[发明专利]基于FPGA的调频连续波小型SAR成像系统

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，特别涉及利用FPGA实现基于调频连续波的小型SAR成像处理系统，可广泛应用于雷达、导弹、遥感等领域。

背景技术

随着合成孔径雷达SAR成像技术研究的不断深入和大规模集成电路技术的飞速发展，短程小型化SAR成像系统成为了各国探索和发展的热点。SAR系统的小型化就是在不影响成像功能的前提下尽量减小体积、重量和功耗。小型系统将有助于减少对载体的空间和负荷的需求，有利于增加载体的机动性、灵活性和续航能力，同时，也将扩展SAR的使用范围。

国外的科研机构投入很大精力对SAR的小型化进行了理论研究和技术攻关。1996年，伦敦大学在实验室内建立了用于成像研究的调频连续波FMCW SAR。2003年荷兰TUDelft大学研制了低成本、轻型FMCW SAR样机。德国EADS公司防御通信系统公司于2003年研制成功了搭载于无人机上的“MiSAR”系统。

以上实现的小型化SAR都是基于调频连续波体制。根据成像系统的波形体制选择的不同，可以分为脉冲成像系统和调频连续波成像系统。脉冲成像系统在传统的SAR成像系统中被广泛采用，国内目前实际应用的也是脉冲成像系统。脉冲成像系统的发射信号和接收信号在时间上是分开的，通过收发转换开关完成发射和接收过程的切换，脉冲式雷达的发射能量集中在一个窄脉冲内，相应的峰值功率较高。这种系统其本身有下列不足，限制了SAR小型化的发展。

1)脉冲式的雷达构造上一般较为复杂，在作用距离较远时，就需要较高的发射峰值功率，这就使得系统体积大，重量重，价格昂贵。

2)脉冲式雷达结构对载体平台的要求较高，由于其体积、重量的限制，无法搭载在小型航天器载体平台上，限制了其应用的范围。

3)在现今的SAR信号处理方案中，一般采用了以DSP芯片为主的信号处理方案，系统运算能力受限于DSP芯片，运算量巨大的SAR成像算法一般需要多片DSP、多块板卡并行处理实现。

发明内容：

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于FPGA的调频连续波FMCW小型SAR成像系统，以在满足大数据量运算需要的条件下避免使用多个DSP和多个板卡，减小系统的体积、重量和功耗，在无人机小型航天器平台上实现SAR成像。

为实现上述目的，本发明包括：

(1)雷达前端，它与采集预处理单元双向连接，用于发射调频连续波，接收目标反射回波并传送至采集预处理单元的A/D采集模块；将GPS惯性导航信息传送至采集预处理单元的命令通信模块，并接收命令通信模块回传的指令；

(2)采集预处理单元，包括：

命令通信模块，它通过J30_37ZKW_J型号的37芯航空接插件与雷达前端相连，用于接收雷达前端发送的惯性导航参数，并将FPGA反馈的增益调节信号与发射机开机指令传给雷达前端；

A/D采集模块，用于对前端的调频连续波模拟信号进行采样，将其转变成12位数字信号，将采样后的数据送给FPGA控制与运算模块进行处理；

FPGA控制与运算模块，它分别与命令通信模块双向连接，与A/D采集模块、数据接收接口、数据回放接口单向连接，用于接收AD采集模块采集到的数字化雷达回波信号和惯性导航参数，解算惯性导航参数，并根据解算后的参数完成距离向脉冲压缩，将距离向脉冲压缩的结果数据和解算后的惯性导航参数打包传给信号处理单元；

数据发送接口，用于接收FPGA控制与运算模块传送来的距离向脉冲压缩数据，并通过自定义的44针接插件传送给信号处理单元的数据接收接口；

(3)信号处理单元，包括：

数据接收接口，它通过自定义44针接插件接收采集预处理单元的数据；

FPGA控制模块，它分别与DSP运算模块双向连接，与数据接收接口及数据发送接口单向连接，用于将接收到的采集预处理单元的距离向脉冲压缩数据乒乓分配给DSP运算模块的两块TS101芯片，并接收DSP运算模块回传的成像结果数据，进行数据的并串转换、添加帧头和添加帧尾，组成数据包，将数据包传送至数据发送接口；

DSP运算模块，它通过总线流水协议与FPGA芯片实现双向连接，用于接收FPGA控制模块发送的距离向脉冲压缩数据，并对距离向脉冲压缩数据进行多普勒调频率运算、多普勒中心估计和方位向脉冲压缩处理，以获得成像结果数据，将成像结果数据回传至FPGA控制模块；

数据发送接口，用于接收FPGA控制模块发送的成像结果数据，并将成像结果数据发送至接收主机；