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星上SAR实时成像处理关键技术研究

刘小宁  
【摘要】:随着星载SAR成像技术的不断进步和应用需求的增加,在星上完成SAR实时成像处理已成为一种发展趋势。星载SAR成像算法复杂、处理量大,在星上环境对系统体积、重量、功耗的严格约束下,星上SAR处理系统的实时性难以保证。为了在单片FPGA上实现星载SAR成像所有处理流程,构建星上SAR实时成像处理系统,本文重点研究了星载SAR成像算法的实时性优化、SAR成像处理矩阵转置存储方法以及星载SAR成像算法中的多种超越函数的实现。论文主要工作及创新成果如下:1.对星载SAR成像算法、星上SAR实时成像核心处理器和系统架构进行研究。选择了以FPGA为核心处理器实现CS成像算法作为构建星上SAR实时成像处理系统的技术途径,提出了标准化、模块化、可扩展的星上SAR实时成像处理系统架构。2.针对星载SAR成像算法在FPGA实现中遇到的运算量大、实时性不足等问题,对多普勒参数估计方法进行选择和优化,研究了相位补偿因子对成像精度和实时性的影响,提出了一种补偿因子区域不变的CS成像算法。该方法在保证星载SAR算法成像质量的前提下,能够有效减小补偿因子的计算量,提高SAR成像算法处理效率。3.针对SAR成像处理过程中转置存储器的数据访问效率过低的问题,对SAR成像处理矩阵转置存储方法进行研究,提出了矩阵分块三维映射法和矩阵分块交叉映射法。这两种转置存储方法充分利用了转置存储器的数据访问时序特性,能够有效提高SAR成像处理过程中转置存储器的数据访问效率,提高SAR成像处理实时性。4.针对星载SAR成像算法中多种超越运算的FPGA实现占用资源过大的问题,对实现正余弦、反正切函数的传统CORDIC算法进行了角度覆盖范围、硬件资源、运算精度等方面的优化和改进,同时对实现反正余弦函数的双迭代结构的CORDIC算法进行了改进,解决了原算法计算结果超出反正余弦函数值域的问题,进而实现了一种多模式CORDIC算法,能够实现正余弦函数和反正余弦函数运算的实时切换,在正余弦、反正余弦函数都需要的算法实现中能够有效减少硬件资源占用。5.本文最后结合各章节研究内容,在单片FPGA上实现了星载SAR成像算法所有处理流程,进而构建了星上SAR实时成像处理系统原理样机,为实现星上SAR实时成像处理奠定了技术基础。


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