号接收端,根据DDC数字下变频理论,本文设计了一种基于CORDIC旋转的正交混频器和一个10级半带滤波抽取结构。基于CORDIC旋转的正交混频器的设计避免了在FPGA平台上使用复杂的乘法运算,而10级半带滤波抽取结构可以使系统灵活地根据回波信号带宽选择速率匹配的数据流。最后,对整个微型SAR实时成像系统进行联调测试,对LFM信号的频谱线性度、点目标距离探测、目标成像等进行了验证。
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