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SAR回波信号模拟快速并行算法与工程实现方法

陈露露  
【摘要】:合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种能实现高分辨、远距离、广范围的成像雷达,具有很高的军事应用价值,是近些年来雷达研究的热点。SAR回波数据多用来评估系统设计、成像和参数指标。实测SAR回波数据多需要飞机(机载)或卫星(星载)运载雷达获得对地回波。然而,高飞行成本使得雷达系统的测试成本较高。所以,为了降低成本,研制出一种SAR回波信号模拟源来模拟获得所需的回波数据是一种有效的途径。传统的SAR应用于侦查领域,回波数据只需要在单次仿真任务确定后生成即可,对回波仿真的时间没有严格的要求,目前存在的SAR回波模拟器主要有SARSIM和SARAS等。大多数的回波模拟器都是基于PC平台的模拟,虽然能保证回波模拟的精度,但是回波模拟的时间远不能满足实时性的要求。随着SAR应用领域的不断扩展,SAR开始被应用于组合导航控制中,SAR仿真参与闭环仿真实验中,SAR模拟器需要根据实时提供的雷达飞行航迹,实时的提供回波信号,以供闭环仿真中的反馈控制使用[1]。很显然,传统的PC机和工作站平台的SAR模拟系统,由于其在模拟效率、数据传输和数据形式上的劣势,无法应用在实时仿真的环境中。因此,本文致力于提出快速并行SAR回波信号模拟算法与工程实现方法。高重频弹载SAR回波信号模拟的数据量大,对处理的实时性要求很高。以此为背景,本文研究实时性要求极高的回波模拟方案设计。以减少运算量和提高工程化并行度为目的,本文又完成了一系列算法改进及工程优化工作。首先,为减少计算量,研究计算量较少且模拟精度足够高的同心圆算法,给出其基本原理并分析工程化实现流程。其次,为实现并行工作,研究雷达工作在不同模式时合理有效的对地面场景的分块方法及数据组织存储方法。再次,合理选取芯片实现芯片间并行对各子场景回波模拟,本文选用FPGA芯片及DSP芯片,给出各芯片的各个工作步骤时序、计算量并分析芯片的实时运算能力。为定量分析本文方法的实时模拟能力,本文以实际的SAR系统工作参数为例,分析了10KHz重频下的天线照射地面场景的回波模拟所需要的时间。特别地,考虑到地面高低起伏会带来阴影,本文讨论了根据DEM数据计算阴影信息的方法。最后,通过对比软件模拟和硬件工程模拟的结果验证算法工程化实现的精度。尤其得,通过利用模拟的回波成像并分析成像质量,有力地验证了算法及工程化的有效性。


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