[发明专利]微型调频连续波实时SAR成像系统

说明书

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，更进一步涉及数字信号处理技术领域中的一种微型调频连续波实时SAR成像系统。本发明利用FPGA实现基于调频连续波的实时合成孔径雷达(Synthetic aperture radar SAR)成像技术，可实现在雷达、导弹、遥感等领域中进行数据实时采集、处理以及高分辨率成像。

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，短程实时SAR成像系统成为了各国探索和发展的热点。实时SAR成像系统需要在保证高成像质量的前提下尽量减小体积、重量和功耗。实时SAR成像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。

西安电子科技大学提出的专利申请“基于FPGA的调频连续波小型SAR成像系统”(专利申请号201210011013.X，公开号CN102590811A)公开了一种实时SAR成像系统。该系统包括雷达前端、采集预处理单元.信号处理单元、接收主机四部分。雷达前端发射调频连续波，接收目标反射的回波并将回波传送至采集预处理单元，采集预处理单元将雷达回波转换成数字信号并将数字信号传送至信号处理单元，信号处理单元将数字信号处理，得出成像数据，将成像数据传送至接收主机，接收主机将成像数据绘图并在显示器上显示实时图像。该专利申请仍然存在的不足是：首先，由于该系统使用两片信号处理板，集成了FPGA与DSP两种信号处理器，由此导致系统结构复杂、体积大、功耗高。其次，该系统使用两片信号处理板，信号处理板之间通过接插件连接，处理板与处理板之间传输数据时容易受到外界干扰，而造成数据失真。再次，该系统使用FPGA与DSP依次对数据进行处理，处理过程时间较长，造成数据延时较大，实时性较低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种基于FPGA的微型调频连续波实时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片FPGA、DSP或多个板卡，减小了系统的体积、重量和功耗，能够完成在无人机或小型航天器平台上实现每秒生成一幅分辨率为0.5m×0.5m，大小为2048×2048的实时图像。

本发明包括雷达前端、A/D采集模块、FPGA主控模块、命令通信模块、数据发送模块、数据存储模块和接收主机；所述的雷达前端通过SMA接口连接A/D采集模块。所述的A/D采集模块通过LVDS接口连接FPGA主控模块，所述的命令通信模块通过航空接插件连接雷达前端，所述的FPGA主控模块通过数字接口连接数据发送模块，所述的数据存储模块通过数字接口连接FPGA主控模块，所述的数据发送模块通过数字接口连接FPGA主控模块，所述的接收主机通过差分串口连接数据发送模块。

所述的雷达前端，用于发射调频连续波，接收目标反射回波并传送至A/D采集模块，将惯性导航信息传送至命令通信模块，并接收命令通信模块回传的指令。

所述的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，将其转变成数字信号，并将采样后的数据送给FPGA主控模块进行处理。

所述的命令通信模块，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。

所述的FPGA主控模块，用于完成数据整理功能、命令解算功能、距离向脉冲压缩功能和成像运算功能；数据整理功能实现对接收到的数字化回波信号进行整理，命令解算功能实现对接收到的惯性导航参数进行串并转换、校验，距离向脉冲压缩功能实现根据处理后的导航参数完成距离向脉冲压缩，成像运算功能实现对距离向脉冲压一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。

所述的数据存储模块，用于存储FPGA主控模块生成的临时数据。

所述的数据发送模块，用于接收FPGA主控模块传送来的图像数据，并将数据通过一对串口差分数据线发送至接收主机。

所述的接收主机，用于接收成像结果数据，通过界面显示程序对接收到的成像数据进行绘图，并在显示器上实时显示图像。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，本发明的控制和信号处理以FPGA为核心，完成距离向脉冲压缩，多普勒调频率运算、多普勒中心估计和方位向脉冲压缩，充分利用了FPGA并行运算能力强的特点，克服了现有技术由于使用多片FPGA、多个DSP、多块板卡而造成的系统结构繁杂、体积较大、功耗高的缺点，使得本发明结构简单，体积较小，功耗低，硬件可靠性增强。