机载SAR实时处理机的硬件设计与实现

论文摘要

合成孔径雷达（SAR）是一种具有高分辨力的成像雷达,具有全天时和全天候工作能力,随着SAR技术的发展,其分辨力越来越高,被广泛应用于民用和军事领域。实时成像雷达是目前各国研究的热点领域,但是其数据量和运算量庞大的特点给SAR实时处理机的硬件设计提出了很高的要求。随着数字信号处理（DSP）技术的发展,研制出具有实时处理能力的高分辨力SAR成像处理机成为了可能。当前使用比较广泛的SAR实时处理机平台是基于FPGA或DSP,这两种设计方案都有各自的优点。本文将依据具体的科研项目,详细介绍基于FPGA的SAR实时处理机的硬件实现,然后简要介绍一下基于DSP的实时处理机设计。具体的研究内容包括以下几个方面:1.根据SAR实时成像算法和系统参数要求,采用基于四片FPGA的设计方案,每片FPGA分别负责成像处理算法中的一步。2.详细介绍基于FPGA的距离压缩和方位压缩算法的软件实现,主要包括利用Altera公司的FFT核完成压缩处理中的FFT/IFFT,PCI本地总线的时序控制和各PCB板之间的数据传输。3.详细介绍压缩处理板的硬件设计及测试结果,包括芯片选型,FPGA内部资源的分配、FPGA的配置、PCI端口的设计、电源设计、板间并行数据端口的设计等。4.简要介绍一种基于ADSP-TS203S的SAR实时处理机设计方案。本项目基于FPGA完成了SAR实时处理机的硬件设计与实现,具有较高的民用和军用价值。本文的工作是整个项目的核心部分,对课题的顺利完成起到了重要作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 合成孔径雷达基本概念
• 1.2 合成孔径雷达的技术特点及应用
• 1.2.1 合成孔径雷达的技术特点
• 1.2.2 合成孔径雷达的应用
• 1.3 合成孔径雷达发展的历史和现状
• 1.4 研究意义和内容
• 1.5 论文的内容安排
• 第二章 SAR 实时处理机的理论基础及硬件框架
• 2.1 SAR 实时处理机的理论模型
• 2.1.1 SAR 成像理论
• 2.1.2 SAR 实时处理系统理论
• 2.1.3 距离向与方位向压缩处理
• 2.2 SAR 实时处理机的成像过程
• 2.3 系统参数及硬件框架
• 2.3.1 系统参数
• 2.3.2 系统运算量与处理时间估计
• 2.3.3 硬件系统框架
• 2.3.4 A/D 采样板
• 2.3.5 矩阵转置处理
• 第三章 压缩处理的软件实现
• 3.1 系统模块划分
• 3.2 FFT 模块设计
• 3.2.1 Altera FFT IP core
• 3.2.2 FFT 处理模块及各管脚定义
• 3.2.3 FFT 处理模块资源消耗
• 3.2.4 FFT 模块输入输出时序
• 3.2.5 FFT 处理模块的累加指数
• 3.3 乘法器模块
• 3.4 PCB 板与主机接口
• 3.4.1 PCI 总线介绍
• 3.4.2 PCI 桥接设备
• 3.4.3 PCI 本地端的读写控制
• 3.5 板间传输
• 第四章 压缩板的硬件设计及系统测试
• 4.1 压缩板的硬件结构
• 4.2 FPGA 选型及可行性分析
• 4.2.1 压缩运算的资源需求
• 4.2.2 EP1S25F672C7 介绍
• 4.3 FPGA 的加载设计
• 4.4 PCI 模块的设计
• 4.5 并行数据接口设计
• 4.6 电源与时钟设计
• 4.7 PCB 的分层和布线
• 4.8 硬件分步调试与成像结果
• 第五章 基于DSP 的SAR 实时处理机研究
• 5.1 基于ADSP-TS203S 的硬件总体框架
• 5.1.1 ADSP-TS203S 简介
• 5.1.2 ADSP-TS203S 的存储器和地址空间分配
• 5.1.3 系统处理时间估计
• 5.1.4 系统总体框架
• 5.2 SDRAM 接口设计
• 5.3 DSP 加载设计
• 5.4 LinkPort 设计
• 5.5 PCI 模块设计
• 5.6 系统扩展
• 第六章 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 在学期间发表的学术论文