[发明专利]一种高帧率视频SAR实时成像处理装置及方法

说明书

本发明公开了一种高帧率视频SAR实时成像处理装置及方法，产生中频模拟信号，经处理得到发射信号；回波信号经下变频处理、信号采集预处理，得到零中频基带信号；该信号分为两路相同数据，一路进行数据存储，另一路进行实时成像处理；实时信号处理模块接收到一路零中频基带信号，信号经距离向FFT、距离向去斜、距离‑多普勒算法、运动误差估计及补偿处理，得到实时成像结果。本发明一种高帧率视频SAR实时成像处理装置及方法，在对信号处理过程中，算法均采用并行处理，同时优化硬件系统设计，既保证了算法处理的正确性和划分的高效性，也与硬件系统相匹配，对视频SAR的机载和星载实时成像及后续的目标检测和跟踪的实现提供了基础。

技术领域

本发明属于雷达成像和信号处理技术领域，特别是涉及一种高帧率视频SAR实时成像处理装置及方法。

背景技术

合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）是一种能够适应恶劣环境，具有传统光学成像和红外遥感不具备的全天时全天候工作的特点的高分辨率成像雷达， SAR的独特优势使其在测绘、军事、灾害、地质、农业、林业等领域具有很高的实际应用价值。

随着SAR成像技术的不断发展，传统 SAR成像由于图像帧更新速率太小，只能得到静态的目标图像，因此无法获取场景中运动目标的运动轨迹、速度等相关信息，甚至无法通过静止图像区分场景静止目标与动态目标，但是运动目标成像也具有重要的价值。近几年视频SAR成像这一概念被提出，视频SAR可以形成高帧率的连续帧图像，有效的扩展了时间维的信息，具有更强的动态信息获取能力。

目前，国内关于视频SAR的研究尚处于起步阶段，其主要研究热点是如何实时的获取高分辨率连续图像，然而，其成像帧率高、数据吞吐率大的特点对信号处理系统的处理能力、传输带宽和实时成像处理的实现提出了较高的要求。视频SAR实时成像处理技术的实现主要难点在于雷达硬件和系统实时信号处理能力。目前在视频SAR实时成像处理技术领域的研究主要有四种：一种是基于CPU处理芯片的PC机计算平台处理系统，CPU主频高，兼容性强，但是CPU对数据操作为流水线型顺序处理，设备功耗高、体积大的问题，很难用于实时信号处理领域；第二种是基于DSP的实时处理系统：视频SAR回波数据量大，数据率要求高，DSP处理系统的运算资源有限，工作主频低且无法实现高速率的并行计算，更无法满足大点数、高帧率的实时成像处理；第三种是基于GPU计算平台的实时处理系统，基于GPU计算平台的实时处理系统由于功耗高，耗费计算资源量大等问题，不适用于无人飞行探测平台或星载探测平台的使用；第四种是基于FPGA的并行实时处理系统，FPGA采用并行处理方式，运算速度快、功耗低，能够满足视频SAR实时处理系统高数据吞吐率，高帧率实时处理的要求，但是这需要整个系统的配合和优化设计，且需要高效的实时SAR成像算法硬件实现，仅靠传统的基于FPGA的实时处理系统无法满足设计要求，难以实现较好的高帧率视频SAR成像处理。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种高帧率视频SAR实时成像处理装置及方法，在对信号处理过程中，距离-多普勒算法和图像偏移算法均采用并行处理，这样的并行化处理方式保证了数据流动起来，同时优化硬件系统设计，将算法在一块FPGA得到了实现，既保证了算法处理的正确性和划分的高效性，也与硬件系统中系统资源、处理能力相匹配；对视频SAR的机载和星载实时成像以及后续的目标检测和跟踪的实现提供了基础，解决了现有技术中存在的视频SAR实时处理在大成像场景、高帧率情况下实时性差、处理效率低和数据吞吐率低的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种高帧率视频SAR实时成像处理方法，包括以下步骤：

步骤S1，产生中频模拟信号，雷达发射机前端接收再经混频、滤波、放大处理，得到发射信号，向观测区域发射；射频模拟信号反射后传回雷达的接收天线，作为回波信号；回波信号经下变频处理、信号采集预处理，得到零中频基带信号；

步骤S2，零中频基带信号分为两路相同数据，一路发送至高速固态存储模块进行数据存储，另一路传输至实时信号处理模块进行实时成像处理；